JP3589119B2

JP3589119B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP3589119B2
Application number: JP28658699A
Authority: JP
Inventors: 英一浅山; 繁梅野; 正隆宝来
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: US6365461B1; JP2001106594A

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エピタキシャルウェーハの製造方法に関し、さらに詳しくは、窒素をドープされたシリコン単結晶から切り出されたウェーハにエピタキシャル層を成長させる際に、エピタキシャル層中に積層欠陥や転位等の欠陥（以下、単に「エピタキシャル欠陥」という）の発生を抑制することができる製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
近年、シリコン半導体デバイスの集積高密度化の傾向は、急速に進行しており、デバイスを形成させるシリコンウェーハの品質への要求は、ますます厳しくなっている。すなわち、集積が高密度化するほど回路は繊細となるので、ウェーハ上でのデバイスが形成される、いわゆるデバイス活性領域においては、リーク電流の増大やキャリアのライフタイム短縮原因となる、転位などの結晶欠陥およびドーパント以外の金属系元素の不純物は、これまでよりはるかに厳しく制限される。
【０００３】
従来から、半導体のデバイス用としては、チョクラルスキー法によって引上げられたシリコン単結晶から切り出されたウェーハが用いられてきた。このウェーハには、通常１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度の過飽和の格子間酸素が含まれている。酸素は転位の発生防止によるウェーハの強度向上や、ゲッタリング効果などの有用な効果もあるが、一方においては酸化物となって析出し、デバイス形成時の熱履歴によって、転位や積層欠陥などの結晶欠陥をもたらすこともよく知られている。
【０００４】
しかしながら、デバイス製造の過程で、フィールド酸化膜のＬＯＣＯＳ（ｌｏｃａｌｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆｓｉｌｉｃｏｎ）による形成やウエル拡散層の形成に、１１００℃〜１２００℃の高温で数時間の熱処理が行われるため、ウェーハの表面近傍では酸素の外方拡散によって、厚さ数十μｍ前後の結晶欠陥のない、いわゆるＤＺ層（ｄｅｎｕｄｅｄｚｏｎｅ）が形成される。このＤＺ層がデバイス活性領域となるので、結晶欠陥の発生が自然に抑制されていた。
【０００５】
ところが、半導体デバイスの微細化にともない、ウエル形成に高エネルギーイオン注入法が採用され、デバイスプロセスが１０００℃以下の低温で行われるようになると、上記の酸素外方拡散が充分に起こらず表面近傍でＤＺ層が充分に形成されなくなる。このために、ウェーハの低酸素化が行われてきたが、結晶欠陥の発生を完全に抑制することは困難であった。
【０００６】
このようなことから、結晶欠陥をほぼ完全に含まないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスに多く用いられるようになっている。しかし、結晶の完全性が高いエピタキシャルウェーハを用いても、その後のデバイス工程におけるエピタキシャル層の金属不純物汚染によって、デバイス特性が悪化することになる。
【０００７】
このような金属系元素の不純物による汚染は、集積が高密度化するほどプロセスも複雑になってその機会が増し、影響も大きくなってくる。汚染の排除対策は基本的にはプロセス環境および使用材料のクリーン化にあるが、デバイスプロセスにおいて完全になくすことは困難であり、その対処手段としてゲッタリング技術が必要になる。これは、汚染により侵入してきた不純物元素をデバイス活性領域外の場所（シンク）に捕獲し、無害化する手段である。
【０００８】
ゲッタリング技術としては、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酸素析出物を利用して不純物元素を捕獲する、イントリンシックゲッタリング（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃｇｅｔｔｅｒｉｎｇ、以下、単に「ＩＧ」とする）と呼ばれるものがある。しかし、エピタキシャル工程で１０５０℃〜１２００℃の高温熱処理がウェーハに施されると、シリコン単結晶から切り出されたウェーハに内在する酸素析出核が縮小、消滅し、その後のデバイスプロセスにおいて、ウェーハ内にゲッタリング源となる酸素析出物を充分に誘起することが困難になる。このため、このゲッタリング技術を適用しても、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生じる。
【０００９】
