JP4599724B2

JP4599724B2 - エピタキシャルシリコンウエーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウエーハ

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Publication number: JP4599724B2
Application number: JP2001038836A
Authority: JP
Inventors: 敏視戸部; 雅規木村
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2021-02-15
Also published as: JP2002241194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゲッタリング能力が高く、キャリア拡散長が長いエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法及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】
エピタキシャルシリコンウエーハは、その優れた特性から広く個別半導体やバイポーラＩＣ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ウエーハの需要はますます拡大している。
【０００３】
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１×１０^９atoms/cm^２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、エピタキシャルシリコン単結晶ウエーハの製造には、ゲッタリング効果の高い、高ボロン濃度の基板（例えば、３×１０^１８atoms/cm^３以上、０．０２Ω・cm以下）が用いられており、そのためエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハはチョクラルスキー法により製造された通常抵抗のシリコン単結晶ウエーハに比べて高いデバイス歩留まりが得られていた。
【０００５】
しかし、最近はＣＭＯＳデバイス用のエピタキシャルシリコン単結晶ウエーハの基板として従来よりも低ボロン濃度の基板が用いられる傾向が高くなってきており、高ボロン濃度の基板に比べてゲッタリング能力が低いという問題が生じてきた。また、高ボロン濃度の基板であっても、濃度によってはゲッタリング能力不足が問題となっている。
【０００６】
そこで本出願人は先の出願において、エピタキシャルウエーハの基板に窒素をドープすることにより、ボロン濃度にかかわらず高いゲッタリング能力をもつエピタキシャルウエーハを提供する方法を提案した（特開２０００−４４３８９参照）。
【０００７】
この方法によれば、デバイス作製プロセス中に発生する重金属不純物等をバルク中の酸素析出物にゲッタリングさせることができるため、エピタキシャル層の特性の劣化を防ぐことができるエピタキシャルウエーハを高生産性でかつ簡単に製造することができ、極めて有効なものであった。しかし、あえて欠点を挙げるならば、重金属不純物のゲッタリングサイトとなるものが主に酸素析出物のみであるため、あらゆる種類の金属不純物を効率よくゲッタリングできるわけではなく、他のゲッタリングサイトの導入が望まれていた。また、そのエピタキシャルウエーハ中のキャリアの拡散長が思ったほど長くないことが判明し、デバイス特性への影響が懸念されていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、窒素がドープされたエピタキシャルウエーハのゲッタリング能力をさらに向上させ、しかもエピタキシャルウエーハ中のキャリアの拡散長（すなわちキャリアのライフタイム）の低下が抑制されたエピタキシャルシリコンウエーハを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、エピタキシャルシリコンウエーハの製造方法において、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た後、該シリコン単結晶ウエーハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理を行い、さらに該シリコン単結晶ウエーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成した後、窒素と酸素の混合雰囲気下で急速加熱・急速冷却熱処理を行ないキャリアの拡散長を３００μｍ以上とすることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法である（請求項１）。
【００１０】
窒素がドープされたＣＺウエーハは、Grown-in欠陥のサイズが小さく、しかも高温で安定な酸素析出核が形成されるので、その後の熱処理により表面近傍の欠陥が消滅されやすく、かつバルク中の酸素析出核を消滅させることなく成長させてゲッタリング能力を有する酸素析出物を形成することができる。そして、形成された酸素析出物はその後のエピタキシャル成長工程においても消滅することがなく、さらにその後の急速加熱・急速冷却熱処理によりバルク中には、新たなゲッタリングサイトとしての多量の転位ループが追加されるため、ゲッタリング能力の向上が期待できる。加えて、キャリアの拡散長（ライフタイム）が向上し、電気的特性も良好なものとなる。
