JPH09246196A - シリコン単結晶およびシリコン単結晶薄膜の製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶およびシリコン単結晶薄膜の製造方法Info
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- JPH09246196A JPH09246196A JP8080572A JP8057296A JPH09246196A JP H09246196 A JPH09246196 A JP H09246196A JP 8080572 A JP8080572 A JP 8080572A JP 8057296 A JP8057296 A JP 8057296A JP H09246196 A JPH09246196 A JP H09246196A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単・安価なプロセスにより結晶欠陥層がな
く、しかも高濃度層との界面でドーパント濃度が急峻に
変化しているシリコン単結晶薄膜を気相成長させる。 【解決手段】 高不純物濃度のＣＺ基板の直上に、該基
板と同じ導電型、かつほぼ同じ濃度で第１層を気相成長
させ、気圧を変えてパージさせた後に、基板と同じ導電
型、かつ基板よりも３桁以上低い濃度の第２層を気相成
長させる。
く、しかも高濃度層との界面でドーパント濃度が急峻に
変化しているシリコン単結晶薄膜を気相成長させる。 【解決手段】 高不純物濃度のＣＺ基板の直上に、該基
板と同じ導電型、かつほぼ同じ濃度で第１層を気相成長
させ、気圧を変えてパージさせた後に、基板と同じ導電
型、かつ基板よりも３桁以上低い濃度の第２層を気相成
長させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気相成長によるシ
リコン単結晶薄膜の製造方法に関するものである。
リコン単結晶薄膜の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン単結晶基板（以下単に
「基板」ということがある）上にシリコン単結晶からな
る薄膜（以下、単に「薄膜」ということがある）を気相
成長により形成する場合、前処理工程、気相成長工程の
順に操作が行われ、図５に示す装置が使用されている。 （１）前処理工程（基板主表面のシリコン酸化膜除去工
程）：図５に示す装置の反応容器１１内にシリコン単結
晶基板２をサセプタ８上に載置し、反応容器１１内に窒
素ガスを供給して容器内の空気を追い出す。つぎに、窒
素ガスを水素ガスで追い出した後にさらに水素ガスを供
給しながら、容器壁１の上下に設けた輻射加熱装置３に
より基板２を所定時間、例えば約１分間、前処理に適し
た温度、例えば約１２００℃に加熱する。この前処理工
程では基板温度を、気相成長工程における温度より高め
に設定・維持し、容器内の圧力は例えば大気圧（以下、
本明細書において気圧は絶対圧を示す）に維持する。
「基板」ということがある）上にシリコン単結晶からな
る薄膜（以下、単に「薄膜」ということがある）を気相
成長により形成する場合、前処理工程、気相成長工程の
順に操作が行われ、図５に示す装置が使用されている。 （１）前処理工程（基板主表面のシリコン酸化膜除去工
程）：図５に示す装置の反応容器１１内にシリコン単結
晶基板２をサセプタ８上に載置し、反応容器１１内に窒
素ガスを供給して容器内の空気を追い出す。つぎに、窒
素ガスを水素ガスで追い出した後にさらに水素ガスを供
給しながら、容器壁１の上下に設けた輻射加熱装置３に
より基板２を所定時間、例えば約１分間、前処理に適し
た温度、例えば約１２００℃に加熱する。この前処理工
程では基板温度を、気相成長工程における温度より高め
に設定・維持し、容器内の圧力は例えば大気圧（以下、
本明細書において気圧は絶対圧を示す）に維持する。
【０００３】空気中の酸素などによって基板２の表面に
形成された自然酸化膜、すなわちシリコン酸化膜（また
は、意図的に形成されたシリコン酸化膜）は、この前処
理工程において高温の水素ガスにより還元されて除去さ
れるので、気相成長工程において結晶性の揃ったシリコ
ン単結晶薄膜を形成することができる。