このため、本発明者らは、単結晶を育成する際に窒素をドープすることによって、エピタキシャル工程での高温熱処理でも消失し難い酸素析出物をウェーハ内部に形成することを可能にした。すなわち、窒素をドープしてシリコン単結晶を育成することによって、結晶中の酸素析出物の熱的安定性を増加させ、エピタキシャル工程によっても酸素析出物が縮小、消滅しないようにした。そして、エピタキシャル工程後も残存した酸素析出物は、ゲッタリングのシンクとして有効に作用するため、デバイス工程の初期段階からＩＧ効果を期待できることになる。
【００１０】
しかしながら、その後の研究の進展にともない、窒素をドープすることによって得られた、高温熱処理でも消失し難い熱的に安定した酸素析出物は、エピタキシャル欠陥を誘起し易いことが明らかになってきた。安定した酸素析出物がウェーハ表面近傍に誘起されると、デバイス活性領域であるエピタキシャル層に積層欠陥や転位等のエピタキシャル欠陥が存在することになるので、これらの酸素析出物はデバイスリーク電流の増大や、酸化膜耐圧の劣化等を引き起こすという問題が生じることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した窒素ドープにともなうエピタキシャル欠陥に関する問題に鑑みてなされたものであり、窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から作製されたエピタキシャルウェーハであっても、エピタキシャル欠陥の発生を充分に抑制し、例えば、この欠陥密度が０．１個／ｃｍ^２以下であるようなエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
酸素含有に起因する結晶の微細欠陥に、酸化誘起積層欠陥（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄｓｔａｃｋｉｎｇｆａｕｌｔ：以下単に「ＯＳＦ」と言う）がある。これはデバイスプロセスの高温酸化処理の際、酸化膜の下地結晶に発生する積層欠陥で、ＯＳＦの発生と結晶中の酸素量とは正の相関があり、この欠陥は酸素析出物を核として発達する。チョクラルスキー法によって育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハを、１０００〜１２００℃にて１〜２０時間熱酸化処理を施すと、単結晶の引き上げ軸を中心とするリング状の酸化誘起積層欠陥（ｒｉｎｇｏｆｏｘｉｄａｔｉｏｎ−ｉｎｄｕｃｅｄｓｔａｃｋｉｎｇｆａｕｌｔｓ：以下、「ＯＳＦリング」という）が発生することがある。ＯＳＦリングは１２００℃以上の高温でも消滅し難い安定な酸素析出物を核とし、高温熱処理よって誘起される。そして、ＯＳＦリングを含むウェーハ上に、エピタキシャル層を成長させても、ＯＳＦリング領域の核は消滅しない。
【００１３】
通常、ＯＳＦリングは、幅が数ｍｍから十数ｍｍで、他の領域との境界は極めてシャープである。本発明者らの検討により、単結晶の育成時に窒素をドープすることによって、ＯＳＦリングの幅を拡大させることが可能であることを見いだした。さらに、窒素をドープすることにより、ＯＳＦリング以外の領域においても酸素析出物の熱的安定性を向上させ、エピタキシャル工程を経ても縮小、消滅しにくい安定な析出核を形成できることを明らかにした。これらの析出核は、ゲツタリング源としてデバイスプロセスの初期から有効にＩＧ効果を発揮することになる。
【００１４】
前述の通り、窒素をドープして得られた熱的に安定な析出物がウェーハ表層の近傍領域に残存していると、エピタキシャル欠陥を誘起し易くなる。また、その根拠はまだ明確ではないが、エピタキシャル欠陥は、ウェーハのＯＳＦリング領域の近傍部に多発する傾向がある。そして、このようなエピタキシャル欠陥は、リーク電流の増大や、酸化膜耐圧の劣化などを引き起こす原因となる。
【００１５】
さらに、窒素をドープして得られた酸素析出物の挙動や、エピタキシャル欠陥の誘起要因を詳細に検討した結果、エピタキシャル欠陥の形成には、結晶中の窒素濃度や酸素濃度、育成する際の引き上げ条件、さらには、エピタキシャル工程前の熱処理等の要因が影響することが分かった。すなわち、エピタキシャル欠陥の原因となるＯＳＦ密度は窒素濃度や酸素濃度によってコントロールできるようになり、また、ＯＳＦリングの発生位置や引き上げ速度を制御したり、エピタキシャル層の成長前にウェーハに高温の熱処理を施すことによって、析出核のサイズをエピタキシャル欠陥を誘起しない程度に縮小化することが可能であることを知見した。
【００１６】
以下では、上記の知見に基づいて完成された、下記（１）〜（４）に関する発明の内容を説明する。本発明は、上記の発明のうち、下記（２）および（３）のエピタキシャルウェーハの製造方法を要旨としている。
【００１７】
（１）窒素がドープされ、ＯＳＦリング領域の酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であるシリコン単結晶から切り出されたウェーハにエピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法である（以下、「第１の方法」という）。