【００１１】
なお、ここで急速加熱・急速冷却熱処理（以後、ＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）ということがある）とは、数マイクロ秒から数百秒の間で瞬間的に熱を加えて行うアニールのことをいう。１枚づつのウエーハを熱容量の小さなチャンバに導入し、主に赤外ランプなどの熱源で急激に温度を上昇させ、また急速に温度を下降させて行う。従来のバッチ式炉のように、ランプアップによる昇温、ランプダウンによる降温は行わない。
【００１２】
この場合、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１×１０^１２〜１×１０^１４個／ｃｍ^３にすることが好ましい（請求項２）。
これは、窒素濃度が１×１０^１４個／ｃｍ^３を超えると、エピタキシャル層に結晶欠陥（転位ループや積層欠陥）が発生しやすくなるからである。一方、１×１０^１２個／ｃｍ^３未満であると窒素ドープによる酸素析出促進効果が十分に発揮されない可能性があるからである。
【００１３】
この場合、前記シリコン単結晶ウエーハに行う表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理として、１１００〜１３００℃で１０〜３００分の熱処理を行なうことが好ましい（請求項３）。
これは、１１００℃未満、または１０分未満の熱処理では、表面近傍のGrown-in欠陥の消滅が不十分となることがあり、エピタキシャル層に欠陥が形成されやすくなるおそれがあるからである。また、１３００℃を上回る温度では熱処理炉の耐久性や金属汚染が懸念され、３００分以上の熱処理時間は生産性の低下を招くからである。
【００１４】
この場合、前記急速加熱・急速冷却熱処理として、１１００〜１３５０℃で１〜１２０秒の熱処理を行なうことが好ましい（請求項４）。
これは、１１００℃未満、または１秒未満の熱処理では、バルク中の新たなゲッタリングサイトとしての転位ループが十分に形成されず、ゲッタリング能力の向上が期待できなくなる恐れがあるからである。また、１３５０℃を上回る温度では金属汚染、スリップ転位の発生等の不都合が顕著に発生するからである。さらに、急速加熱・急速冷却熱処理装置（ＲＴＡ装置）で１２０秒を超える熱処理を行なうと装置の耐久性が問題となるばかりでなく、毎葉処理であるため生産性が極端に低下するからである。
【００１５】
また、本発明はエピタキシャルシリコンウエーハであって、窒素がドープされたシリコン単結晶ウエーハの表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたものであり、バルク中に転位ループと５×１０^８個／ｃｍ^３以上のＢＭＤ密度を有し、かつ、キャリアの拡散長が３００μｍ以上であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエーハである（請求項５）。
このようにウエーハのバルク中に５×１０^８個／ｃｍ^３以上の十分な量のＢＭＤ（Bulk Micro Defect：内部微小欠陥）密度を有し、さらにバルク中に転位ループを有するウエーハは、転位ループがゲッタリングサイトとして追加されているため、優れたゲッタリング能力を有することが期待できる。さらに、キャリアの拡散長が３００μｍ以上であるためデバイス特性にも優れたものとなる。
【００１６】
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。
前述のように、窒素をドープした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ウエーハは、ゲッタリング能力は従来に比べて向上しているものの、ゲッタリングサイトとなるものが主に酸素析出物のみであるため、あらゆる種類の金属不純物等を効率よくゲッタリングできるわけではなく、他の種類のゲッタリングサイトの導入が望まれていた。また、ウエーハ中のキャリアの拡散長が予想よりも短いことが欠点であった。
【００１７】
そこで、本発明者らは新たなゲッタリングサイトをウエーハ中に導入し、キャリアの拡散長を長くするために、エピタキシャルシリコンウエーハの製造条件について検討を行った。そして、特開２０００−４４３８９に記載されているような窒素がドープされ、ウエーハ表面近傍の結晶欠陥を消滅させる熱処理が施されたシリコン単結晶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シリコンウエーハに対して、急速加熱・急速冷却熱処理を行うことを発想し、実験検討を行った結果、以下の事実が判明した。
【００１８】
このようなエピタキシャル成長後の急速加熱・急速冷却熱処理によっては、ウエーハのＢＭＤ密度及びＢＭＤサイズ自体はほとんど変化しない。したがって、エピタキシャル成長後に急速加熱・急速冷却熱処理を行ったとしても、ＢＭＤ密度及びサイズに影響はなく、従来の窒素ドープウエーハのようなＢＭＤによるゲッタリング効果は確保されることが判った。
