JP2003124219A - シリコンウエーハおよびエピタキシャルシリコンウエーハ - Google Patents
シリコンウエーハおよびエピタキシャルシリコンウエーハInfo
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Classifications
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- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
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- H01L21/3225—Thermally inducing defects using oxygen present in the silicon body for intrinsic gettering
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｎ型ドーパントとして砒素（Ａｓ）を添加し
た、デバイス製造工程において優れたゲッタリング効果
を有するシリコンウエーハおよびエピタキシャルシリコ
ンウエーハを提供する。 【解決手段】 砒素が添加されたｎ型のシリコンウエー
ハであって、ウエーハの抵抗率に応じて所定濃度範囲に
窒素濃度が制御されたシリコン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。
た、デバイス製造工程において優れたゲッタリング効果
を有するシリコンウエーハおよびエピタキシャルシリコ
ンウエーハを提供する。 【解決手段】 砒素が添加されたｎ型のシリコンウエー
ハであって、ウエーハの抵抗率に応じて所定濃度範囲に
窒素濃度が制御されたシリコン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。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスと
して使用されるシリコンウエーハおよびエピタキシャル
シリコンウエーハに関するものであって、さらに詳しく
は、ｎ型ドーパントとして砒素（Ａｓ）を添加したゲッ
タリング特性に優れるシリコンウエーハおよびエピタキ
シャルシリコンウエーハに関する。
して使用されるシリコンウエーハおよびエピタキシャル
シリコンウエーハに関するものであって、さらに詳しく
は、ｎ型ドーパントとして砒素（Ａｓ）を添加したゲッ
タリング特性に優れるシリコンウエーハおよびエピタキ
シャルシリコンウエーハに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、シリコン半導体デバイスの高集積
化は急速に進行しており、シリコンウエ−ハに要求され
る品質特性はますます厳しくなっている。高集積化デバ
イスにあっては、デバイスが形成されるデバイス活性領
域に結晶欠陥、あるいはドーパント以外の金属不純物が
含まれていると、リーク電流の増大などの電気的特性の
劣化を招くため、金属不純物をデバイス活性領域から離
れた場所（シンク）に捕獲させる、いわゆるゲッタリン
グ技術の採用が必要とされている。
化は急速に進行しており、シリコンウエ−ハに要求され
る品質特性はますます厳しくなっている。高集積化デバ
イスにあっては、デバイスが形成されるデバイス活性領
域に結晶欠陥、あるいはドーパント以外の金属不純物が
含まれていると、リーク電流の増大などの電気的特性の
劣化を招くため、金属不純物をデバイス活性領域から離
れた場所（シンク）に捕獲させる、いわゆるゲッタリン
グ技術の採用が必要とされている。
【０００３】一般的に、ボロン（Ｂ）等をドープしたｐ
型のシリコンウエーハは、デバイスプロセスにおいて過
飽和の格子間酸素を起因として酸素析出物や転位、積層
欠陥などの結晶欠陥が誘起されることは良く知られてお
り、デバイスプロセスの熱処理中に自然に誘起される酸
素起因の結晶欠陥によって重金属不純物をゲッタリング
させるイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）効果が期
待できる。一方、リン（Ｐ）やアンチモン（Ｓｂ）をド
ープしたｎ型のシリコンウエーハは、ｐ型のシリコンウ
エーハよりも酸素析出が抑制されることがＷａｄａ氏ら
によって報告（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ １９８６，Ｐ７７８，Ｈ．Ｒ．Ｈｕｆｆ ａｎ
ｄ Ｔ．Ａｂｅ）されている。
型のシリコンウエーハは、デバイスプロセスにおいて過
飽和の格子間酸素を起因として酸素析出物や転位、積層
欠陥などの結晶欠陥が誘起されることは良く知られてお
り、デバイスプロセスの熱処理中に自然に誘起される酸
素起因の結晶欠陥によって重金属不純物をゲッタリング
させるイントリンシックゲッタリング（ＩＧ）効果が期
待できる。一方、リン（Ｐ）やアンチモン（Ｓｂ）をド
ープしたｎ型のシリコンウエーハは、ｐ型のシリコンウ
エーハよりも酸素析出が抑制されることがＷａｄａ氏ら
によって報告（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｓｉｌｉ
ｃｏｎ １９８６，Ｐ７７８，Ｈ．Ｒ．Ｈｕｆｆ ａｎ
ｄ Ｔ．Ａｂｅ）されている。
【０００４】近年、ＭＯＳＦＥＴや高耐圧バイポーラ用
のシリコンウエーハとして、砒素（Ａｓ）を添加したｎ
型のシリコンウエーハにエピタキシャル層を形成したエ
ピタキシャルウエーハが使用されている。しかしなが
ら、砒素を添加したシリコンウエーハもまた、リンやア
ンチモンと同様にウエーハ内部の酸素析出量が低いた
め、その後のデバイスプロセスにおいてウエーハ内にゲ
ッタリング源となる結晶欠陥を充分に誘起することが非
常に困難であり、加えてエピタキシャル成長処理工程で
は１０５０〜１２００℃の高温熱処理が施されることか
ら、シリコンウエーハに内在する酸素析出核が縮小、消
滅し、ウエーハ内にゲッタリング源となる結晶欠陥を充
分に誘起できない。このため、デバイスプロセスの初期
はもちろんのこと、プロセス全体にわたって金属不純物
に対して充分なＩＧ効果を望めないという問題があっ
た。
のシリコンウエーハとして、砒素（Ａｓ）を添加したｎ
型のシリコンウエーハにエピタキシャル層を形成したエ
ピタキシャルウエーハが使用されている。しかしなが
ら、砒素を添加したシリコンウエーハもまた、リンやア
ンチモンと同様にウエーハ内部の酸素析出量が低いた
め、その後のデバイスプロセスにおいてウエーハ内にゲ
ッタリング源となる結晶欠陥を充分に誘起することが非
常に困難であり、加えてエピタキシャル成長処理工程で
は１０５０〜１２００℃の高温熱処理が施されることか
ら、シリコンウエーハに内在する酸素析出核が縮小、消
滅し、ウエーハ内にゲッタリング源となる結晶欠陥を充
分に誘起できない。このため、デバイスプロセスの初期
はもちろんのこと、プロセス全体にわたって金属不純物
に対して充分なＩＧ効果を望めないという問題があっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題に鑑みなされたものであり、デバイス製造工程におい
て、汚染源である重金属のゲッタリング能力に優れた砒
素を添加したｎ型のシリコンウエーハ、および当該ウエ
ーハを使用したエピタキシャル層が低欠陥で重金属不純
物濃度の極めて低いエピタキシャルシリコンウエーハの
提供を目的とするものである。
題に鑑みなされたものであり、デバイス製造工程におい
て、汚染源である重金属のゲッタリング能力に優れた砒
素を添加したｎ型のシリコンウエーハ、および当該ウエ
ーハを使用したエピタキシャル層が低欠陥で重金属不純
物濃度の極めて低いエピタキシャルシリコンウエーハの
提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】近年、シリコンウエーハ
のＩＧ能の向上を目的に、酸素析出物の成長を促進させ
る不純物をシリコン結晶内に添加する方法が検討されて
いる。例えば、特開平１１−１８９４９３号では、ｐ型
不純物であるボロンを添加したシリコン単結晶に窒素を
１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上添加することで、
単結晶育成時に形成される酸素析出核の熱的安定性が増
大し、エピタキシャル工程での高温熱処理を受けても酸
素析出核が消滅せず、十分なゲッタリング効果が得られ
ることが示されている。
のＩＧ能の向上を目的に、酸素析出物の成長を促進させ
る不純物をシリコン結晶内に添加する方法が検討されて
いる。例えば、特開平１１−１８９４９３号では、ｐ型
不純物であるボロンを添加したシリコン単結晶に窒素を
１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上添加することで、
単結晶育成時に形成される酸素析出核の熱的安定性が増
大し、エピタキシャル工程での高温熱処理を受けても酸
素析出核が消滅せず、十分なゲッタリング効果が得られ
ることが示されている。
【０００７】本発明者らは、砒素がシリコン単結晶の欠
陥挙動にどのような影響を明らかにするために、砒素濃
度を種々変更したシリコンウエーハについて、評価熱処
理後にどの程度の熱処理誘起欠陥（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ
Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）がウエーハ内部に形成され
るのかを調査した。
陥挙動にどのような影響を明らかにするために、砒素濃
度を種々変更したシリコンウエーハについて、評価熱処
理後にどの程度の熱処理誘起欠陥（ＢＭＤ：Ｂｕｌｋ
Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔ）がウエーハ内部に形成され
るのかを調査した。
【０００８】具体的には、抵抗率が１０Ωｃｍ〜０．０
０１Ωｃｍとなるように砒素が添加されたシリコン融液
から、それぞれチョクラルスキー法により、初期酸素濃
度１４〜１６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ
Ｆ１２１−７９）、結晶方位（１００）、直径１５０
ｍｍのシリコン単結晶を育成し、該シリコン単結晶から
ウエーハを切り出し鏡面研磨したサンプルウエーハを用
意した。この各サンプルウエーハに評価熱処理として２
段階熱処理（Ｔ℃／４ｈｒ＋１０００℃／１６ｈｒ，Ｔ
＝６００℃，７００℃，８００℃，９００℃）および等
温熱処理（１０００℃，１１００℃／１６ｈｒ）を施し
た後、ウェーハを劈開してライトエッチング液により５
分間エッチングし、光学顕微鏡によりウエーハ劈開断面
のＢＭＤ密度を調査した。その結果を図１に示す。
０１Ωｃｍとなるように砒素が添加されたシリコン融液
から、それぞれチョクラルスキー法により、初期酸素濃
度１４〜１６×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ
Ｆ１２１−７９）、結晶方位（１００）、直径１５０
ｍｍのシリコン単結晶を育成し、該シリコン単結晶から
ウエーハを切り出し鏡面研磨したサンプルウエーハを用
意した。この各サンプルウエーハに評価熱処理として２
段階熱処理（Ｔ℃／４ｈｒ＋１０００℃／１６ｈｒ，Ｔ
＝６００℃，７００℃，８００℃，９００℃）および等
温熱処理（１０００℃，１１００℃／１６ｈｒ）を施し
た後、ウェーハを劈開してライトエッチング液により５
分間エッチングし、光学顕微鏡によりウエーハ劈開断面
のＢＭＤ密度を調査した。その結果を図１に示す。
【０００９】図１から明らかなように、評価した全ての
サンプルウエーハは、砒素の添加量を変化させた以外
は、酸素濃度など全て同一育成条件で作成されたウエー
ハであることから、砒素濃度が増大し、ウエーハの抵抗
率が低下するにしたがってＢＭＤ密度が減少し酸素析出
が抑制されるていることが分かる。この現象は、先述し
たＷａｄａ氏らの報告による酸素ドナーを析出核とする
モデルにより説明することができる。すなわち、酸素ド
ナーは形成される際に電子を放出するが、ドナー不純物
であるｎ型不純物の添加は酸素ドナーを解離する方向に
寄与しているものと考えられる。
サンプルウエーハは、砒素の添加量を変化させた以外
は、酸素濃度など全て同一育成条件で作成されたウエー
ハであることから、砒素濃度が増大し、ウエーハの抵抗
率が低下するにしたがってＢＭＤ密度が減少し酸素析出
が抑制されるていることが分かる。この現象は、先述し
たＷａｄａ氏らの報告による酸素ドナーを析出核とする
モデルにより説明することができる。すなわち、酸素ド
ナーは形成される際に電子を放出するが、ドナー不純物
であるｎ型不純物の添加は酸素ドナーを解離する方向に
寄与しているものと考えられる。
【００１０】ここで注目すべき点は、砒素を高濃度に添
加した０．００５Ωｃｍ以下の低抵抗率のシリコンウエ
ーハにあっては、抵抗率の低下にともなってＢＭＤ密度
が増大する傾向が観察されたことにある。０．００５Ω
ｃｍ以下のサンプルでＢＭＤ密度が増大する理由は明ら
かではないが、高濃度にドープされた砒素がバルク中で
酸素との複合体、あるいは砒素元素の集合体を形成し、
これらが酸素析出の不均一核として作用しているものと
推測される。
加した０．００５Ωｃｍ以下の低抵抗率のシリコンウエ
ーハにあっては、抵抗率の低下にともなってＢＭＤ密度
が増大する傾向が観察されたことにある。０．００５Ω
ｃｍ以下のサンプルでＢＭＤ密度が増大する理由は明ら
かではないが、高濃度にドープされた砒素がバルク中で
酸素との複合体、あるいは砒素元素の集合体を形成し、
これらが酸素析出の不均一核として作用しているものと
推測される。
【００１１】本発明者らは、上記の実験結果に基づき鋭
意研究した結果、砒素を添加したｎ型のシリコンウエー
ハにあっては、ウエーハの抵抗率（砒素濃度）に応じて
適正な範囲で窒素を含有させることで、ゲッタリング能
力に優れたシリコンウエーハならびにエピタシャルシリ
コンウエーハとなることを知見し、本発明を完成させ
た。
意研究した結果、砒素を添加したｎ型のシリコンウエー
ハにあっては、ウエーハの抵抗率（砒素濃度）に応じて
適正な範囲で窒素を含有させることで、ゲッタリング能
力に優れたシリコンウエーハならびにエピタシャルシリ
コンウエーハとなることを知見し、本発明を完成させ
た。
【００１２】本発明のウエーハは、下記の（１）〜
（６）のシリコンウエーハ及びエピタキシャルシリコン
ウエーハを発明の要旨とするものである。
（６）のシリコンウエーハ及びエピタキシャルシリコン
ウエーハを発明の要旨とするものである。
【００１３】（１）抵抗率が１０Ωｃｍ〜０．００１Ω
ｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１０
１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御さ
れたシリコンウエーハ。
ｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１０
１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御さ
れたシリコンウエーハ。
【００１４】（２）抵抗率が０．１Ωｃｍ〜０．００５
Ωｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１
０１４〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御
されたシリコンウエーハ。
Ωｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１
０１４〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御
されたシリコンウエーハ。
【００１５】（３）抵抗率が０．００５Ωｃｍ〜０．０
０１Ωｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１
×１０１３〜３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に
制御されたシリコンウエーハ。
０１Ωｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１
×１０１３〜３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に
制御されたシリコンウエーハ。
【００１６】（４）上記（１）〜（３）のいずれかのシ
リコンウエーハの表層部にエピタキシャル層が形成され
ていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエー
ハ。
リコンウエーハの表層部にエピタキシャル層が形成され
ていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエー
ハ。
【００１７】（５）酸素析出物形成熱処理が施されたシ
リコンウエーハにエピタキシャル層が形成されているこ
とを特徴とする上記（４）のエピタキシャルシリコンウ
エーハ。
リコンウエーハにエピタキシャル層が形成されているこ
とを特徴とする上記（４）のエピタキシャルシリコンウ
エーハ。
【００１８】（６）前記酸素析出物形成熱処理として７
００℃以上９００℃未満の温度で３０分〜４時間の熱処
理を加えられたものであることを特徴とする上記（５）
のエピタキシャルシリコンウエーハ。
００℃以上９００℃未満の温度で３０分〜４時間の熱処
理を加えられたものであることを特徴とする上記（５）
のエピタキシャルシリコンウエーハ。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明のシリコンウエーハ（１）
は、抵抗率が１０Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍとなるよう
に砒素が添加され、窒素濃度が１×１０１３〜１×１０
１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御されたシリコンウ
エーハであることから、窒素添加によりウエーハ内部に
存在する酸素析出核が熱的に安定化し、酸素析出が促進
されるため、砒素添加による酸素析出量の低下が補正さ
れ、デバイス製造工程での熱処理を受けた場合に、高い
ゲッタリング能力を発揮するシリコンウエーハとなる。
窒素濃度が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では酸
素析出物の熱的安定効果を得られず、１×１０１５ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、シリコン単結晶育成
過程で単結晶が多結晶化し、製品歩留まりの低下をもた
らすこととなる。
は、抵抗率が１０Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍとなるよう
に砒素が添加され、窒素濃度が１×１０１３〜１×１０
１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御されたシリコンウ
エーハであることから、窒素添加によりウエーハ内部に
存在する酸素析出核が熱的に安定化し、酸素析出が促進
されるため、砒素添加による酸素析出量の低下が補正さ
れ、デバイス製造工程での熱処理を受けた場合に、高い
ゲッタリング能力を発揮するシリコンウエーハとなる。
窒素濃度が１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では酸
素析出物の熱的安定効果を得られず、１×１０１５ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、シリコン単結晶育成
過程で単結晶が多結晶化し、製品歩留まりの低下をもた
らすこととなる。
【００２０】本発明のシリコンウエーハ（２）は、抵抗
率が０．１Ωｃｍ〜０．００５Ωｃｍとなるように砒素
が高濃度に添加されたシリコンウエーハであることか
ら、図１で示したように抵抗率の低下に伴い酸素析出が
抑制される傾向があるため、これを補正するように窒素
濃度を１×１０１４〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
の高濃度範囲に制御することで、デバイス製造工程での
熱処理を受けた場合に、極めて高いゲッタリング能力を
発揮するシリコンウエーハとなる。窒素濃度が１×１０
１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では酸素析出物の熱的安定
効果を得られず、ウエーハ内部に１×１０４個／ｃｍ２
以上の結晶欠陥密度を形成することができない。
率が０．１Ωｃｍ〜０．００５Ωｃｍとなるように砒素
が高濃度に添加されたシリコンウエーハであることか
ら、図１で示したように抵抗率の低下に伴い酸素析出が
抑制される傾向があるため、これを補正するように窒素
濃度を１×１０１４〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
の高濃度範囲に制御することで、デバイス製造工程での
熱処理を受けた場合に、極めて高いゲッタリング能力を
発揮するシリコンウエーハとなる。窒素濃度が１×１０
１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では酸素析出物の熱的安定
効果を得られず、ウエーハ内部に１×１０４個／ｃｍ２
以上の結晶欠陥密度を形成することができない。
【００２１】本発明のシリコンウエーハ（３）は、抵抗
率が０．００５Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍとなるように
砒素がより高濃度に添加されたシリコンウエーハである
ことから、図１で示したように抵抗率の低下に伴い酸素
析出が促進される傾向があるため、必要以上の窒素添加
はウエーハ表面部での酸素析出物形成を誘起してしまい
表面品質を悪化させてしまうこととなる。このため、抵
抗率が０．００５Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍとなるよう
に砒素を高濃度に添加する場合には、窒素濃度を１×１
０１３〜３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の低濃度範囲
に制御することが必要であり、これによりデバイス製造
工程での熱処理を受けた場合に、極めて高いゲッタリン
グ能力を発揮するシリコンウエーハとなる。窒素濃度が
３×１０ １４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、ウ
エーハ内部に１×１０４個／ｃｍ ２以上の結晶欠陥密度
が形成されるものの、ウエーハ表面部での酸素析出物形
成が誘起され易くウエーハ表面品質が悪化することとな
る。
率が０．００５Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍとなるように
砒素がより高濃度に添加されたシリコンウエーハである
ことから、図１で示したように抵抗率の低下に伴い酸素
析出が促進される傾向があるため、必要以上の窒素添加
はウエーハ表面部での酸素析出物形成を誘起してしまい
表面品質を悪化させてしまうこととなる。このため、抵
抗率が０．００５Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍとなるよう
に砒素を高濃度に添加する場合には、窒素濃度を１×１
０１３〜３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の低濃度範囲
に制御することが必要であり、これによりデバイス製造
工程での熱処理を受けた場合に、極めて高いゲッタリン
グ能力を発揮するシリコンウエーハとなる。窒素濃度が
３×１０ １４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合には、ウ
エーハ内部に１×１０４個／ｃｍ ２以上の結晶欠陥密度
が形成されるものの、ウエーハ表面部での酸素析出物形
成が誘起され易くウエーハ表面品質が悪化することとな
る。
【００２２】上述したように本発明のシリコンウエーハ
（１）〜（３）は、ウエーハ内部に熱的に安定な酸素析
出物が十分に形成されることから、このシリコンウエー
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
ーハとして使用した本発明のエピタキシャルシリコンウ
エーハ（４）は、エピタキシャル成長処理の高温熱処理
を受けてもウエーハ内部の酸素析出核が消滅せず、金属
不純物汚染のない良質のエピタキシャル層をもつゲッタ
リング特性に優れたエピタキシャルシリコンウエーハと
なる。
（１）〜（３）は、ウエーハ内部に熱的に安定な酸素析
出物が十分に形成されることから、このシリコンウエー
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
ーハとして使用した本発明のエピタキシャルシリコンウ
エーハ（４）は、エピタキシャル成長処理の高温熱処理
を受けてもウエーハ内部の酸素析出核が消滅せず、金属
不純物汚染のない良質のエピタキシャル層をもつゲッタ
リング特性に優れたエピタキシャルシリコンウエーハと
なる。
【００２３】本発明のエピタキシャルシリコンウエーハ
（５）および（６）は、本発明のシリコンウエーハ
（１）〜（３）の何れかのウエーハを使用し、これに酸
素析出物形成熱処理を施した後、エピタキシャル層を形
成したエピタキシャルシリコンウエーハであって、極め
てゲッタリング能力に優れたエピタキシャルシリコンウ
エーハである。
（５）および（６）は、本発明のシリコンウエーハ
（１）〜（３）の何れかのウエーハを使用し、これに酸
素析出物形成熱処理を施した後、エピタキシャル層を形
成したエピタキシャルシリコンウエーハであって、極め
てゲッタリング能力に優れたエピタキシャルシリコンウ
エーハである。
【００２４】上述したように本発明のシリコンウエーハ
（１）〜（３）は、窒素添加により熱的に安定な酸素析
出物がウエーハ内部に形成されるものの、サイズの小さ
な酸素析出物はエピタキシャル成長処理時の高温熱処理
によって消滅してしまう。このため、本発明のエピタキ
シャルシリコンウエーハ（５）および（６）では、エピ
タキシャル成長処理前のシリコンウエーハに酸素析出物
形成熱処理を施すことによって、サイズの小さな酸素析
出物を予めエピタキシャル成長処理時の高温熱処理で消
滅し難いサイズまで成長させておくことで、更なるゲッ
タリング能力の向上を図ることができる。
（１）〜（３）は、窒素添加により熱的に安定な酸素析
出物がウエーハ内部に形成されるものの、サイズの小さ
な酸素析出物はエピタキシャル成長処理時の高温熱処理
によって消滅してしまう。このため、本発明のエピタキ
シャルシリコンウエーハ（５）および（６）では、エピ
タキシャル成長処理前のシリコンウエーハに酸素析出物
形成熱処理を施すことによって、サイズの小さな酸素析
出物を予めエピタキシャル成長処理時の高温熱処理で消
滅し難いサイズまで成長させておくことで、更なるゲッ
タリング能力の向上を図ることができる。
【００２５】酸素析出物形成熱処理としては、７００℃
以上９００℃未満の温度で３０分〜４時間の熱処理を施
すことが望ましい。このウエーハにエピタキシャル層を
形成した本発明のエピタキシャルシリコンウエーハ
（６）は、極めてゲッタリング能力に優れたウエーハと
なる。
以上９００℃未満の温度で３０分〜４時間の熱処理を施
すことが望ましい。このウエーハにエピタキシャル層を
形成した本発明のエピタキシャルシリコンウエーハ
（６）は、極めてゲッタリング能力に優れたウエーハと
なる。
【００２６】酸素析出物形成熱処理時には炉からの汚染
が時折生じることがあり、ウエーハの汚染防止のため酸
化膜が保護膜として存在することは有効であり、この酸
素析出物形成熱処理は酸素と不活性ガスの混合ガス雰囲
気中で行うことが望ましい。また、この酸素析出物形成
熱処理をウエーハの鏡面研磨工程前に実施すれば、ウエ
ーハ表面上の酸化膜は鏡面研磨工程にて除去されるた
め、酸化膜を取り除くための特別な工程、例えばＨＦに
よる酸化膜の除去工程などが不要となる。
が時折生じることがあり、ウエーハの汚染防止のため酸
化膜が保護膜として存在することは有効であり、この酸
素析出物形成熱処理は酸素と不活性ガスの混合ガス雰囲
気中で行うことが望ましい。また、この酸素析出物形成
熱処理をウエーハの鏡面研磨工程前に実施すれば、ウエ
ーハ表面上の酸化膜は鏡面研磨工程にて除去されるた
め、酸化膜を取り除くための特別な工程、例えばＨＦに
よる酸化膜の除去工程などが不要となる。
【００２７】本発明のシリコンウエーハの酸素濃度は、
酸素濃度不足によるウエーハ強度の低下抑制および十分
なＩＧ効果を得るために必要な酸素析出量を確保する観
点から、８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ
Ｆ１２１−７９)以上にすることが望ましい。酸素濃度
が高すぎる場合には、ウエーハの表面層に酸素析出物が
形成され、このウエーハ表面にエピタキシャル層を形成
した場合には酸素析出物に起因した欠陥がエピタキシャ
ル層に発生してしまうことから、１８×１０１ ７ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９)までの濃度
範囲にすることが望ましい。
酸素濃度不足によるウエーハ強度の低下抑制および十分
なＩＧ効果を得るために必要な酸素析出量を確保する観
点から、８×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ
Ｆ１２１−７９)以上にすることが望ましい。酸素濃度
が高すぎる場合には、ウエーハの表面層に酸素析出物が
形成され、このウエーハ表面にエピタキシャル層を形成
した場合には酸素析出物に起因した欠陥がエピタキシャ
ル層に発生してしまうことから、１８×１０１ ７ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９)までの濃度
範囲にすることが望ましい。
【００２８】本発明のシリコンウエーハを製造する方法
としては、基本的にはチョクラルスキー法（ＣＺ法）に
より、砒素および窒素が所定範囲に調整されたシリコン
単結晶を育成し、このシリコン単結晶からウエーハを製
作することによって本発明のシリコンウエーハを得るこ
とができる。ウエーハに加工する工程、得られたウエー
ハにエピタキシャル成長処理によりエピタキシャル膜を
形成する工程などは、公知のいずれの加工工程、気相成
長法をも採用、組み合わせて適宜適用することが可能で
ある。
としては、基本的にはチョクラルスキー法（ＣＺ法）に
より、砒素および窒素が所定範囲に調整されたシリコン
単結晶を育成し、このシリコン単結晶からウエーハを製
作することによって本発明のシリコンウエーハを得るこ
とができる。ウエーハに加工する工程、得られたウエー
ハにエピタキシャル成長処理によりエピタキシャル膜を
形成する工程などは、公知のいずれの加工工程、気相成
長法をも採用、組み合わせて適宜適用することが可能で
ある。
【００２９】例えば、チョクラルスキー法によりシリコ
ン単結晶の育成に関して言えば、窒素が添加されている
ことから、特段、引き上げ速度を遅くして単結晶内に形
成されるGrown-in欠陥密度を低くするような引き上げを
実施しなくても良いし、シリコン単結晶への窒素の添加
方法としては、所定濃度の窒素を添加できるのであれば
どのような方法でもよく、原料中あるいは融液中への窒
化物の混合、窒素を添加したＦＺシリコン結晶や表面に
窒化珪素膜を形成させたウエーハの原料への混合、窒素
ガスあるいは窒素化合物ガス雰囲気中での単結晶引き上
げ、窒化物るつぼの使用等が挙げられる。
ン単結晶の育成に関して言えば、窒素が添加されている
ことから、特段、引き上げ速度を遅くして単結晶内に形
成されるGrown-in欠陥密度を低くするような引き上げを
実施しなくても良いし、シリコン単結晶への窒素の添加
方法としては、所定濃度の窒素を添加できるのであれば
どのような方法でもよく、原料中あるいは融液中への窒
化物の混合、窒素を添加したＦＺシリコン結晶や表面に
窒化珪素膜を形成させたウエーハの原料への混合、窒素
ガスあるいは窒素化合物ガス雰囲気中での単結晶引き上
げ、窒化物るつぼの使用等が挙げられる。
【００３０】また、シリコンウエーハの加工に関して言
えば、シリコン単結晶をスライスしてウエーハを得るス
ライス工程、ウエーハの欠けや割れを防ぐための面取り
工程、面取りされたウエーハを平坦化するためのラッピ
ング工程、前記工程によりウエーハに発生した加工歪み
層を除去するエッチング工程、面取り部を仕上げ研磨す
る面取り部研磨工程、前記ウエーハを片面あるいは両面
研削する平面研削工程、前記ウエーハの仕上げ研磨を行
う鏡面研磨工程など種々の工程が提案されており、これ
ら工程の選択組み合わせや順序は多岐に亘るが、いずれ
の工程も適用することが可能である。
えば、シリコン単結晶をスライスしてウエーハを得るス
ライス工程、ウエーハの欠けや割れを防ぐための面取り
工程、面取りされたウエーハを平坦化するためのラッピ
ング工程、前記工程によりウエーハに発生した加工歪み
層を除去するエッチング工程、面取り部を仕上げ研磨す
る面取り部研磨工程、前記ウエーハを片面あるいは両面
研削する平面研削工程、前記ウエーハの仕上げ研磨を行
う鏡面研磨工程など種々の工程が提案されており、これ
ら工程の選択組み合わせや順序は多岐に亘るが、いずれ
の工程も適用することが可能である。
【００３１】
【実施例】以下、本発明の実施例に基づき具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３２】〔実施例１〕砒素を添加したｎ型ウエーハ
における窒素添加の有効性を調査するため、砒素濃度お
よび窒素濃度を種々変更したシリコンウエーハを作成
し、評価熱処理後のウエーハ内部のＢＭＤ密度を測定し
た。
における窒素添加の有効性を調査するため、砒素濃度お
よび窒素濃度を種々変更したシリコンウエーハを作成
し、評価熱処理後のウエーハ内部のＢＭＤ密度を測定し
た。
【００３３】具体的には、抵抗率が０．０１８Ωｃｍ〜
０．００３Ωｃｍの範囲となるように砒素濃度を種々変
化させ、および窒素濃度を種々変化させたシリコン融液
から、それぞれチョクラルスキー法により、初期酸素濃
度１１．５〜１８．５×１０ １７ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９)、結晶方位（１０
０）、直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を育成した。そ
れぞれのシリコン単結晶からウエーハを切り出し鏡面研
磨したサンプルウエーハを作成し、各サンプルウエーハ
に評価熱処理として等温熱処理（１１００℃／１６ｈ
ｒ）を施した後、ウエーハを劈開してライトエッチング
液で５分間エッチングして、光学顕微鏡によりウエーハ
劈開断面のＢＭＤ密度を調査した。その結果を表１に示
す。
０．００３Ωｃｍの範囲となるように砒素濃度を種々変
化させ、および窒素濃度を種々変化させたシリコン融液
から、それぞれチョクラルスキー法により、初期酸素濃
度１１．５〜１８．５×１０ １７ａｔｏｍｓ／ｃｍ
３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−７９)、結晶方位（１０
０）、直径１５０ｍｍのシリコン単結晶を育成した。そ
れぞれのシリコン単結晶からウエーハを切り出し鏡面研
磨したサンプルウエーハを作成し、各サンプルウエーハ
に評価熱処理として等温熱処理（１１００℃／１６ｈ
ｒ）を施した後、ウエーハを劈開してライトエッチング
液で５分間エッチングして、光学顕微鏡によりウエーハ
劈開断面のＢＭＤ密度を調査した。その結果を表１に示
す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表１から明らかなように、０．０１Ωｃｍ
以上の抵抗率となるように砒素が添加されたウエーハで
は、窒素濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と
することにより、１×１０４個／ｃｍ２以上のＢＭＤが
形成されており、０．００５Ωｃｍ以下の抵抗率では、
窒素濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とする
ことにより、１×１０４個／ｃｍ２以上のＢＭＤが形成
されていることがわかる。
以上の抵抗率となるように砒素が添加されたウエーハで
は、窒素濃度を１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上と
することにより、１×１０４個／ｃｍ２以上のＢＭＤが
形成されており、０．００５Ωｃｍ以下の抵抗率では、
窒素濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とする
ことにより、１×１０４個／ｃｍ２以上のＢＭＤが形成
されていることがわかる。
【００３６】〔実施例２〕砒素を添加したｎ型ウエーハ
にエピタキシャル処理を行ったエピタキシャルシリコン
ウエーハおける窒素添加の有効性を調査するため、砒素
濃度および窒素濃度を種々変更したシリコンウエーハを
作成し、これにエピタキシャル成長処理を行ったエピタ
キシャルシリコンウエーハについて、評価熱処理後にバ
ルクウエーハ内部に形成されるＢＭＤ密度を測定した。
また、エピタキシャル成長処理前にバルクウエーハに酸
素析出物形成熱処理を行ったエピタキシャルシリコンウ
エーハについても、ＢＭＤ密度を測定した。
にエピタキシャル処理を行ったエピタキシャルシリコン
ウエーハおける窒素添加の有効性を調査するため、砒素
濃度および窒素濃度を種々変更したシリコンウエーハを
作成し、これにエピタキシャル成長処理を行ったエピタ
キシャルシリコンウエーハについて、評価熱処理後にバ
ルクウエーハ内部に形成されるＢＭＤ密度を測定した。
また、エピタキシャル成長処理前にバルクウエーハに酸
素析出物形成熱処理を行ったエピタキシャルシリコンウ
エーハについても、ＢＭＤ密度を測定した。
【００３７】具体的には、抵抗率が０．０１８Ωｃｍ〜
０．００３Ωｃｍの範囲となるように砒素添加量を種々
変化させ、窒素濃度を種々変更したシリコン融液から、
それぞれチョクラルスキー法により、初期酸素濃度８〜
１８．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ Ｆ
１２１−７９)、結晶方位（１００）、直径１５０ｍｍ
のシリコン単結晶を育成した。各シリコン単結晶からウ
エーハを切り出し鏡面研磨したシリコンウエーハを作成
し、気相成長法により、堆積温度１１５０℃で厚み約１
８μｍのエピタキシャル層を成長させたエピタキシャル
シリコンウエーハを作成した。また、エピタキシャル成
長処理前の上記の各シリコンウエーハに酸素析出物形成
熱処理として、８８０℃、３０分の熱処理を行った後、
気相成長法により、堆積温度１１５０℃で厚み約１８μ
ｍのエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルシリ
コンウエーハを作成した。次に、各エピタキシャルシリ
コンウエーハを酸素雰囲気中で１０００℃、１６時間の
評価熱処理を施した後、ウエーハを劈開して、ライトエ
ッチング液で５分間エッチングし、光学顕微鏡によりバ
ルクウエーハ劈開断面のＢＭＤ密度を調査した。その結
果を表２に示す。
０．００３Ωｃｍの範囲となるように砒素添加量を種々
変化させ、窒素濃度を種々変更したシリコン融液から、
それぞれチョクラルスキー法により、初期酸素濃度８〜
１８．５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ Ｆ
１２１−７９)、結晶方位（１００）、直径１５０ｍｍ
のシリコン単結晶を育成した。各シリコン単結晶からウ
エーハを切り出し鏡面研磨したシリコンウエーハを作成
し、気相成長法により、堆積温度１１５０℃で厚み約１
８μｍのエピタキシャル層を成長させたエピタキシャル
シリコンウエーハを作成した。また、エピタキシャル成
長処理前の上記の各シリコンウエーハに酸素析出物形成
熱処理として、８８０℃、３０分の熱処理を行った後、
気相成長法により、堆積温度１１５０℃で厚み約１８μ
ｍのエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルシリ
コンウエーハを作成した。次に、各エピタキシャルシリ
コンウエーハを酸素雰囲気中で１０００℃、１６時間の
評価熱処理を施した後、ウエーハを劈開して、ライトエ
ッチング液で５分間エッチングし、光学顕微鏡によりバ
ルクウエーハ劈開断面のＢＭＤ密度を調査した。その結
果を表２に示す。
【００３８】
【表２】
【００３９】表２から明らかなように、バルクウエーハ
内に窒素が全く添加されないエピタキシャルシリコンウ
エーハ（サンプル６〜１０）は、抵抗率および酸素濃度
に関係なく、ＢＭＤ密度が低い値であるのに対し、バル
クウエーハ内に窒素が添加されたエピタキシャルシリコ
ンウエーハ（サンプル１１〜１５）は、全て１×１０ ４
個／ｃｍ２以上のＢＭＤが検出され、また、バルクウエ
ーハ内に窒素が添加され、かつエピタキシャル成長処理
前に酸素析出物形成熱処理が施されたエピタキシャルシ
リコンウエーハ（サンプル１６〜２０）は、全て１×１
０６個／ｃｍ２以上のＢＭＤが確保されていることが分
かる。
内に窒素が全く添加されないエピタキシャルシリコンウ
エーハ（サンプル６〜１０）は、抵抗率および酸素濃度
に関係なく、ＢＭＤ密度が低い値であるのに対し、バル
クウエーハ内に窒素が添加されたエピタキシャルシリコ
ンウエーハ（サンプル１１〜１５）は、全て１×１０ ４
個／ｃｍ２以上のＢＭＤが検出され、また、バルクウエ
ーハ内に窒素が添加され、かつエピタキシャル成長処理
前に酸素析出物形成熱処理が施されたエピタキシャルシ
リコンウエーハ（サンプル１６〜２０）は、全て１×１
０６個／ｃｍ２以上のＢＭＤが確保されていることが分
かる。
【００４０】
【本発明の効果】本発明のシリコンウエーハによれば、
砒素が高濃度に添加されたｎ型のシリコンウエーハであ
るにも係わらず、デバイス製造工程において酸素析出物
密度を確保することができ、十分なゲッタリング効果を
発揮することができる。しかも、このシリコンウエーハ
にエピタキシャル層を形成した本発明のエピタキシャル
シリコンウエーハによれば、エピタキシャル成長処理が
施されているにも係わらず、デバイス製造工程において
酸素析出物密度を確保することができ、十分なゲッタリ
ング効果を発揮することができる。
砒素が高濃度に添加されたｎ型のシリコンウエーハであ
るにも係わらず、デバイス製造工程において酸素析出物
密度を確保することができ、十分なゲッタリング効果を
発揮することができる。しかも、このシリコンウエーハ
にエピタキシャル層を形成した本発明のエピタキシャル
シリコンウエーハによれば、エピタキシャル成長処理が
施されているにも係わらず、デバイス製造工程において
酸素析出物密度を確保することができ、十分なゲッタリ
ング効果を発揮することができる。
【図１】抵抗率を種々変更した砒素添加シリコンウエー
ハ中のＢＭＤ密度を示す図である。
ハ中のＢＭＤ密度を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 BA04 CF10 DB01
EB01 FE20
5F045 AB02 AD15 AF03 BB12
Claims (6)
- 【請求項１】 抵抗率が１０Ωｃｍ〜０．００１Ωｃｍ
となるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１０１３
〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御された
シリコンウエーハ。 - 【請求項２】 抵抗率が０．１Ωｃｍ〜０．００５Ωｃ
ｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１０
１４〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御さ
れたシリコンウエーハ。 - 【請求項３】 抵抗率が０．００５Ωｃｍ〜０．００１
Ωｃｍとなるように砒素が添加され、窒素濃度が１×１
０１３〜３×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の範囲に制御
されたシリコンウエーハ。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
に記載のシリコンウエーハの表層部にエピタキシャル層
が形成されていることを特徴とするエピタキシャルシリ
コンウエーハ。 - 【請求項５】 酸素析出物形成熱処理が施されたシリコ
ンウエーハにエピタキシャル層が形成されていることを
特徴とする請求項４記載のエピタキシャルシリコンウエ
ーハ。 - 【請求項６】 前記酸素析出物形成熱処理として７００
℃以上９００℃未満の温度で３０分〜４時間の熱処理を
加えられたものであることを特徴とする請求項５記載の
エピタキシャルシリコンウエーハ。
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