【００１８】
（２）窒素がドープされ、かつ引上げ速度に併せて融液表面と熱シールド材の下端とのギャップＬが制御され、ＯＳＦリング領域の内径がウェーハ径の８５％以上の位置に存在するように育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハにエピタキシャル層を成長させたことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法である（以下、「第２の方法」という）。
【００１９】
（３）窒素が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の濃度でドープされ、引き上げ速度が１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上の条件で育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハにエピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法である（以下、「第３の方法」という）。
【００２０】
（４）窒素が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満の濃度でドープされて育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハに１２００℃〜１３００℃の温度範囲で１分間以上の熱処理を施した後、エピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法（以下、「第４の方法」という）。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の製造方法で、ＯＳＦリング領域の酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下と規定するのは、この値を超えるとＯＳＦリング領域においてエピタキシャル欠陥を誘起しやすく、この領域を含め酸素濃度をウェーハ面内で均一に低減できれば、エピタキシャル欠陥の生成を回避できるからである。酸素濃度の下限を規定しないが、酸素濃度不足によるウェーハ強度の低下抑制および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、４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上にするのが望ましい。
【００２２】
ドープの方法としては、所要濃度の窒素をドープできるのであれば、どんな方法でもよく、例えば、原料中あるいは融液中への窒化物の混合、窒素を添加したフローティングゾーン法（ＦＺ法）によるシリコン結晶や表面に窒化珪素膜を形成させたウェーハの原料への混合、炉内への窒素あるいは窒素化合物ガスを流しながらの単結晶育成、溶融前の高温にて多結晶シリコンへの窒素あるいは窒素化合物ガスの吹き付け、窒化物製るつぼの使用等があげられる。
【００２３】
エピタキシャル層を成長させる際には、上述の窒素をドープした単結晶を切り出して、表面を研磨、清浄化したウェーハが用いられるが、気相成長法の熱分解法など、結晶欠陥のないエピタキシャル層の形成方法であればどんな方法でも良い。
【００２４】
第２の製造方法では、融液表面と熱シールド材の下端との距離をギャップＬとし、引上げ速度に併せてこのギャップＬを制御して、ＯＳＦリング領域の内径がウェーハ径の８５％以上の位置に存在するように育成する必要がある。前述の通り、ＯＳＦリングは引き上げ軸を中心としてリング状に発生するものであるから、その発生位置はリングの内径を基準として、ウェーハ径に対する比率（％）またはウェーハ中心からの距離（ｍｍ）で示される。ウェーハ径に対する比率（％）で示す場合には、ウェーハ中心位置では０％と表記し、ウェーハの最外周位置では１００％と表記する。
【００２５】
通常、エピタキシャル欠陥は、ＯＳＦリング発生位置よりもやや外側に発生するので、その発生位置が外周側になればなる程、デバイスの特性は改善され、ウェーハの歩留まりも向上する。このような観点から、その発生位置の限界を内径基準でウェーハ径の８５％とする。
【００２６】
一方、ウェーハの外周部分はデバイスとして使用することができず、必然的に廃棄されるので、育成される単結晶の直径を製品直径より大きく引き上げて、ＯＳＦリングの発生位置を直径の増大部分に納めるようにするのが有効である。このようにすれば真円のウェーハに丸め加工する際に、ＯＳＦリング領域がウェーハ面から除かれることになる。
【００２７】