【００１９】
また、エピタキシャル成長後のウエーハに急速加熱・急速冷却熱処理を行うと、ウエーハ内のキャリアの拡散長、ライフタイムが向上する。したがって、エピタキシャル成長後に短時間の急速加熱・急速冷却熱処理を行うだけで、従来のウエーハでは短かったキャリアの拡散長を長くすることができる。
【００２０】
さらに、上記急速加熱・急速冷却熱処理後のウエーハ内においては、欠陥の形態が積層欠陥から転位ループに変化する。したがって、多量の転位ループがウエーハバルクに新たなゲッタリングサイトとして導入されることから、従来のウエーハとは異なる種類の欠陥をゲッタリングに寄与させることができ、種々の重金属不純物等をゲッタリングする効果が期待できる。
本発明は以上の知見に基づき、諸条件を精査して完成したものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明において、ＣＺ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。
【００２２】
すなわち、この方法はＣＺ法において、石英ルツボ中に収容された多結晶シリコン原料融液から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、結晶中のドープ量を制御することが出来る。
【００２３】
この場合、該単結晶棒にドープする窒素濃度を１×１０^１２〜１×１０^１４個／ｃｍ^３にすることが好ましい。前述のように窒素濃度が１×１０^１４個／ｃｍ^３を超えると、得られるシリコンウエーハの表面近傍に、熱処理しても消滅させることが出来ないような欠陥が発生し、これに起因して、この上に形成されるエピタキシャル層に結晶欠陥が発生しやすくなるからである。一方、１×１０^１２個／ｃｍ^３未満であると窒素ドープによる酸素析出促進効果が十分に発揮されず、ゲッタリング能力が不十分となる可能性があるからである。
【００２４】
こうして所望濃度の窒素がドープされたシリコン単結晶棒を製造し、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。
【００２５】
次に、エピタキシャル成長を行う前に、得られたシリコン単結晶ウエーハにシリコン単結晶ウエーハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理を行う。このようにすることにより、ウエーハ表面近傍のＣＯＰや微小酸素析出物等の結晶欠陥を除去し、さらにウエーハ表面近傍の窒素や酸素を外方拡散させ、結晶欠陥を消滅させることができる。この熱処理は前述のように、１１００〜１３００℃で１０〜３００分の熱処理とするのが好ましい。これは、１１００℃未満、または１０分未満の熱処理では、表面近傍のGrown-in欠陥の消滅が不十分となり、この上に形成されるエピタキシャル層に欠陥が形成されやすくなる怖れがあるからである。また、１３００℃を上回る温度では熱処理炉の耐久性や金属汚染が懸念され、３００分以上の熱処理時間は生産性の低下を招くからである。
【００２６】
なお、この熱処理をする際の雰囲気としては、特に限定されるものではなく、水素、またはアルゴン等の不活性ガス、あるいはこれらの混合ガス、場合によっては酸素等であっても良い。しかし、雰囲気が酸素の場合は、熱処理条件次第ではウエーハ表面のＯＳＦ核を成長させることがあり、表面に酸化膜が成膜されることもある。表面に酸化膜が形成されてしまうと、この酸化膜を除去する工程が必要となるため、水素、アルゴン等の膜形成のない雰囲気の方が好ましい。
【００２７】
また、この熱処理に使用する装置としては、熱処理時間が比較的短時間の場合には、エピタキシャル成長装置を用いて、熱処理とエピタキシャル堆積を連続的に行うようにすれば、高い生産性で処理できる。また、熱処理を比較的長時間行う場合には、同時に数十枚以上のウエーハの熱処理が可能なヒーター加熱方式の熱処理炉を用いてバッチ処理すると効率的である。
【００２８】
このウエーハ表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理後に、ウエーハ表面にシリコンエピタキシャル層を形成する。このエピタキシャル成長は、一般的なＣＶＤ法により行うことができる。このＣＶＤ法では、例えばシリンダタイプのベルジャ内にシリコン基板を載置するサセプタを配置した輻射加熱方式のエピタキシャル成長炉内にトリクロロシランを導入することにより、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る。
【００２９】
ウエーハの表面にエピタキシャル層を形成した後、急速加熱・急速冷却熱処理を行う。本発明で用いられるシリコンウエーハの急速加熱・急速冷却装置としては、熱放射によるランプ加熱器のような装置を挙げることができる。また、市販されているものとして、例えばシュティアックマイクロテックインターナショナル社製、ＳＨＳ−２８００のような装置を挙げることができ、これらは特別複雑なものではなく、高価なものでもない。
【００３０】
ここで、本発明で用いるシリコン単結晶ウエーハの急速加熱・急速冷却装置（ＲＴＡ装置）の一例を示す。図５は、ＲＴＡ装置の概略図である。