形成された自然酸化膜、すなわちシリコン酸化膜（また
は、意図的に形成されたシリコン酸化膜）は、この前処
理工程において高温の水素ガスにより還元されて除去さ
れるので、気相成長工程において結晶性の揃ったシリコ
ン単結晶薄膜を形成することができる。
【０００４】また、この前処理工程ではシリコン単結晶
基板を水素雰囲気中、１２００℃で高温熱処理するの
で、該熱処理中に基板表面近傍の酸素が外方拡散して減
少し、シリコン単結晶薄膜成長後に施される一連の熱処
理により、欠陥が著しく少ないＤＺ層（Ｄｅｎｕｄｅｄ
Ｚｏｎｅ）が基板の表面近傍に１０μｍ程度の幅で形
成される。
基板を水素雰囲気中、１２００℃で高温熱処理するの
で、該熱処理中に基板表面近傍の酸素が外方拡散して減
少し、シリコン単結晶薄膜成長後に施される一連の熱処
理により、欠陥が著しく少ないＤＺ層（Ｄｅｎｕｄｅｄ
Ｚｏｎｅ）が基板の表面近傍に１０μｍ程度の幅で形
成される。
【０００５】チョクラルスキー法（ＣＺ法）で成長した
単結晶内に含有される格子間酸素は、一連の熱処理によ
り酸素析出物を形成する。この酸素析出物は、リーク電
流の発生原因となるＣｕやＮｉ原子などの重金属をゲッ
タリングする能力を有するので、単結晶内に一定の格子
間酸素を意図的に含有させて重金属汚染に対する予防処
理を行っている。しかし、格子間酸素を含有するＣＺ基
板においては、その表面近傍の酸素を十分少なくしてお
かないと、その直上に形成されるシリコン単結晶薄膜の
領域にも結晶欠陥が発生してしまう。このため、集積回
路が形成されるシリコン単結晶薄膜を気相成長する前に
高温熱処理して、ＤＺ層を形成することが重要なのであ
る。
単結晶内に含有される格子間酸素は、一連の熱処理によ
り酸素析出物を形成する。この酸素析出物は、リーク電
流の発生原因となるＣｕやＮｉ原子などの重金属をゲッ
タリングする能力を有するので、単結晶内に一定の格子
間酸素を意図的に含有させて重金属汚染に対する予防処
理を行っている。しかし、格子間酸素を含有するＣＺ基
板においては、その表面近傍の酸素を十分少なくしてお
かないと、その直上に形成されるシリコン単結晶薄膜の
領域にも結晶欠陥が発生してしまう。このため、集積回
路が形成されるシリコン単結晶薄膜を気相成長する前に
高温熱処理して、ＤＺ層を形成することが重要なのであ
る。
【０００６】（２）気相成長工程（シリコン単結晶薄膜
の形成）：前処理終了後、輻射加熱装置３により基板２
を気相成長に適した温度に加熱・維持する。この状態
で、基板２の主表面側にキャリアガスと反応原料とから
なる反応ガス４を流す。基板２が薄膜の成長に適する温
度、例えば８００〜１２００℃であれば、反応ガス４の
化学反応により基板２の表面に薄膜が成長する。この場
合、基板２から発する輻射光を輻射温度計５で捉え、そ
の強度を計算機６に送って温度に換算し、この測定温度
を温度制御器７に送ることにより、輻射加熱装置３に必
要な電力を与える。
の形成）：前処理終了後、輻射加熱装置３により基板２
を気相成長に適した温度に加熱・維持する。この状態
で、基板２の主表面側にキャリアガスと反応原料とから
なる反応ガス４を流す。基板２が薄膜の成長に適する温
度、例えば８００〜１２００℃であれば、反応ガス４の
化学反応により基板２の表面に薄膜が成長する。この場
合、基板２から発する輻射光を輻射温度計５で捉え、そ
の強度を計算機６に送って温度に換算し、この測定温度
を温度制御器７に送ることにより、輻射加熱装置３に必
要な電力を与える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、特に不純物
が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度に添加さ
れた基板を用いたときには、前処理工程で基板からドー
パントが外方拡散やエッチングなどにより遊離して反応
容器内に飛散しやすくなる。このため、遊離したドーパ
ントが気相成長において、シリコン単結晶薄膜中に混入
しやすくなる。その結果、薄膜と基板との界面において
ドーパント濃度を急峻に変化させたいものが、実際には
極めてなだらかな勾配をもった遷移幅の大きいものにな
ってしまうという問題があった。遷移幅とは、基板のド