第３の製造方法では、育成される単結晶が窒素が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の濃度でドープされることが前提となる。窒素濃度の下限を１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としているのは、これより低濃度にすると、所定のＩＧ効果が得られなくなるためである。また、窒素濃度の上限を１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３としているのは、これより高濃度にすると、ウェーハ表面近傍に酸素析出物が形成され、これを核としてエピタキシャル欠陥が誘起されやすくなるからであるが、エピタキシャル欠陥密度を０．１個／ｃｍ^２以下にする観点からは、さらに窒素濃度を１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満にするのが望ましい。
【００２８】
引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上と規定しているのは、単結晶中に形成される酸素析出物を縮小化するために必要な条件である。これにより、エピタキシャル欠陥の発生を抑制することができる。
【００２９】
結晶中の窒素濃度は、引上げ前のシリコンに対するドープした窒素量、シリコンの融液および固相とでの窒素の分配係数、および結晶の固化率から計算される。すなわち、シリコン中の窒素の初期濃度Ｃ_０は、原料シリコンの原子量と添加した窒素原子数とから計算され、結晶中の窒素濃度Ｃ_Ｎは下記（ａ）式で計算される。
【００３０】
Ｃ_Ｎ＝Ｃ_０ｋ（１−ｘ）^ｋ−１・・・（ａ）
上記（ａ）式で、ｋは窒素の平衡偏析係数であり、その係数は７×１０^−４である。ｘは固化率であり、結晶引上げ重量を初期チャージ量で割ったものとして表される。
【００３１】
第４の製造方法でも、育成される単結晶が窒素が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満の濃度でドープされることが前提となる。窒素濃度の下限、上限は、上記第３の製造方法の場合と同じ理由によるためである。ただし、エピタキシャル欠陥密度を０．１個／ｃｍ^２以下にする観点からは、窒素濃度を１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満にするのが望ましい。
【００３２】
後述する実施例３で示すように、ウェーハにエピタキシャル層を成長させる前に熱処理を施すと、エピタキシャル欠陥密度が減少するが、その前処理の条件は高温、長時間になるほど効果が促進される。ドープされる窒素濃度の範囲も考慮して、前処理は、１２００℃〜１３００℃の温度範囲で１分間以上の条件とした。
【００３３】
【実施例】
本発明の第１〜４の製造方法の効果を確認するため、下記の実施例１〜３に基づいて確認試験を実施した。
【００３４】
図１は、実施例で用いたシリコン単結晶の育成装置の概略構成を説明する図である。装置の中心位置に坩堝１が配され、石英製容器１ａとこの外側に嵌合された黒鉛製容器１ｂとから構成されている。坩堝１の外周には、加熱ヒーター２が同心円筒状に配設され、坩堝１内にはこの加熱ヒーターにより溶融された融液３が収容されている。坩堝１の上方には、引上げ軸４が種結晶５を装着して、回転、および昇降可能に垂設され、種結晶５の下端から単結晶６を成長させていく。そして、育成される単結晶６を囲繞して熱シールド材７が配置され、融液３表面と熱シールド材７の下端との距離がギャップＬとして管理される。
【００３５】
（実施例１）
実施例１では、前記第２、３の製造方法の効果を確認するため、上記育成装置を用いて、８インチ、ｐ型（１００）のシリコン単結晶を結晶回転速度を２０ｒｐｍの条件で育成した。このときの窒素濃度、酸素濃度、ボロン濃度、結晶の引き上げ速度、および融液表面と熱シールドとのギャップＬを変化させながら単結晶の育成を行った。このときの条件を表１に示す。
【００３６】
育成された単結晶からウェーハを切り出し、ＯＳＦ密度評価熱処理として、酸素雰囲気にて１１００℃にて１６時間の高温処理を施した。得られたウェーハのサンプルをライトエッチング液で５分間の選択エッチングを行い、光学顕微鏡にてＯＳＦ密度をカウントし、ＯＳＦリングの発生位置を内径基準でウェーハ中心からの距離（ｍｍ）で判定した。次に、これらのウェーハと近接する位置から切り出されたウェーハに、堆積温度が１１５０℃の条件で、厚み約５μｍのエピタキシャル層を成長させ、次いで、エピタキシャル欠陥密度を市販の表面欠陥測定装置で測定した。これらの判定、測定結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１のサンプル１〜３では、引き上げ速度を０．９ｍｍ／ｍｉｎ〜１．８ｍｍ／ｍｉｎで変化させている。引き上げ速度を速くすることによって、ＯＳＦリングの発生位置が外周側に移動し、それにともなってエピタキシャル欠陥密度が減少している。引き上げ速度の増加によって、析出核のサイズが縮小し、エピタキシャル欠陥を誘起しにくくなったためである。
【００３９】
サンプル４〜６は窒素濃度を１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２、サンプル７〜９は窒素濃度を９×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２で行った結果であるが、窒素濃度を低下させると、それにともなってエピタキシャル欠陥密度が減少することが分かる。例えば、窒素濃度が９×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と低い場合には、引き上げ速度を１．２ｍｍ／ｍｉｎとすれば、エピタキシャル欠陥密度を０．１個／ｃｍ^２以下に低減することができる（サンプル８〜９）。一方、窒素濃度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と比較的高い場合であっても、引き上げ速度を１．８ｍｍ／ｍｉｎと速めることによって、エピタキシャル欠陥密度を０．１個／ｃｍ^２程度に減少することができる（サンプル６）。
【００４０】
ところが、窒素濃度を過度に低くすると、所定のＩＧ効果が得られなくなるので、１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２以上は濃度を確保する必要がある。さらに、窒素濃度を１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３より高濃度にすると、引き上げ速度を速くしてもエピタキシャル欠陥を抑制できないので、１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする必要がある。ただし、後述のサンプル１４、１５に示すように、例えば、ギャップＬを拡げて、ＯＳＦリング領域の内径がウェーハ径の８５％以上の位置に存在するようなウェーハを使用すれば、エピタキシャル欠陥密度を低減することができる。
【００４１】
サンプル１０〜１３は、他に比較してボロン濃度を高くした場合の結果を示している。これらの結果から、ボロン濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と高くなると、エピタキシャル欠陥を誘起し易くなる。これは、ボロンの添加によって、酸素析出物の生成および酸素析出物の成長が促進されるためである。ボロン濃度が高い場合であっても、窒素濃度を低くし、引き上げ速度を速く設定することによって、エピタキシャル欠陥密度を低減することができる（サンプル１３）。
【００４２】
サンプル１４、１５は、融液表面と熱シールド材の下端との距離をギャップＬとして、これを大きくした場合のＯＳＦリングの発生位置への影響を示している。ギャップＬの増大に伴い、発生位置が外周に移動していることがわかる。
【００４３】
通常、エピタキシャル欠陥は、ＯＳＦリング発生位置よりもやや外側に生成する。この点を考慮すると、その発生位置が外周側になればなる程、ウェーハからデバイスチップヘ使用できる面積が増大し、エピタキシャル層の品質も向上する。ＯＳＦリングの発生位置が内径でウェーハ中心から８５ｍｍ以上になると、エピタキシャル欠陥密度が充分に低減されている（サンプル１５）。
【００４４】
表１に示すＯＳＦリング発生位置はウェーハ中心からの距離（ｍｍ）で示しているが、供試されたウェーハは８インチ（半径が１０１．６ｍｍ）であるから、ＯＳＦリング発生位置のウェーハ中心からの距離（ｍｍ）を、第２の製造方法の表記のように、ウェーハ径に対する比率（％）に読み替えても支障がない。
【００４５】
（実施例２）
実施例２では、第１の製造方法の効果を確認するため、エピタキシャル欠陥の形成における酸素の面内分布の影響を調査した。結晶中の窒素濃度が２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、酸素濃度が１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３となるように、８インチ、ｐ型（１００）の単結晶を２本育成した。育成に際して、１本は結晶回転速度を２０ｒｐｍで、他の１本は１０ｒｐｍの条件としたが、いずれもギャップＬは２０ｍｍとした。
【００４６】
育成された単結晶からウェーハを切り出し、酸素雰囲気中で１１００℃にて１６時間の熱処理を施した。得られたウェーハのサンプルで、まず赤外吸収測定により酸素濃度の面内分布を測定した。酸素濃度の換算係数は、ｏｌｄ−ＡＳＴＭ１９７９を用いた。次にライトエッチング液で５分間の選択エッチングをおこない、光学顕微鏡にてＯＳＦ密度をカウントした。これらのウェーハと近接する位置から切り出されたウェーハに、堆積温度が１１５０℃で厚み約５μｍのエピタキシャル膜を成長させ、次いで、エピタキシャル欠陥密度を市販の表面欠陥測定装置で測定した。
【００４７】
図２は、単結晶から切り出されたウェーハ中の酸素濃度の面内分布を示す図である。同図から、結晶回転速度が１０ｒｐｍと低い場合には、ウェーハの外周部分で酸素濃度が８〜１０×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３と減少していることが分かる。
【００４８】