図５の熱処理装置１０は、石英からなるチャンバー１を有し、このチャンバー１内でウエーハを熱処理するようになっている。加熱は、チャンバー１を上下左右から囲繞するように配置される加熱ランプ２によって行う。このランプはそれぞれ独立に供給される電力を制御できるようになっている。
【００３１】
ガスの供給側は、不図示の酸素ガス供給源や窒素ガス等の供給源が接続されており、任意の混合比で雰囲気ガスを混合してチャンバー１内に供給することができるようにされている。
ガスの排気側は、オートシャッター３が装備され、外気を封鎖している。オートシャッター３は、ゲートバルブによって開閉可能に構成される不図示のウエーハ挿入口が設けられている。また、オートシャッター３にはガス排気口が設けられており、炉内雰囲気圧力を調整できるようになっている。
【００３２】
そして、ウエーハ８は石英トレイ４に形成された３点支持部５の上に配置される。トレイ４のガス導入口側には、石英製のバッファ６が設けられており、導入ガスがウエーハ８に直接当たるのを防ぐようにしている。
また、チャンバー１には不図示の温度測定用特殊窓が設けられており、チャンバー１の外部に設置されたパイロメータ７により、その特殊窓を通してウエーハ８の温度を測定することができる。
【００３３】
以上のような熱処理装置１０によって、ウエーハを急速加熱・急速冷却する処理は次のように行われる。
まず、熱処理装置１０に隣接して配置される、不図示のウエーハハンドリング装置によってウエーハ８を挿入口からチャンバー１内に入れ、トレイ４上に配置した後、オートシャッター３を閉める。チャンバー１内は所定の雰囲気で満たされる。
【００３４】
そして、加熱ランプ２に電力を供給し、ウエーハ８を１１００〜１３５０℃の所定の温度に昇温する。この際、目的の温度になるまでに要する時間は例えば２０秒程度である。次にその温度において所定時間保持することにより、ウエーハ８に高温熱処理を加えることができる。所定時間経過し高温熱処理が終了したなら、ランプの出力を下げウエーハの温度を下げる。この降温も例えば２０秒程度で行うことができる。最後に、ウエーハハンドリング装置によってウエーハを取り出すことにより、熱処理を完了する。
【００３５】
この急速加熱・急速冷却熱処理は、１１００〜１３５０℃で１〜１２０秒の熱処理を行なうことが好ましい。これは、前述のように１１００℃未満、または１秒未満の熱処理では、バルク中の新たなゲッタリングサイトとしての転位ループが十分に形成されず、ゲッタリング能力の向上が期待できないからである。また、１３５０℃を上回る温度では金属汚染、スリップ転位の発生等の不都合が顕著に発生するからである。さらに、ＲＴＡ装置で１２０秒を超える熱処理を行なうと装置の耐久性が問題となるばかりでなく、毎葉処理であるため生産性が極端に低下するからである。
【００３６】
【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、比較例）
チョクラルスキー法により初期酸素濃度が１３ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会規格）、窒素濃度が５×１０^１３個／ｃｍ^３の直径１５０ｍｍ、ｐ型、抵抗率１０Ωｃｍ、面方位（１００）のＣＺシリコン単結晶ウエーハを用意し、Ａｒ１００％雰囲気下で１１５０℃、４時間の熱処理（アニール）を行いウエーハ表面近傍の結晶欠陥（ＣＯＰ，微小酸素析出物等）を除去した。その後、そのウエーハの表面に下記条件でＣＶＤ法によりエピタキシャル成長を行い、さらに下記条件で急速加熱・急速冷却熱処理を施したエピタキシャルウエーハを作製し、下記項目の評価を行なった。
また、上記ウエーハのＡｒ１００％雰囲気の熱処理のみを行なった段階と、その後にエピタキシャル成長を行なった段階においても同様に下記項目の評価を行なって比較した。
【００３７】
（エピタキシャル成長条件）
原料ガス：トリクロロシラン
堆積条件：１１３０℃、３μｍ
抵抗率：１０Ωｃｍ
【００３８】
（ＲＴＡ処理条件）
熱処理温度：１２００℃
熱処理時間：３０秒
雰囲気ガス：３％Ｏ_２を含むＮ_２雰囲気
使用装置：シュティアックマイクロテックインターナショナル社製ＳＨＳ−２８００
【００３９】
（評価項目）
１）ＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）法によるＢＭＤ密度及びサイズ測定
２）ＳＰＶ（Surface Photo Voltage）法によるキャリア拡散長およびライフタイム測定
３）ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によるＢＭＤ形態観察
【００４０】
ここで、ＢＭＤ密度及びサイズ測定のために用いたＯＰＰ（Optical Precipitate Profiler）法とは、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、まず光源から出たレーザー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、もう一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Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥のサイズを検出することができる。