ーパント濃度から安定した薄膜のドーパント濃度に移行
するまでに要する幅のことである。
が１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 以上の高濃度に添加さ
れた基板を用いたときには、前処理工程で基板からドー
パントが外方拡散やエッチングなどにより遊離して反応
容器内に飛散しやすくなる。このため、遊離したドーパ
ントが気相成長において、シリコン単結晶薄膜中に混入
しやすくなる。その結果、薄膜と基板との界面において
ドーパント濃度を急峻に変化させたいものが、実際には
極めてなだらかな勾配をもった遷移幅の大きいものにな
ってしまうという問題があった。遷移幅とは、基板のド
ーパント濃度から安定した薄膜のドーパント濃度に移行
するまでに要する幅のことである。
【０００８】これらの問題点を解決するための手段とし
て、前処理工程および気相成長工程の処理温度を低め
（例えば１０００℃以下）に設定することが考えられ
る。しかしこの場合、かなり長時間の処理を行わない
と、基板表面近傍にＤＺ層が殆ど、または全く形成され
なくなるという新たな問題が生じる。
て、前処理工程および気相成長工程の処理温度を低め
（例えば１０００℃以下）に設定することが考えられ
る。しかしこの場合、かなり長時間の処理を行わない
と、基板表面近傍にＤＺ層が殆ど、または全く形成され
なくなるという新たな問題が生じる。
【０００９】本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みな
されたもので、第１の目的は、上記のような前処理を施
した場合と同程度のＤＺ層を形成することができる、シ
リコン単結晶およびシリコン単結晶薄膜の製造方法を提
供することにある。本発明の第２の目的は、高濃度の不
純物が添加されたシリコン単結晶上に低濃度の不純物を
添加したシリコン単結晶薄膜を気相成長させる場合にお
いて、その界面でドーパント濃度が急峻に変化している
シリコン単結晶薄膜を製造することにある。
されたもので、第１の目的は、上記のような前処理を施
した場合と同程度のＤＺ層を形成することができる、シ
リコン単結晶およびシリコン単結晶薄膜の製造方法を提
供することにある。本発明の第２の目的は、高濃度の不
純物が添加されたシリコン単結晶上に低濃度の不純物を
添加したシリコン単結晶薄膜を気相成長させる場合にお
いて、その界面でドーパント濃度が急峻に変化している
シリコン単結晶薄膜を製造することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の目的を達成するた
め、本発明のシリコン単結晶は、高濃度の不純物が添加
されかつ格子間酸素を含有する、チョクラルスキー法に
より成長されたシリコン単結晶基板の直上に、該シリコ
ン単結晶基板と同じ導電型の不純物を層全体にわたりほ
ぼ同じ濃度で気相成長させた第１層と、前記シリコン単
結晶基板と同じ導電型の不純物を該シリコン単結晶基板
よりも３桁以上低い濃度で前記第１層の直上に気相成長
させた第２層とよりなるシリコン単結晶薄膜を有するこ
とを特徴とする。前記第１層の厚さは、２〜１５μｍで
あることが好ましい。
め、本発明のシリコン単結晶は、高濃度の不純物が添加
されかつ格子間酸素を含有する、チョクラルスキー法に
より成長されたシリコン単結晶基板の直上に、該シリコ
ン単結晶基板と同じ導電型の不純物を層全体にわたりほ
ぼ同じ濃度で気相成長させた第１層と、前記シリコン単
結晶基板と同じ導電型の不純物を該シリコン単結晶基板
よりも３桁以上低い濃度で前記第１層の直上に気相成長
させた第２層とよりなるシリコン単結晶薄膜を有するこ
とを特徴とする。前記第１層の厚さは、２〜１５μｍで
あることが好ましい。
【００１１】気相成長したシリコン単結晶薄膜は、チョ
クラルスキー法で成長した単結晶基板に比べて、酸素濃
度が非常に小さい。つまり、高温熱処理して酸素濃度の
低い領域を形成するかわりに、該ＤＺ層と同じ幅の薄膜
を気相成長させても酸素濃度の低い領域を形成すること
ができるのである。薄膜の気相成長前に施される高温熱
処理では、単結晶基板の表面から２〜１５μｍの結晶領
域に酸素濃度の低い領域が通常形成される。したがっ
て、前記第１層の厚さは、２〜１５μｍであることが好