図３は、上記図２と同じウェーハに１１００℃で１６時間の熱酸化処理を施した後、ＯＳＦ密度の面内分布を測定した結果を示した図である。結晶回転速度が２０ｒｐｍと速いウェーハでは、ウェーハ中心から８０ｍｍの位置にＯＳＦリングが発生していることが分かる。一方、結晶回転速度が低いウェーハでは、ＯＳＦ密度がウェーハ外周に向かって減少しており、ＯＳＦリングは観察されなかった。
【００４９】
図４は、エピタキシャル欠陥密度の面内分布を示す図である。同図から明らかなように、結晶回転速度が速いウェーハから作製したエピタキシャルウェーハでは、ＯＳＦリングの発生位置を基準にエピタキシャル欠陥が観察されるのに対し、結晶回転速度が遅いウェーハから作製したエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル欠陥のピークが観察されなかった。
【００５０】
上記図２〜４の結果を要約すると、ウェーハ中の酸素濃度の面内分布が均一であれば、ウェーハ中心から８０ｍｍの位置でＯＳＦリングを発生するはずであった。しかし、図２の結晶回転速度が遅い場合にように、ＯＳＦリング発生位置での酸素濃度が９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下と低濃度の場合には、エピタキシャル欠陥の形成が抑制されている。したがって、エピタキシャル欠陥を誘起しやすいＯＳＦリング領域では、酸素濃度を９×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下と減少させることは、エピタキシャル欠陥密度を低減する有効な手段である。
【００５１】
（実施例３）
実施例３では、第４の方法の効果を確認するため、ウェーハの熱処理によるエピタキシャル欠陥密度を低減する方法について検討した。まず、結晶中の窒素濃度を７×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、９×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の２水準とし、酸素濃度を１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、ボロン濃度を１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、結晶回転速度を２０ｒｐｍとする条件で、８インチ、ｐ型（１００）の単結晶を育成した。
【００５２】
育成された単結晶から切り出されたウェーハに、エピタキシャル層を成長させる前に種々の温度および時間で前処理を行った。前処理の後、堆積温度が１１５０℃で、厚み約５μｍのエピタキシャル層を成長させた。次いで、市販の表面欠陥検出装置でエピタキシャル欠陥密度を測定し、その結果を表２に示す。
【００５３】
【表２】

【００５４】
表２の結果から、前処理の条件が高温、長時間になるほど（サンプル２３）、さらに、窒素濃度が低い場合にエピタキシャル欠陥密度が減少することがわかる（サンプル３０、３１）。したがって、ウェーハにエピタキシャル層を成長させる前に、１２００℃以上の温度で１分間以上熱処理することによって、エピタキシャル欠陥を０．１個／ｃｍ^２程度に低減できるので、前処理の条件を強化することはエピタキシャル欠陥密度の低減に有効な手段である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から作製されたウェーハであっても、エピタキシャル欠陥の発生を充分に抑制し、例えば、この欠陥密度が０．１個／ｃｍ^２以下であるようなエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で用いたシリコン単結晶の育成装置の概略構成を説明する図である。
【図２】単結晶から切り出されたウェーハ中の酸素濃度の面内分布を示す図である。
【図３】図２と同じウェーハに１１００℃で１６時間の熱酸化処理を施した後、ＯＳＦ密度の面内分布を測定した結果を示した図である。
【図４】エピタキシャル欠陥密度の面内分布を示す図である。
【符号の説明】
１：坩堝、１ａ：石英製容器
１ｂ：黒鉛製容器、２：加熱ヒーター
３：融液、４：引上げ軸
５：種結晶、６：単結晶
７：熱シールド材

Claims

窒素がドープされ、かつ引上げ速度に併せて融液表面と熱シールド材の下端とのギャップＬが制御され、酸化誘起積層欠陥リング領域の内径がウェーハ径の８５％以上の位置に存在するように育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハにエピタキシャル層を成長させたことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
窒素が１×１０ ¹²ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以上、１×１０¹⁴ａｔｏｍｓ／ｃｍ³以下の濃度でドープされ、引き上げ速度が１．２ｍｍ／ｍｉｎ以上（１．２ｍｍ／ｍｉｎおよび１．８ｍｍ／ｍｉｎは除く）の条件で育成されたシリコン単結晶から切り出されたウェーハにエピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。