【００４１】
また、評価項目の一つであるキャリア拡散長およびライフタイム測定に用いたＳＰＶ法（Surface Photovoltage Method）は、まず透明電極のついたエピタキシャルシリコンウエーハに波長の異なる光を照射して少数キャリアを誘起させる。誘起された少数キャリアは、ウエーハ表面に集められ表面起電力が発生する。次に各波長での表面起電力が一定になるように照射光強度を変える。照射光の波長が異なると吸収係数が変わるので、吸収係数の逆数と照射光強度をプロットする。そして、両者から直線関係が得られるが、この直線を外挿し、吸収係数の軸をよぎった値から拡散長を求めることができる。
【００４２】
また、ＢＭＤ形態観察に用いたＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）は、光学顕微鏡での光の代わりに、光より波長の短い電子ビームを用いることで、空間分解能を上げようという目的で開発されたものである。空間分解能は、光学顕微鏡を用いた場合０．２μｍ以下は無理であるが、ＴＥＭを用いると０．１ｎｍも可能である。
【００４３】
図１、２にそれぞれ前記各評価段階におけるＢＭＤ密度とサイズのＯＰＰ測定結果を示す。Ａｒアニールのみの段階におけるＢＭＤ密度は１×１０^９個／ｃｍ^３弱であり、後のエピ成長やＲＴＡ熱処理後でもその密度とサイズに変化は見られなかった。理由はＡｒアニールの温度より低温であるエピタキシャル成長熱処理は、ＢＭＤを消滅させる方向には働かなかったことが考えられる。また、ＲＴＡについては、Ａｒアニールより高温だが短時間であるためにＢＭＤを成長させる方向にはほとんど影響しなかったためと考えられる。
【００４４】
したがって、Ａｒアニールのみを行ったアズアニール（as anneal）のウエーハにエピタキシャル成長を行ない、その後にＲＴＡを行ったとしても、ＢＭＤ密度及びサイズに影響はなく、従来の窒素ドープウエーハのようなＢＭＤによるゲッタリング効果は確保されることが判る。
【００４５】
また、図３、４にそれぞれ各段階におけるキャリアの拡散長とライフタイムのＳＰＶ測定結果を示す。図３、４の結果から、エピ成長を行っても拡散長及びライフタイムは変化しない。ところが、エピタキシャル成長後にＲＴＡを施すと拡散長が上昇していることが判る。すなわち、エピタキシャル成長させると拡散長が低下する傾向が見られ、３００μｍを割り込んでいる。一方、本発明のように、ＲＴＡを施すと、３００μｍ以上となり、４００あるいは５００μｍに達している。また、図４に示すように、この傾向はライフタイムの測定結果で見ても同様であった。
【００４６】
尚、ここでのＳＰＶによる拡散長およびライフタイムの情報は、ウエーハ厚全部の積算に相当すると考えられる。つまり、アズアニールのウエーハにエピタキシャル成長を行い、ＲＴＡを行うことにより、拡散長（ライフタイム）を向上させる効果があることが判る。
【００４７】
ここで、図３の拡散長のプロット（白丸、黒丸）はそれぞれ、ＳＰＶの測定に際し、２１０℃の熱処理を加えた前後の測定結果を示したものである。参考として２１０℃での熱処理を加える理由を以下に説明する。
【００４８】
ｐ型Ｓｉ中のＦｅは、格子間にあるもの（Ｆｅｉと表記する）とＦｅとＢの複合体（Ｆｅ−Ｂと表記する）の二つの存在が知られている。このうちＦｅｉは＋の電荷を持っており、Ｂは−電荷であるので、場合によっては引きあって複合体を形成する。その変換温度が２００℃程度にあって、この温度以上ではＦｅｉが、この温度以下ではＦｅ−Ｂが優勢ということになる。
【００４９】
そのためＳＰＶ法では、２００℃程度の熱処理を行い、その前後に拡散長の測定を行うことにより、ＦｅｉとＦｅ−Ｂの拡散長（ライフタイム）に及ぼす影響を別個に調べて比較することで、拡散長のみならず、併せてＦｅ濃度を測定することができるという原理になっている。図３の結果からは、Ｆｅｉの方が拡散長が短く、電気特性をより悪化させていることがわかる。しかし、いずれの状態で測定した場合も拡散長が増加していることから、エピタキシャル成長後の急速加熱・急速冷却熱処理により確実に拡散長を向上させることができることが判る。
【００５０】
またＴＥＭ観察によりＢＭＤの種類、形態を調査したところ、Ａｒアニールのみを施したウエーハでは典型的な板状の酸素析出物のみが観察された。また、これにエピ成長を施したウエーハには、板状酸素析出物も存在していたが、それに加えて積層欠陥と転位ループが発生していることが確認された。すなわち、特開２０００−４４３８９の一実施形態である、窒素ドープ基板にアニールを行なった後エピタキシャル成長を行なったエピタキシャルウエーハは、ゲッタリングサイトとして酸素析出物だけでなく、積層欠陥と転位ループが存在していることが発見された。一方、このようなウエーハにさらにＲＴＡを施したウエーハは、積層欠陥は観察されなくなり、酸素析出物の他には特徴的な六角形の形態を持つ転位ループのみが多数観察された。したがって、急速加熱・急速冷却熱処理によりこのような転位ループをゲッタリングサイトとして導入することができることが判る。
【００５１】