ましい。
クラルスキー法で成長した単結晶基板に比べて、酸素濃
度が非常に小さい。つまり、高温熱処理して酸素濃度の
低い領域を形成するかわりに、該ＤＺ層と同じ幅の薄膜
を気相成長させても酸素濃度の低い領域を形成すること
ができるのである。薄膜の気相成長前に施される高温熱
処理では、単結晶基板の表面から２〜１５μｍの結晶領
域に酸素濃度の低い領域が通常形成される。したがっ
て、前記第１層の厚さは、２〜１５μｍであることが好
ましい。
【００１２】基板の不純物濃度については、１×１０18
〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度の範囲を高濃度で
あると解釈する。これは、不純物がｐ型の場合、約０．
０６〜０．００１２Ω・ｃｍの抵抗率に相当する。
〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 程度の範囲を高濃度で
あると解釈する。これは、不純物がｐ型の場合、約０．
０６〜０．００１２Ω・ｃｍの抵抗率に相当する。
【００１３】本発明の第１の目的を達成するため、本発
明のシリコン単結晶薄膜の製造方法は、高濃度の不純物
が添加されたシリコン単結晶基板の直上に、該シリコン
単結晶基板と同じ導電型で層全体にわたりほぼ同じ不純
物濃度の第１層を気相成長させる第１の気相成長工程
と、前記シリコン単結晶基板と同じ導電型で該シリコン
単結晶基板よりも３桁以上低い不純物濃度の第２層を前
記第１層の直上に気相成長させる第２の気相成長工程と
を有することを特徴とする。
明のシリコン単結晶薄膜の製造方法は、高濃度の不純物
が添加されたシリコン単結晶基板の直上に、該シリコン
単結晶基板と同じ導電型で層全体にわたりほぼ同じ不純
物濃度の第１層を気相成長させる第１の気相成長工程
と、前記シリコン単結晶基板と同じ導電型で該シリコン
単結晶基板よりも３桁以上低い不純物濃度の第２層を前
記第１層の直上に気相成長させる第２の気相成長工程と
を有することを特徴とする。
【００１４】本発明の第１の気相成長工程によれば、上
記従来方法において水素雰囲気中で基板に高温熱処理を
施して得られる酸素濃度の低い領域を、高温熱処理を施
さずに確実に形成することができる。
記従来方法において水素雰囲気中で基板に高温熱処理を
施して得られる酸素濃度の低い領域を、高温熱処理を施
さずに確実に形成することができる。
【００１５】本発明の第２の目的は、基板と薄膜との界
面でドーパント濃度が急峻に変化しているシリコン単結
晶薄膜を製造することにある。この目的を達成するため
本発明に係るシリコン単結晶薄膜の製造方法では、第１
の気相成長工程と第２の気相成長工程との間に中間工程
を設け、この中間工程では、パージ雰囲気の気圧を第１
の気相成長工程におけるそれよりも高めた状態でパージ
雰囲気中の不純物を排気することが好ましい。
面でドーパント濃度が急峻に変化しているシリコン単結
晶薄膜を製造することにある。この目的を達成するため
本発明に係るシリコン単結晶薄膜の製造方法では、第１
の気相成長工程と第２の気相成長工程との間に中間工程
を設け、この中間工程では、パージ雰囲気の気圧を第１
の気相成長工程におけるそれよりも高めた状態でパージ
雰囲気中の不純物を排気することが好ましい。
【００１６】この方法によれば、第２の気相成長工程で
成長する低不純物濃度のシリコン単結晶薄膜近傍におけ
る雰囲気のドーパントが、気圧を高めるために導入され
たガスにより希釈され、ドーパント濃度が低下する結
果、第２の気相成長工程においてオートドープを抑制す
る作用が生じ、上記低不純物濃度のシリコン単結晶薄膜
の界面領域におけるドーパント濃度の勾配が急峻にな
る。
成長する低不純物濃度のシリコン単結晶薄膜近傍におけ
る雰囲気のドーパントが、気圧を高めるために導入され
たガスにより希釈され、ドーパント濃度が低下する結
果、第２の気相成長工程においてオートドープを抑制す
る作用が生じ、上記低不純物濃度のシリコン単結晶薄膜
の界面領域におけるドーパント濃度の勾配が急峻にな
る。
【００１７】また、第２の目的を達成するために本発明
では、第１の気相成長工程と第２の気相成長工程の間に
中間工程を設け、この中間工程では、パージ雰囲気の気
圧を第１の気相成長工程におけるそれよりも低下させた
状態でパージ雰囲気中の不純物を排気するのも効果的で
ある。この方法では、気圧低下により系内のドーパント
濃度が低下し、上記のように中間工程においてパージ雰
囲気の気圧を第１の気相成長工程におけるそれよりも高
めた状態にする場合と同様の作用効果が生じる。さら
に、中間工程において、パージ雰囲気の気圧の上昇と下
降を１回以上繰り返すことにより、パージ雰囲気の不純
物を排気するようにしても効果がある。
では、第１の気相成長工程と第２の気相成長工程の間に
中間工程を設け、この中間工程では、パージ雰囲気の気
圧を第１の気相成長工程におけるそれよりも低下させた
状態でパージ雰囲気中の不純物を排気するのも効果的で
ある。この方法では、気圧低下により系内のドーパント
濃度が低下し、上記のように中間工程においてパージ雰
囲気の気圧を第１の気相成長工程におけるそれよりも高
めた状態にする場合と同様の作用効果が生じる。さら
に、中間工程において、パージ雰囲気の気圧の上昇と下
降を１回以上繰り返すことにより、パージ雰囲気の不純
物を排気するようにしても効果がある。
【００１８】上記のように中間工程において、例えばパ
ージ雰囲気の気圧を第１の気相成長工程におけるそれに
比べて高めるための手段としては、第１の気相成長工程
では成長雰囲気を減圧状態に維持して気相成長を行い、
中間工程ではパージ雰囲気の圧力を徐々に高めて大気圧
にし、第２の気相成長工程では成長雰囲気を大気圧に維
持して気相成長を行う方法が好ましい。
ージ雰囲気の気圧を第１の気相成長工程におけるそれに
比べて高めるための手段としては、第１の気相成長工程
では成長雰囲気を減圧状態に維持して気相成長を行い、
中間工程ではパージ雰囲気の圧力を徐々に高めて大気圧
にし、第２の気相成長工程では成長雰囲気を大気圧に維
持して気相成長を行う方法が好ましい。
【００１９】成長雰囲気の圧力を上記のように設定する
ためには、第１の気相成長工程において成長雰囲気を真
空排気装置により排気し、中間工程ではパージ雰囲気の
排気操作を真空排気装置による排気から常圧排気装置に
よる排気に徐々に切り替え、第２の気相成長工程では成
長雰囲気を常圧排気装置により排気する方法が採用でき
る。
ためには、第１の気相成長工程において成長雰囲気を真
空排気装置により排気し、中間工程ではパージ雰囲気の
排気操作を真空排気装置による排気から常圧排気装置に
よる排気に徐々に切り替え、第２の気相成長工程では成
長雰囲気を常圧排気装置により排気する方法が採用でき
る。
【００２０】上記のように中間工程において、パージ雰
囲気の気圧を、第１の気相成長工程におけるそれに比べ
て低下させるための手段としては、第１の気相成長工程
では成長雰囲気を常圧に維持して気相成長を行い、中間
工程ではパージ雰囲気の圧力を徐々に低めて減圧状態に
し、第２の気相成長工程では成長雰囲気を減圧状態に維
持して気相成長を行うのが効果的である。
囲気の気圧を、第１の気相成長工程におけるそれに比べ
て低下させるための手段としては、第１の気相成長工程
では成長雰囲気を常圧に維持して気相成長を行い、中間
工程ではパージ雰囲気の圧力を徐々に低めて減圧状態に
し、第２の気相成長工程では成長雰囲気を減圧状態に維
持して気相成長を行うのが効果的である。
【００２１】中間工程において、上記のようにパージ雰
囲気の圧力を徐々に低めて減圧状態にするには、第１の
気相成長工程において反応雰囲気を常圧排気装置により
排気し、中間工程ではパージ雰囲気の排気操作を常圧排
気装置による排気から真空排気装置による排気に徐々に
切り替え、第２の気相成長工程では反応雰囲気を真空排
気装置により排気する方法が採用できる。
囲気の圧力を徐々に低めて減圧状態にするには、第１の
気相成長工程において反応雰囲気を常圧排気装置により
排気し、中間工程ではパージ雰囲気の排気操作を常圧排
気装置による排気から真空排気装置による排気に徐々に
切り替え、第２の気相成長工程では反応雰囲気を真空排
気装置により排気する方法が採用できる。
【００２２】本発明では、中間工程において基板の温度
を、第１の気相成長工程での基板温度よりも低くするこ
とも有効な手段である。このような方法によれば基板、
および第１の気相成長工程で成長させた高濃度不純物の
