JP2003163216A - エピタキシャルシリコンウエハおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 デバイス活性領域に近い場所において、つま
り、エピタキシャル層直下のイオン注入による結晶欠陥
と高濃度注入原子層により、ゲッタリングサイトとして
設けることで、エピタキシャルウエハのゲッタリング能
力を付与するとともに表面のエピタキシャル成長層に結
晶欠陥を発生させないシリコンウエハの提供を目的とす
る。 【解決手段】 下地シリコン基板の主表面側から深さ３
０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオン注入により
形成された結晶欠陥層と高濃度注入原子層を有し、該シ
リコン基板が特に結晶中に炭素が添加されているもの、
窒素が添加されているもの、もしくは炭素と窒素が両方
添加されているものを用いることで、エピタキシャル成
長面上に、結晶欠陥のないシリコンエピタキシャル層を
堆積してなることを特徴とするエピタキシャルシリコン
ウエハおよびその製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路に用
いられるシリコンウエハ及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの電気特性を劣化させる
要因として、金属汚染が挙げられる。金属汚染によるデ
バイスの特性劣化を防ぐ方法として、シリコンの内部ま
たは裏面にゲッタリングサイトを設け、そのゲッタリン
グサイトに金属を集める手法が知られている。ゲッタリ
ングの方法は、熱処理によりシリコンウエハの内部へ酸
素析出物や転位などを導入し、その結晶欠陥を利用して
金属汚染元素をゲッタリング（ＩＧ：Ｉｎｔｅｒｎａｌ
Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）する方法とシリコンウエハの裏
面にポリシリコン等の不完全結晶膜を形成する方法や裏
面にイオン注入、サンドブラストなどにより欠陥を導入
し、その欠陥を利用して金属汚染元素をゲッタリング
（ＥＧ：Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）する
方法が一般的である。

【０００３】デバイスの高集積化に伴い、デバイスプロ
セスの熱処理温度は低温化され、シリコンウエハはさら
に大口径化している。大口径化シリコンウエハでは、Ｉ
Ｇによるゲッタリングサイト（酸素析出物）を内部に作
った場合、そりやスリップなどの問題が発生する。また
裏面でのゲッタリングはそのウエハ厚みの増加と低温化
プロセスの影響により、金属元素の十分な拡散距離が得
られず、ゲッタリングサイトにまで到達しないことも考
えられる。特に、エピタキシャルウエハにおいては一般
的に高温のエピプロセスを経るため基板のＩＧ能力は弱
い。そのため金属元素がエピタキシャル膜近傍のデバイ
ス活性領域に存在することが考えられ、デバイスの電気
特性の劣化を引き起こす可能性がある。

【０００４】エピタキシャルウエハに施されるゲッタリ
ング能力付与の方法としては、エピデポ前にＩＧの核を
形成するための熱処理を施したものやポリシリコンを裏
面にデポする方法がある。上記問題点を鑑みるとエピタ
キシャルウエハのゲッタリング方法として最も有効な方
法は、エピタキシャル膜直下のシリコンウエハ基板にゲ
ッタリングサイトを設けることである。その方法とし
て、エピタキシャル成長前にシリコンウエハのエピタキ
シャル成長面（主表面）側にイオン注入する技術がいく
つか公開されている。その中で、特開２００１−７７１
１９公報において、イオン注入を用いたエピタキシャル
ウエハのゲッタリング技術が公開されており、注入イオ
ン種や注入条件を最適化しないと、注入によるダメージ
によりエピタキシャル層に結晶欠陥が入ることを示して
いる。この公報において、注入欠陥は注入する深さや注
入量などに依存していることを示し、エピタキシャル層
直下のイオン注入による結晶欠陥をゲッタリングサイト
として設けることで、エピタキシャルウエハのゲッタリ
ング能力を付与するとともに表面のエピタキシャル成長
層に結晶欠陥を発生させないシリコンウエハとその製造
方法が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開２００１−７７１
１９公報では、イオン種によって欠陥発生のドーズ量条
件が変わることが記載されている。特に、ボロンイオ
ン、フッ化ボロンイオン、アルゴンイオンについてはド
ーズ量が１Ｅ１５／ｃｍ^２より大きいとエピ層に結晶欠
陥が発生することが記載されている。エピタキシャルウ
エハの下地シリコン基板に強いゲッタリング能力を持た
せるためにはドーズ量を増加させることが重要である
が、ドーズ量を増加させると上記公報のように、エピ層
に結晶欠陥が発生するという課題があり、増加させるこ
とができない。

【０００６】さらに、ドーズ量が少ないとデバイスプロ
セスによってはプロセスの後半でゲッタリング能力が弱
くなる懸念がある。

【０００７】本発明の目的は、デバイス活性領域に近い
場所において、つまり、エピ層直下のイオン注入による
ゲッタリングサイトとして設けることで、エピタキシャ
ルウエハのゲッタリング能力を付与するとともに、その
ゲッタリング能力を強化するために、従来よりも注入量
を増大させても、注入起因によるエピ層の結晶欠陥を発
生させない製造方法の提供である。また、デバイスプロ
セスの前段から後段にわたって強いゲッタリング能力を
維持するための技術の提供である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明者らは前記エピタキシャルシリコンウエハに
おいて、主表面側に注入する下地シリコン基板によって
エピ層表面の結晶欠陥の発生しないドーズ量条件は拡大
することを見出した。通常のミラーウエハにおいて、エ
ピ層欠陥が発生しない注入条件は特開２００１−７７１
１９公報となるが、下地シリコン基板に炭素もしくは窒
素、または窒素と炭素を同時に添加したシリコン基板を
用いることで、エピ層への結晶欠陥の発生が抑制される
と共に、欠陥が発生しない注入量が増大することを見出
した。この注入量はどのイオンについても同じであり欠
陥発生は注入深さと注入時の注入原子のピーク体積濃度
で記載することができることを見出した。注入ピーク濃
度は注入ドーズ量とほぼ正比例の関係にあるが注入深さ
が深いときは浅いときよりも多くの注入量が必要にな
る。おおよそ１Ｅ１７／ｃｍ^３は１Ｅ１３／ｃｍ^２であ
り、１Ｅ２１／ｃｍ^３は１Ｅ１７／ｃｍ^２の注入ドーズ
量が対応する。また、もしもプロセスの後段で注入欠陥
によるゲッタリング能力が低下した場合でも、炭素およ
び窒素が添加されたシリコン基板もしくは窒素と炭素が
同時に添加されたシリコン基板を使うことにより、プロ
セス前段は注入欠陥、プロセス後段ではＩＧ効果で、デ
バイス活性領域はプロセスの前段から後段まで強いゲッ
タリングの能力を持った基板で保証される。

【０００９】これにより、特開２００１−７７１１９公
報に記載の注入イオン種によりエピ層への欠陥発生の条
件は、注入イオン種によらず注入ドーズ量の範囲が飛躍
的に拡大することが分かった。これまでエピ層に結晶欠
陥が発生していた条件においても、エピ層の結晶欠陥の
発生がなくなった。また、特開２００１−７７１１９公
報においては、酸化膜の形成が必要であった。しかし、
注入機の性能に依存してアルミ、鉄などの金属汚染が発
生するが、金属汚染が少ない場合は必ずしも酸化膜は必
要ないことを見出した。つまりアルミおよび鉄が２×１
０^１０／ｃｍ^２以下である場合、酸化膜は必要ないこと
を見出した。

【００１０】すなわち、本発明は、下記（１）〜（２
１）により達成される。

【００１１】（１） 下地シリコン基板の主表面側から
深さ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注
入することにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層
を形成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタ
キシャル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウ
エハにおいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に炭
素が添加された基板を用いることを特徴とする、注入起
因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生し
ないエピタキシャルシリコンウエハ。

【００１２】（２） 下地シリコン基板の主表面側から
深さ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注
入することにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層
を形成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタ
キシャル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウ
エハにおいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に窒
素が添加された基板を用いることを特徴とする、注入起
因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生し
ないエピタキシャルシリコンウエハ。

【００１３】（３） 下地シリコン基板の主表面側から
深さ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注
入することにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層
を形成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタ
キシャル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウ
エハにおいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に窒
素と炭素が両方添加された基板を用いることを特徴とす
る、注入起因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル
層に発生しないエピタキシャルシリコンウエハ。

【００１４】（４） 請求項１から３記載のエピタキシ
ャルシリコンウエハにおいて、注入イオン種がヘリウム
イオン（Ｈｅ^＋）、ボロンイオン（^＋＋）、フッ化ボロ
ンイオン（ＢＦ_２ ^＋）、炭素イオン（Ｃ^＋）、一酸化炭
素イオン（ＣＯ^＋）、窒素イオン（Ｎ^＋）、酸素イオン
（Ｏ^＋）、フッ素イオン（Ｆ^＋）、ネオンイオン（Ｎｅ
^＋）、シリコンイオン（Ｓｉ^＋）、リンイオン
（Ｐ^＋）、アルゴンイオン（Ａｒ^＋）、ゲルマニウムイ
オン（Ｇｅ^＋）、砒素イオン（Ａｓ^＋）およびアンチモ
ンイオン（Ｓｂ+）よりなる群から選ばれた少なくとも
１種のイオンを注入することを特徴としたシリコンエピ
タキシャルウエハ。

【００１５】（５） 請求項１から３記載のエピタキシ
ャルシリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板にイ
オン注入する前に、該下地シリコン基板上に５０ｎｍ以
下の厚みのシリコン酸化膜を形成し、請求項１から３記
載の下地シリコン基板中のイオンが請求項１から３記載
の深さとなるように加速エネルギーを制御したイオンを
該下地シリコン基板の上記酸化膜を通して主表面側から
注入した後、前記シリコン酸化膜を除去してから該下地
シリコン基板の主表面側にシリコンエピタキシャル層を
堆積することを特徴とするエピタキシャルシリコンウエ
ハ。

【００１６】（６） 請求項１から３記載のエピタキシ
ャルシリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板にイ
オン注入する前に、該下地シリコン基板上にシリコン酸
化膜を形成せず、請求項１から３記載の下地シリコン基
板中のイオンが請求項１から３記載の深さとなるように
加速エネルギーを制御したイオンを主表面側から注入し
た後、該下地シリコン基板の主表面側にシリコンエピタ
キシャル層を堆積することを特徴とするエピタキシャル
シリコンウエハ。