このように欠陥の形態が変化する理由は、以下のように推測される。すなわち、アズアニールで存在していた酸素析出物はエピ成長時に格子間Ｓｉを掃き出し、これらが冷却時に集積して積層欠陥を形成する。さらにＲＴＡを施すと、不安定な積層欠陥が何らかの要因で特徴的な六角形の転位ループに変化する。このように考えると欠陥種形成の様子が理解できる。
【００５２】
また、このようにＲＴＡを施すことにより、キャリアの拡散長、ライフタイムが長くなる理由は今のところ明確ではないが、ウエーハ内の積層欠陥が転位ループになった事によってゲッタリング効果が高くなったこと、あるいは欠陥形態が変わったこと自体によってライフタイムに何らかの影響を及ぼしたこと等が原因として考えられる。
【００５３】
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。
【００５４】
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、本発明でいう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。
【００５５】
また、エピタキシャル成長を行うにあたっても、ＣＶＤによるエピタキシャル成長に限られず、ＭＢＥ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ウエーハを製造する場合にも本発明を適用することができる。
【００５６】
【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、該シリコン単結晶ウエーハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理を行い、さらに該シリコン単結晶ウエーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成した後、急速加熱・急速冷却熱処理を行なうことにより、ウエーハ内のキャリアの拡散長を長くすることができ、ウエーハの電気的特性を向上させることができる。また、ウエーハのバルク部には多量の転位ループをゲッタリングサイトとして導入することができるため、従来とは異なる種類の金属不純物等をゲッタリングできることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階におけるＢＭＤ密度のＯＰＰ測定結果を示した図である。
【図２】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階におけるＢＭＤサイズのＯＰＰ測定結果を示した図である。
【図３】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階におけるキャリアの拡散長のＳＰＶ測定結果を示した図である。
【図４】エピタキシャルシリコンウエーハの各評価段階におけるキャリアのライフタイムのＳＰＶ測定結果を示した図である。
【図５】シリコンウエーハを急速加熱・急速冷却できる装置の一例を示した概略断面図である。
【符号の説明】
１…チャンバー、２…加熱ランプ、３…オートシャッター、
４…石英トレイ、５…３点支持部、６…バッファ、７…パイロメータ、
８…ウエーハ、１０…熱処理装置。

Claims

エピタキシャルシリコンウエーハの製造方法において、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た後、該シリコン単結晶ウエーハの表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理を行い、さらに該シリコン単結晶ウエーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成した後、窒素と酸素の混合雰囲気下で急速加熱・急速冷却熱処理を行ないキャリアの拡散長を３００μｍ以上とすることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
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１×１０^１２〜１×１０^１４個／ｃｍ^３にすることを特徴とする請求項１に記載されたエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
前記シリコン単結晶ウエーハに行う表面近傍の結晶欠陥を消滅させるための熱処理として、１１００〜１３００℃で１０〜３００分の熱処理を行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
前記急速加熱・急速冷却熱処理として、１１００〜１３５０℃で１〜１２０秒の熱処理を行なうことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載されたエピタキシャルシリコンウエーハの製造方法。
エピタキシャルシリコンウエーハであって、窒素がドープされたシリコン単結晶ウエーハの表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたものであり、バルク中に転位ループと５×１０^８個／ｃｍ^３以上のＢＭＤ密度を有し、かつ、キャリアの拡散長が３００μｍ以上であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウエーハ。