JP2010532584A5 - - Google Patents

Description

したがって、ある実施態様では、アニールウェーハ中の空孔濃度は、空孔が比較的移動性を有する温度領域を通るウェーハの冷却速度を制御することによって、少なくとも部分的に制御される。そのような制御は、空孔が比較的移動性を有する温度範囲よりも低い温度にウェーハを冷却する前に、冷却されたウェーハ中の結晶格子の空孔の数密度を減少するのに十分な時間だけ行使される。アニールウェーハの温度がこの範囲を通って下がると、空孔はウェーハ表面に拡散して消滅し、空孔濃度プロファイルの変化をもたらす。そのような変化の広がりは、アニールウェーハがこの範囲内の温度で維持される時間の長さ及び温度の大きさに依存し、一般的に、より大きい温度およびより長い拡散時間は、増加した拡散をもたらす。一般に、アニール温度から、空孔が実際に不動になる温度（例えば約９５０℃）までの平均冷却速度は、好ましくは毎秒２０℃以下、より好ましくは毎秒約１０℃以下、さらに好ましくは毎秒約５℃以下である。

IV．アニールウェーハの酸素プロファイル
本願明細書で使用される高速熱処理によって、ウェーハの前面および裏面の表面から、少量の酸素が外側に拡散するかもしれないが、得られたアニールウェーハは、シリコン表面からの距離の関数として実質的に均一な格子間酸素濃度を有している。例えば、アニールウェーハは、シリコンの中心から、シリコン表面から約１５ミクロン以内のウェーハ領域まで、より好ましくは、シリコンの中心から、シリコン表面から約１０ミクロン以内のウェーハ領域まで、さらに好ましくは、シリコンの中心から、シリコン表面から約５ミクロン以内のウェーハ領域まで、最も好ましくは、シリコンの中心から、シリコン表面から約３ミクロン以内のウェーハ領域まで、実質的に均一な格子間酸素濃度を持つだろう。この状況において、実質的に均一な酸素濃度とは、約５０％以下、好ましくは約２０％以下、より好ましくは約１０％以下の酸素濃度の変化を意味するものとする。

V．エピタキシャル成長
エピタキシャル層は、本技術分野で一般的に知られている手法によって、アニールされたシリコンウェーハの表面に少なくとも約５μｍの平均厚さまで堆積あるいは成長されて、エピタキシャルシリコンウェーハを形成する。典型的には、エピタキシャル成長は化学気相成長法によって行われるのが好ましく、それは、その方法が、半導体材料の上にエピタキシャル層を成長させるための最も柔軟性が高く且つ費用効果の高い方法の１つであるからである。例えば、米国特許US5789309を確認されたい。エピタキシャル層のドーピングは、エピタキシャル層の成長過程の後、あるいは成長過程の間に行うことができる。ドーピング方法にかかわらず、得られたエピタキシャル層は、抵抗率が少なくとも約１０ｍΩ・ｃｍ、例えば少なくとも約１００ｍΩ・ｃｍのエピタキシャル層を提供できるＮ型ドーパント濃度を有している。例えば、エピタキシャル層は、典型的には約１００ｍΩ・ｃｍ〜約１００Ω・ｃｍの抵抗率を有しているだろう。ある用途では、エピタキシャル層は約３００ｍΩ・ｃｍ〜約１０Ω・ｃｍの抵抗率を有しているだろう。

この実施態様の他の変形によれば、ウェーハの冷却速度は、冷却雰囲気の制御と共にあるいは制御なしに、制御される。具体的には、冷却速度は、アニール温度から、空孔が実際に不動になる温度（例えば約９５０℃）までの平均冷却速が、好ましくは毎秒２０℃以下、より好ましくは毎秒約１０℃以下、さらに好ましくは毎秒約５℃以下になるように、制御される。代わりに、温度は、約１１５０℃よりは低いが約９５０℃よりは高い温度まで、急速に（例えば２０℃／秒より大きな速度で）下げられ、そして、保持温度に依存して、数秒〜数分保持する。例えば、１１５０℃近くの温度では、少なくとも約２、３、４、６秒あるいはそれ以上で十分であり、一方、９５０℃近くの温度では、少なくとも約２、３、４、６あるいはそれ以上が必要であろう。

Claims (24)

1. エピタキシャル単結晶シリコンウェーハを製造する方法であって、
   既存の酸素析出物を溶解するために、少なくとも１１５０℃の温度で高ドープ単結晶シリコン基板をアニーリングする工程であって、
   前記高ドープシリコン基板は、チョクラルスキー法によって成長させたらスライスされ、前面および裏面と、前記前面と前記裏面とを接続する円周端面とを有し、ならびに５ｍΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有している、アニーリング工程と、
   前記エピタキシャルインゴットかシリコンウェーハを形成するために、高速熱処理した前記高ドープシリコン基板の前記前面にＮ−シリコンエピタキシャル層を堆積する工程であって、前記エピタキシャル層は、１０ｍΩ・ｃｍより大きな抵抗率を有する、堆積工程と、
   前記高ドープシリコン基板を、アニーリング温度から室温まで冷却する冷却工程と、を含み、
   前記高ドープ単結晶シリコン基板に均一濃度の空孔を導入するために、前記冷却工程中に
   （i）前記アニーリング工程の雰囲気が制御されるか、あるいは、
   （ii）前記冷却工程中に冷却速度が制御され、
   前記均一濃度は、酸化析出物熱処理中に酸素析出物を触媒するのに不十分であることを特徴とする製造方法。
2. 前記冷却工程は、前記堆積工程の後に行なわれることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
3. 前記アニーリング工程の行なわれる雰囲気が酸素を含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
4. 前記雰囲気は、少なくとも１０００原子ｐｐｍの酸素分圧を含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
5. 前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、毎秒２０℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
6. 前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、毎秒５℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
7. 前記アニーリング工程と前記堆積工程とが同じ装置の中で行なわれ、
   前記冷却工程は、前記堆積工程の後に行なわれ、
   前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、毎秒２０℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
8. 前記アニーリング工程と前記堆積工程とが同じ装置の中で行なわれ、
   前記冷却工程は、前記堆積工程の後に行なわれ、
   前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、毎秒５℃以下であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
9. 前記高ドープシリコン基板の冷却工程が、
   前記アニーリング温度から１１５０℃よりは低いが９５０℃よりは高い温度まで毎秒２０℃を超える冷却速度で冷却する過程と、
   その次に、その温度範囲内において少なくとも２秒保持する過程と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
10. 前記高ドープシリコン基板が９５０℃の温度まで冷却され、その温度で少なくとも２分間保持されることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
11. 前記高ドープシリコン基板はＮ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
12. 前記高ドープシリコン基板は、Ｐ、Ａｓおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記高ドープシリコン基板はＰ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
14. 前記高ドープシリコン基板は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
15. 前記アニーリング工程の前に、前記高ドープ単結晶シリコン基板の前記裏面にポリシリコン層を堆積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
16. チョクラルスキー法によって成長させたインゴットからスライスされた高ドープ単結晶シリコン基板であって、
    前面および裏面と、前記前面と前記裏面とを接続する円周端面とを有し、
    ５ｍΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有し、
    酸素析出物の核が実質的にない、前記高ドープ単結晶シリコン基板と、
    エピタキシャルシリコンウェーハを形成している前記高ドープシリコン基板の前記前面上のＮ−シリコンエピタキシャル層であって、
    前記エピタキシャル層はＮ型ドーパントを含み、１０ｍΩ・ｃｍより大きな抵抗率を有している、Ｎ−シリコンエピタキシャルシリコン層と、
    を含むことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
17. 前記高ドープシリコン基板はＮ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１６に記載のウェーハ。
18. 前記高ドープシリコン基板は、Ｐ、Ａｓおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ。
19. 前記高ドープシリコン基板はＰ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１６に記載のウェーハ。
20. 前記高ドープシリコン基板は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１９に記載のウェーハ。
21. 前記エピタキシャル層が１００ｍΩ・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍの抵抗率を有することを特徴とする請求項１６に記載のウェーハ。
22. 前記高ドープシリコン基板は、実質的に均一な格子間酸素濃度を有する範囲であって、前記ウェーハの中心から、前記ウェーハの表面から１５ミクロン以内の距離まで半径方向に延びている前記範囲を含むことを特徴とする請求項１６に記載のウェーハ。
23. 前記実質的に均一な領域は、５０％以下の変化を伴う格子間酸素原子の濃度を有することを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ。
24. 前記実質的に均一な領域は、１０％以下の変化を伴う格子間酸素原子の濃度を有することを特徴とする請求項２２に記載のウェーハ。