【００１７】（７） 請求項１記載のエピタキシャルシ
リコンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に
添加された炭素濃度が５×１０^１５〜５×１０^１７ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャル
シリコンウエハ。

【００１８】（８） 請求項２記載のエピタキシャルシ
リコンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に
添加された窒素濃度が１×１０^１３〜２×１０^１５ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャル
シリコンウエハ。

【００１９】（９） 請求項３記載のエピタキシャルシ
リコンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に
添加された窒素濃度と炭素濃度が、窒素濃度が１×１０
^１３〜１×１０^１6ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、炭素濃度が５
×１０^１５〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であるこ
とを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハ。

【００２０】（１０） 請求項１から９記載のエピタキ
シャルシリコンウエハにおいて、イオン注入された注入
原子の高濃度層のピーク体積濃度が１×１０^１７ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエ
ハ。

【００２１】（１１） 下地シリコン基板の主表面側か
ら深さ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを
注入することにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度
層を形成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピ
タキシャル成長させて作製するエピタキシャルシリコン
ウエハにおいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に
炭素が添加された基板を用いることを特徴とする、注入
起因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生
しないエピタキシャルシリコンウエハの製造方法。

【００２２】（１２） 下地シリコン基板の主表面側か
ら深さ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを
注入することにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度
層を形成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピ
タキシャル成長させて作製するエピタキシャルシリコン
ウエハにおいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に
窒素が添加された基板を用いることを特徴とする、注入
起因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生
しないエピタキシャルシリコンウエハの製造方法。

【００２３】（１３） 下地シリコン基板の主表面側か
ら深さ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを
注入することにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度
層を形成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピ
タキシャル成長させて作製するエピタキシャルシリコン
ウエハにおいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に
窒素と炭素が両方添加された基板を用いることを特徴と
する、注入起因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャ
ル層に発生しないエピタキシャルシリコンウエハの製造
方法。

【００２４】（１４） 請求項１から３記載のエピタキ
シャルシリコンウエハにおいて、注入イオン種がヘリウ
ムイオン（Ｈｅ^＋）、ボロンイオン（Ｂ^＋）、フッ化ボ
ロンイオン（ＢＦ_２ ^＋）、炭素イオン（Ｃ^＋）、一酸化
炭素イオン（ＣＯ^＋）、窒素イオン（Ｎ^＋）、酸素イオ
ン（Ｏ^＋）、フッ素イオン（Ｆ^＋）、ネオンイオン（Ｎ
ｅ^＋）、シリコンイオン（Ｓｉ^＋）、リンイオン
（Ｐ^＋）、アルゴンイオン（Ａｒ^＋）、ゲルマニウムイ
オン（Ｇｅ^＋）、砒素イオン（Ａｓ^＋）およびアンチモ
ンイオン（Ｓｂ^＋）よりなる群から選ばれた少なくとも
１種のイオンを注入することを特徴としたシリコンエピ
タキシャルウエハの製造方法。

【００２５】（１５） 請求項１から３記載のエピタキ
シャルシリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板に
イオン注入する前に、該下地シリコン基板上に５０ｎｍ
以下の厚みのシリコン酸化膜を形成し、請求項１から３
記載の下地シリコン基板中のイオンが請求項１から３記
載の深さとなるように加速エネルギーを制御したイオン
を該下地シリコン基板の上記酸化膜を通して主表面側か
ら注入した後、前記シリコン酸化膜を除去してから該下
地シリコン基板の主表面側にシリコンエピタキシャル層
を堆積することを特徴とするエピタキシャルシリコンウ
エハの製造方法。

【００２６】（１６） 請求項１から３記載のエピタキ
シャルシリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板に
イオン注入する前に、該下地シリコン基板上にシリコン
酸化膜を形成せず、請求項１から３記載の下地シリコン
基板中のイオンが請求項１から３記載の深さとなるよう
に加速エネルギーを制御したイオンを主表面側から注入
した後、該下地シリコン基板の主表面側にシリコンエピ
タキシャル層を堆積することを特徴とするエピタキシャ
ルシリコンウエハの製造方法。

【００２７】（１７） 請求項１記載のエピタキシャル
シリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中
に添加された炭素濃度が５×１０^１５〜５×１０^１７ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャ
ルシリコンウエハ。

【００２８】（１８） 請求項２記載のエピタキシャル
シリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中
に添加された窒素濃度が１×１０^１３〜２×１０^１５ａ
ｔｏｍｓ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャ
ルシリコンウエハの製造方法。

【００２９】（１９） 請求項３記載のエピタキシャル
シリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中
に添加された窒素濃度と炭素濃度が、窒素濃度が１×１
０^{１ ３}〜１×１０^１6ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、炭素濃度が
５×１０^１５〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である
ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハの製造
方法。

【００３０】（２０） 請求項１から９記載のエピタキ
シャルシリコンウエハにおいて、イオン注入された注入
原子の高濃度層のピーク体積濃度が１×１０^１７ａｔｏ
ｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハ
の製造方法。

【００３１】（２１） シリコンエピタキシャル層を堆
積する方法が、１０００℃以上１２００℃以下による常
圧エピタキシャル成長法である請求項１〜１０に記載の
エピタキシャルシリコンウエハの製造方法。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、図面を参照しつ
つ実施形態に基づき説明する。

【００３３】上記目的を達成するために、以下の手順で
実施する（図１参照）。

【００３４】注入イオン種と加速エネルギーで決まる飛
程距離の最頻値（濃度ピーク）が下地シリコン基板１の
エピタキシャル成長面３（以下、「エピタキシャル層堆
積用基板表面」と称する。）（図１（Ａ）参照）から３
０ｎｍ以上１．２μｍ以下の深さとなるように、イオン
注入する。また、注入装置による注入時に金属汚染があ
る場合には、該エピタキシャル層堆積用基板表面３にシ
リコン酸化膜２を形成させる（図１（Ｂ）参照）。該酸
化膜２を形成する場合には５０ｎｍ以下で形成しておく
ことが重要である。酸化膜形成の理由は、上記したよう
にイオン注入による金属汚染が多い場合、その混入の防
止のためである。金属汚染の混入により、後に形成され
るエピタキシャル層５に結晶欠陥が入る可能性があり、
その場合には少なくとも１０ｎｍ以上あることが望まし
い。金属汚染が少ない場合には酸化膜を形成する必要は
ない。ただし、洗浄により形成される自然酸化膜はパー
ティクル付着などの防止に有効である。よって注入前の
洗浄にて、表面を親水性にすることは有効である。フッ
酸による疎水性でも問題はない。飛程距離の最頻値がエ
ピタキシャル層堆積用基板表面３から３０ｎｍよりも深
い位置になるようにする理由は、３０ｎｍ未満ではエピ
タキシャル成長中に表面に残留した欠陥が転写もしくは
それが起因でエピ層に欠陥が発生するためである。加速
エネルギーは、少なくとも３０ｋｅＶ以上で注入を行な
う（図１（Ｃ）参照）。注入加速エネルギーが低すぎる
と金属をゲッタリングする結晶欠陥の発生率が低下する
ため、ゲッタリング能力が低下する。また、数ＭｅＶも
の高い加速エネルギーで作製すると、深さが深い分だけ
注入欠陥領域は表面から遠ざかるものの、エピタキシャ
ル層堆積用基板表面のダメージも大きくエピ層への欠陥
が発生してしまう。さらにイオン注入装置能力とデバイ
ス活性領域から遠ざかるために、最適製造条件が規定さ
れる。ドーズ量も同様に、低すぎるとイオン注入結晶欠
陥６の量が低下する（図１（Ｄ）参照）。高すぎるとエ
ピタキシャル層に結晶欠陥が転写されるため、その最適
領域が存在する。注入ドーズ量のピーク濃度は、ＳＩＭ
Ｓ（二次イオン質量分析）により同定できる。注入量は
各イオンすべてにおいて、ピーク体積濃度が１Ｅ１７〜
１Ｅ２１／ｃｍ^３の範囲にあれば問題ないが、特に１Ｅ
１８〜１Ｅ２１／ｃｍ^３の範囲のものが最もゲッタリン
グに効果があり、下地シリコン基板に炭素、もしくは窒
素、または窒素および炭素が添加されたものを用いるこ
とで、結晶欠陥が発生しない。

【００３５】上記内容で、エピタキシャル層の結晶欠陥
はライトエッチングと光学顕微鏡により観察できる。こ
れをウエハの面内全体を評価する場合、高感度のパーテ
ィクルカウンターを用いる。結晶欠陥が発生しないこと
の定義は、０．２μｍ以上の欠陥が零であることであ
る。０．２μｍ未満の計測もできるが、その場合は結晶
欠陥とごみとの区別が難しく、その場合でも０．５個／
ｃｍ^２以下である。

【００３６】これまでの何も添加しない通常の下地シリ
コン基板では、注入によってダメージを受けた下地シリ
コン基板はそのドーズ量を増加させて注入欠陥を大量に
導入した場合、エピ層に欠陥を発生させてしまった。し
かし、炭素単独、もしくは窒素単独、または窒素と炭素
を同時に添加した下地シリコン基板では、従来のエピ層
欠陥が発生するドーズ量よりも１〜２桁以上もの注入ド
ーズ量を導入しても結晶欠陥はエピ層に発生しない。こ
の効果とは別に、炭素添加、窒素添加および窒素と炭素
同時添加基板は、デバイスプロセスの初期段階は基板全
体の析出が遅れるが、デバイスプロセスが進むにつれ
て、その密度および量は徐々に増加するため、デバイス
プロセス初期でもゲッタリング能力を発揮するイオン注
入と炭素や窒素および窒素と炭素同時添加したシリコン
ウエハを使用することで、全デバイスプロセスを通して
金属ゲッタリングに有効なエピ層が無欠陥のエピタキシ
ャルシリコンウエハとなる。

【００３７】炭素添加量は低すぎると転位などの欠陥抑
制効果は少なく、５Ｅ１５／ｃｍ^３以上が良い。さらに
確実にその効果を狙うには１Ｅ１６／ｃｍ^３以上が望ま
しい。また炭素濃度が５Ｅ１７／ｃｍ^３を超えると炭素
によるエピ層劣化も考えられ、５Ｅ１７／ｃｍ^３以下が
望ましい。また、窒素単独添加では、窒素の添加量が１
Ｅ１３／ｃｍ^３以上あることで、炭素持たない高温析出
効果を生じるが、１Ｅ１５／ｃｍ^３を超えるとエピ層自
体に結晶欠陥が発生してしまう。しかしながらイオン注
入することでエピ層へ転位が発生する窒素の限界濃度が
増加し、２Ｅ１５／ｃｍ^３まで引き上げることができ
る。さらに窒素と炭素同時添加では、両方の析出の効果
で十分析出するとともに、エピ層欠陥が発生させない範
囲を拡大させられる。転位が発生する窒素の限界濃度は
窒素単独添加の２Ｅ１５／ｃｍ^３から１Ｅ１６／ｃｍ^３
まで増加させることができる。しかしながら窒素が１Ｅ
１６／ｃｍ^３を超えると結晶育成自体の制御しにくくな
る。

【００３８】また、下地シリコン基板がｐ型である場合
は、ボロンイオン（Ｂ^＋）やフッ化ボロンイオン（ＢＦ
_２ ^＋）などを注入することで同型の注入原子層を形成す
ることができる。これにより、ｐ／ｐ^＋と同様の効果を
もつ構造を形成できる。もちろん、ｐ型においても、ヘ
リウムイオン（Ｈｅ^＋）、炭素イオン（Ｃ^＋）、一酸化
炭素イオン（ＣＯ^＋）、窒素イオン（Ｎ^＋）、酸素イオ
ン（Ｏ^＋）、フッ素イオン（Ｆ^＋）、ネオンイオン（Ｎ
ｅ^＋）、シリコンイオン（Ｓｉ^＋）、アルゴンイオン
（Ａｒ^＋）、ゲルマニウムイオン（Ｇｅ^＋）等を注入し
ても強いゲッタリング能力が得られる。ｎ型の基板であ
る場合は、リンイオン（Ｐ^＋）、砒素イオン（Ａｓ^＋）
やアンチモンイオン（Ｓｂ^＋）などを注入することで欠
陥層と同型の注入原子層を形成することができる。これ
により、ｎ／ｎ^＋と同様の効果をもつ構造を形成でき
る。もちろん、ｎ型においても、ヘリウムイオン（Ｈｅ
^＋）、炭素イオン（Ｃ^＋）、一酸化炭素イオン（Ｃ
Ｏ^＋）、窒素イオン（Ｎ^＋）、酸素イオン（Ｏ^＋）、フ
ッ素イオン（Ｆ^＋）、ネオンイオン（Ｎｅ^＋）、シリコ
ンイオン（Ｓｉ^＋）、アルゴンイオン（Ａｒ^＋）、ゲル
マニウムイオン（Ｇｅ^＋）等を注入しても強いゲッタリ
ング能力が得られる。

【００３９】酸化膜形成は、熱酸化膜や化学酸化膜等、
金属汚染の少ないクリーンな環境において形成された緻
密な酸化膜であることが重要である。

【００４０】イオン注入後、酸化膜をフッ酸にて除去
し、金属除去、パーティクル除去に有効な洗浄を行う。
酸化膜がない場合においても上記洗浄を実施することで
表面に付着した金属やパーティクルの除去が可能とな
る。これは、エピタキシャル成長前の基板洗浄と兼ねる
ことができる。

【００４１】その後、酸化膜が除去されたエピタキシャ
ル層堆積用基板表面上にエピタキシャル成長法によりシ
リコンエピタキシャル層を堆積する。エピタキシャル成
長における１０００〜１２００℃では、飛程付近でのイ
オン種による転位等の結晶欠陥は消滅せず、逆に二次欠
陥等の生成が起こる。ここで、常圧エピタキシャル成長
装置によるランプ加熱を用いたエピタキシャル成長の方
がより作用効果を発揮できる。

【００４２】なお、本発明に係るエピタキシャルシリコ
ンウエハにおいては、前記したイオン注入により、エピ
タキシャル層堆積用基板表面から深さ３０ｎｍ以上１．
２μｍ以下の領域に、結晶欠陥層６が形成されるが、
（図１（Ｄ）参照）、この「深さ」は該基板表面３から
結晶欠陥層６の中心までの距離を指すものである。そし
てこの結晶欠陥層は、上記数値領域内にその中心を有す
るものであれば、その厚みはいかなるものであっても良
い。

【００４３】

【実施例】以下本発明を実施例によりさらに具体的に説
明する。これは単なる例示に過ぎず、本発明はこれらの
実施例の記載によって制限されるものではない。

【００４４】（実施例１）抵抗率１０Ωｃｍ程度のｐ型
（１００）の８インチシリコン基板を準備した。以下の
手順で、各種エピタキシャルシリコンウエハを作製し
た。まず、炭素濃度が５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３
のものと５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の２種類、窒
素濃度が１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のものと２×
１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の２種類、窒素と炭素添加
基板は、窒素が１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で炭素
が５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のものと窒素が１×
１０^{１ ３}ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で炭素が５×１０^１７ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３のものまた窒素が１×１０^１６ａｔｏｍ
ｓ／ｃｍ^３で炭素が５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、
窒素が１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で炭素が５×１
０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３のものを準備した。これらの
試料について、以下の手順で行なった。なお、ゲッタリ
ング評価にはニッケルを故意汚染した試料を用いて評価
している。イオン種は注入欠陥が発生する請求項記載の
どのイオンについてでも構わないが、この中からボロン
イオン、カーボンイオン、アルゴンイオン、シリコンイ
オンについて示すことにする。

【００４５】１） まず、上記イオンが透過し、酸化膜
５０ｎｍおよび酸化膜を作成しない試料に飛程距離がそ
れぞれ３０ｎｍおよび１．２μｍとなるように加速エネ
ルギーを設定して、試料を作成した。その注入原子のピ
ーク濃度が、約１×１０^１７、１×１０^１８、１×１０
^２０および１×１０^２１／ｃｍ^３の４水準を作成した。

【００４６】２） 次に、酸化膜を形成したものは０．
５％の希フッ酸により酸化膜を除去し、アンモニア過酸
化水素水洗浄、塩酸過酸化水素水洗浄等による金属やパ
ーティクルの除去を行い、ランプ加熱の常圧エピタキシ
ャル成長装置にて、１１００〜１１５０℃の温度で５μ
ｍのシリコンエピタキシャル成長を行った。

【００４７】３） 続いて、得られたエピタキシャルシ
リコンウエハ表面に、ニッケルをそれぞれスピンコート
汚染により５×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ²の故意汚染
を施した。この場合も汚染していなものも比較として用
意した。

【００４８】４） １０００℃で６０分、窒素雰囲気で
拡散熱処理を施した後、ゲート酸化膜を３００Å形成し
た。この試料の酸化膜中およびエピタキシャル層および
注入欠陥層を含む注入原子層でのニッケルの濃度をフッ
酸およびフッ硝酸液を用い段階エッチングと原子吸光分
析にて回収量の評価を行なった。モニターによる汚染量
をあらかじめ原子吸光分析により求めておき、その量を
１００％とする。酸化膜、エピタキシャル層、注入原子
層および欠陥層、基板からのニッケルの濃度を求めた。

【００４９】５） 各種イオン注入と下地シリコン基板
によるのニッケル回収量結果を表１〜５に示す。注入し
たサンプルすべてにおいて注入欠陥付近で９０％以上の
ニッケルが回収され、飛程距離がそれぞれ３０ｎｍおよ
び１．２μｍの試料において各イオン注入のピーク体積
濃度１×１０^１７〜１×１０^２１／ｃｍ^３の範囲でゲッ
タリング能力が優れている。酸化膜があってもなくても
そのゲッタリング能力はほとんど変わらず、ライトエッ
チング液により３μｍエッチングして光学顕微鏡観察し
たが、エピ層表面の結晶欠陥はなかった。

【００５０】なお、本実施例ではニッケルについてのゲ
ッタリング能力を示しているが、鉄や銅等の金属につい
てもイオン注入による注入欠陥は有効なゲッタリングサ
イトになる。

【００５１】（比較例１）上記実施例の４つのイオン種
において、注入ピーク体積濃度が２Ｅ２１／ｃｍ ^３で１
Ｅ２１／ｃｍ^３を超えた場合のエピ層欠陥の発生を表３
３に示す。欠陥観察方法はライトエッチング液により３
μｍエッチングして光学顕微鏡観察した。どのイオン種
もエピ層に欠陥が発生している。

【００５２】（比較例２）炭素も窒素も添加していない
基板に、上記の条件で試料を作成した場合、ゲッタリン
グ能力はあるものの、注入ピークが１Ｅ２０および１Ｅ
２１／ｃｍ^３ではすべて結晶欠陥が発生してしまった。

【００５３】なお、各表について、表１〜表８は、炭素
添加した基板を用いた場合の各層におけるニッケル回収
量、表９〜表１６は、窒素添加した基板を用いた場合の
各層におけるニッケル回収量、表１７〜表３２は、窒素
と炭素を添加した基板を用いた場合の各層におけるニッ
ケル回収量、表３３は、注入ピーク体積濃度が２Ｅ２１
／ｃｍ^３の場合の各イオン種のエピ層欠陥発生状況、表
３４〜表３７は、炭素も窒素および炭素を添加していな
い基板を用いた場合の各層におけるニッケル回収量を表
わす。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】

【００６０】

【表７】

【００６１】

【表８】

【００６２】

【表９】

【００６３】

【表１０】

【００６４】

【表１１】

【００６５】

【表１２】

【００６６】

【表１３】

【００６７】

【表１４】

【００６８】

【表１５】

【００６９】

【表１６】

【００７０】

【表１７】

【００７１】

【表１８】

【００７２】

【表１９】

【００７３】

【表２０】

【００７４】

【表２１】

【００７５】

【表２２】

【００７６】

【表２３】

【００７７】

【表２４】

【００７８】

【表２５】

【００７９】

【表２６】

【００８０】

【表２７】

【００８１】

【表２８】

【００８２】

【表２９】

【００８３】

【表３０】

【００８４】

【表３１】

【００８５】

【表３２】

【００８６】

【表３３】

【００８７】

【表３４】

【００８８】

【表３５】

【００８９】

【表３６】

【００９０】

【表３７】

【００９１】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、デバイス活
性領域に近い、エピタキシャル層直下に、イオンを注入
することで、エピタキシャル層直下には結晶欠陥および
高濃度注入原子層を導入し、エピタキシャル層にはスタ
ッキングフォールトや転位の発生のない、高いゲッタリ
ング能力を持ったエピタキシャルシリコンウエハの提供
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のエピタキシャルシリコンウエハの製
造工程図。

【符号の説明】

１…シリコン基板、 ２…シリコン酸化膜（必要ない場合もある）、 ３…シリコン基板のエピタキシャル成長面、 ４…シリコン基板の表面層（注入欠陥回復）、 ５…エピタキシャル層、 ６…イオン注入結晶欠陥層。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下地シリコン基板の主表面側から深さ３
   ０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注入する
   ことにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層を形成
   し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタキシャ
   ル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウエハに
   おいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に炭素が添
   加された基板を用いることを特徴とする、注入起因によ
   る結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生しないエ
   ピタキシャルシリコンウエハ。
2. 【請求項２】 下地シリコン基板の主表面側から深さ３
   ０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注入する
   ことにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層を形成
   し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタキシャ
   ル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウエハに
   おいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に窒素が添
   加された基板を用いることを特徴とする、注入起因によ
   る結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生しないエ
   ピタキシャルシリコンウエハ。
3. 【請求項３】 下地シリコン基板の主表面側から深さ３
   ０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注入する
   ことにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層を形成
   し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタキシャ
   ル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウエハに
   おいて、該下地シリコン基板が特に、結晶中に窒素と炭
   素が両方添加された基板を用いることを特徴とする、注
   入起因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発
   生しないエピタキシャルシリコンウエハ。
4. 【請求項４】 請求項１から３記載のエピタキシャルシ
   リコンウエハにおいて、注入イオン種がヘリウムイオン
   （Ｈｅ^＋）、ボロンイオン（Ｂ^＋）、フッ化ボロンイオ
   ン（ＢＦ_２ ^＋）、炭素イオン（Ｃ^＋）、一酸化炭素イオ
   ン（ＣＯ^＋）、窒素イオン（Ｎ^＋）、酸素イオン
   （Ｏ^＋）、フッ素イオン（Ｆ^＋）、ネオンイオン（Ｎｅ
   ^＋）、シリコンイオン（Ｓｉ^＋）、リンイオン
   （Ｐ^＋）、アルゴンイオン（Ａｒ^＋）、ゲルマニウムイ
   オン（Ｇｅ^＋）、砒素イオン（Ａｓ^＋）およびアンチモ
   ンイオン（Ｓｂ^＋）よりなる群から選ばれた少なくとも
   １種のイオンを注入することを特徴としたシリコンエピ
   タキシャルウエハ。
5. 【請求項５】 請求項１から３記載のエピタキシャルシ
   リコンウエハにおいて、該下地シリコン基板にイオン注
   入する前に、該下地シリコン基板上に５０ｎｍ以下の厚
   みのシリコン酸化膜を形成し、請求項１から３記載の下
   地シリコン基板中のイオンが請求項１から３記載の深さ
   となるように加速エネルギーを制御したイオンを該下地
   シリコン基板の上記酸化膜を通して主表面側から注入し
   た後、前記シリコン酸化膜を除去してから該下地シリコ
   ン基板の主表面側にシリコンエピタキシャル層を堆積す
   ることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハ。
6. 【請求項６】 請求項１から３記載のエピタキシャルシ
   リコンウエハにおいて、該下地シリコン基板にイオン注
   入する前に、該下地シリコン基板上にシリコン酸化膜を
   形成せず、請求項１から３記載の下地シリコン基板中の
   イオンが請求項１から３記載の深さとなるように加速エ
   ネルギーを制御したイオンを主表面側から注入した後、
   該下地シリコン基板の主表面側にシリコンエピタキシャ
   ル層を堆積することを特徴とするエピタキシャルシリコ
   ンウエハ。
7. 【請求項７】 請求項１記載のエピタキシャルシリコン
   ウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に添加さ
   れた炭素濃度が５×１０^１５〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ
   ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャルシリコ
   ンウエハ。
8. 【請求項８】 請求項２記載のエピタキシャルシリコン
   ウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に添加さ
   れた窒素濃度が１×１０^１３〜２×１０^１５ａｔｏｍｓ
   ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャルシリコ
   ンウエハ。
9. 【請求項９】 請求項３記載のエピタキシャルシリコン
   ウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に添加さ
   れた窒素濃度と炭素濃度が、窒素濃度が１×１０^１３〜
   １×１０^１6ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、炭素濃度が５×１０
   ^１５〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であることを特
   徴とするエピタキシャルシリコンウエハ。
10. 【請求項１０】 請求項１から９記載のエピタキシャル
    シリコンウエハにおいて、イオン注入された注入原子の
    高濃度層のピーク体積濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／
    ｃｍ^３以上１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である
    ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハ。
11. 【請求項１１】 下地シリコン基板の主表面側から深さ
    ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注入す
    ることにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層を形
    成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタキシ
    ャル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウエハ
    において、該下地シリコン基板が特に、結晶中に炭素が
    添加された基板を用いることを特徴とする、注入起因に
    よる結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生しない
    エピタキシャルシリコンウエハの製造方法。
12. 【請求項１２】 下地シリコン基板の主表面側から深さ
    ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注入す
    ることにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層を形
    成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタキシ
    ャル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウエハ
    において、該下地シリコン基板が特に、結晶中に窒素が
    添加された基板を用いることを特徴とする、注入起因に
    よる結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に発生しない
    エピタキシャルシリコンウエハの製造方法。
13. 【請求項１３】 下地シリコン基板の主表面側から深さ
    ３０ｎｍ以上１．２μｍ以下の領域に、イオンを注入す
    ることにより結晶欠陥層を含む注入原子の高濃度層を形
    成し、その後下地シリコン基板の主表面側にエピタキシ
    ャル成長させて作製するエピタキシャルシリコンウエハ
    において、該下地シリコン基板が特に、結晶中に窒素と
    炭素が両方添加された基板を用いることを特徴とする、
    注入起因による結晶欠陥がシリコンエピタキシャル層に
    発生しないエピタキシャルシリコンウエハの製造方法。
14. 【請求項１４】 請求項１から３記載のエピタキシャル
    シリコンウエハにおいて、注入イオン種がヘリウムイオ
    ン（Ｈｅ^＋）、ボロンイオン（Ｂ^＋）、フッ化ボロンイ
    オン（ＢＦ_２ ^＋）、炭素イオン（Ｃ^＋）、一酸化炭素イ
    オン（ＣＯ^＋）、窒素イオン（Ｎ^＋）、酸素イオン（Ｏ
    ^＋）、フッ素イオン（Ｆ^＋）、ネオンイオン（Ｎ
    ｅ^＋）、シリコンイオン（Ｓｉ^＋）、リンイオン
    （Ｐ^＋）、アルゴンイオン（Ａｒ^＋）、ゲルマニウムイ
    オン（Ｇｅ^＋）、砒素イオン（Ａｓ^＋）およびアンチモ
    ンイオン（Ｓｂ^＋）よりなる群から選ばれた少なくとも
    １種のイオンを注入することを特徴としたシリコンエピ
    タキシャルウエハの製造方法。
15. 【請求項１５】 請求項１から３記載のエピタキシャル
    シリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板にイオン
    注入する前に、該下地シリコン基板上に５０ｎｍ以下の
    厚みのシリコン酸化膜を形成し、請求項１から３記載の
    下地シリコン基板中のイオンが請求項１から３記載の深
    さとなるように加速エネルギーを制御したイオンを該下
    地シリコン基板の上記酸化膜を通して主表面側から注入
    した後、前記シリコン酸化膜を除去してから該下地シリ
    コン基板の主表面側にシリコンエピタキシャル層を堆積
    することを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハの
    製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１から３記載のエピタキシャル
    シリコンウエハにおいて、該下地シリコン基板にイオン
    注入する前に、該下地シリコン基板上にシリコン酸化膜
    を形成せず、請求項１から３記載の下地シリコン基板中
    のイオンが請求項１から３記載の深さとなるように加速
    エネルギーを制御したイオンを主表面側から注入した
    後、該下地シリコン基板の主表面側にシリコンエピタキ
    シャル層を堆積することを特徴とするエピタキシャルシ
    リコンウエハの製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１記載のエピタキシャルシリコ
    ンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に添加
    された炭素濃度が５×１０^１５〜５×１０^{１ ７}ａｔｏｍ
    ｓ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャルシリ
    コンウエハ。
18. 【請求項１８】 請求項２記載のエピタキシャルシリコ
    ンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に添加
    された窒素濃度が１×１０^１３〜２×１０^{１ ５}ａｔｏｍ
    ｓ／ｃｍ^３であることを特徴とするエピタキシャルシリ
    コンウエハの製造方法。
19. 【請求項１９】 請求項３記載のエピタキシャルシリコ
    ンウエハにおいて、該下地シリコン基板の結晶中に添加
    された窒素濃度と炭素濃度が、窒素濃度が１×１０^１３
    〜１×１０^１6ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、炭素濃度が５×１
    ０^１５〜５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であることを
    特徴とするエピタキシャルシリコンウエハの製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１から９記載のエピタキシャル
    シリコンウエハにおいて、イオン注入された注入原子の
    高濃度層のピーク体積濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／
    ｃｍ^３以上１×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である
    ことを特徴とするエピタキシャルシリコンウエハの製造
    方法。
21. 【請求項２１】 シリコンエピタキシャル層を堆積する
    方法が、１０００℃以上１２００℃以下による常圧エピ
    タキシャル成長法である請求項１〜１０に記載のエピタ
    キシャルシリコンウエハの製造方法。