シリコン単結晶薄膜からのドーパント原子の遊離が抑制
されるため、第２の気相成長工程において発生するエピ
タキシャル層へのオートドープが抑制・防止される。
を、第１の気相成長工程での基板温度よりも低くするこ
とも有効な手段である。このような方法によれば基板、
および第１の気相成長工程で成長させた高濃度不純物の
シリコン単結晶薄膜からのドーパント原子の遊離が抑制
されるため、第２の気相成長工程において発生するエピ
タキシャル層へのオートドープが抑制・防止される。
【００２３】本発明は、基板が表面に酸化膜を有するも
のである場合にも適用できる。この場合、第１の気相成
長工程の前に前処理工程を設け、この前処理工程では基
板を加熱しながら、その表面に還元性ガスを供給するこ
とにより基板表面の酸化膜を除去する。言い換えると本
発明では、基板が表面に酸化膜を有するものでないとき
には、上記前処理工程は不要である。
のである場合にも適用できる。この場合、第１の気相成
長工程の前に前処理工程を設け、この前処理工程では基
板を加熱しながら、その表面に還元性ガスを供給するこ
とにより基板表面の酸化膜を除去する。言い換えると本
発明では、基板が表面に酸化膜を有するものでないとき
には、上記前処理工程は不要である。
【００２４】
【発明の実施の形態】つぎに、本発明の構成および作用
効果を図面に示す実施例により説明する。 実施例１（高不純物濃度の第１層を０．１気圧で、低不
純物濃度の第２層を１気圧で、それぞれ気相成長させた
場合）
効果を図面に示す実施例により説明する。 実施例１（高不純物濃度の第１層を０．１気圧で、低不
純物濃度の第２層を１気圧で、それぞれ気相成長させた
場合）
【００２５】（１）前処理工程：図５に示す水平型の気
相成長装置の反応容器１１内にボロンの不純物濃度７×
１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 のシリコン単結晶基板２をサ
セプタ８上に載置した。反応容器１１内に最初に窒素ガ
スを導入して容器内の空気を追い出した。続いて、窒素
ガスの導入を停止した後、輻射加熱装置３により基板２
を１１００℃に加熱・維持しながら、水素ガス１００リ
ットルを導入した。この前処理工程では反応容器１１内
の圧力を０．１気圧とし、前処理時間は１．５分とし
た。基板２の加熱は、輻射温度計５および温度制御器７
を使用して上記従来方法と同じ要領で行った。
相成長装置の反応容器１１内にボロンの不純物濃度７×
１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 のシリコン単結晶基板２をサ
セプタ８上に載置した。反応容器１１内に最初に窒素ガ
スを導入して容器内の空気を追い出した。続いて、窒素
ガスの導入を停止した後、輻射加熱装置３により基板２
を１１００℃に加熱・維持しながら、水素ガス１００リ
ットルを導入した。この前処理工程では反応容器１１内
の圧力を０．１気圧とし、前処理時間は１．５分とし
た。基板２の加熱は、輻射温度計５および温度制御器７
を使用して上記従来方法と同じ要領で行った。
【００２６】（２）第１の気相成長工程：反応容器１１
内を１１００℃に維持しながら、トリクロロシラン２２
グラム／分を水素ガスに添加し、併せてジボラン濃度６
００ｐｐｍの水素ガスを１０リットル／分で流し、これ
に水素ガスを加えて合計１００リットル／分のガス流量
として第１の気相成長工程を２．５分間行った。これに
より、基板上に不純物濃度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 、抵抗率０．０１５Ω・ｃｍ、厚さ１０μｍの第１層
を気相成長させた。
内を１１００℃に維持しながら、トリクロロシラン２２
グラム／分を水素ガスに添加し、併せてジボラン濃度６
００ｐｐｍの水素ガスを１０リットル／分で流し、これ
に水素ガスを加えて合計１００リットル／分のガス流量
として第１の気相成長工程を２．５分間行った。これに
より、基板上に不純物濃度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ
3 、抵抗率０．０１５Ω・ｃｍ、厚さ１０μｍの第１層
を気相成長させた。
【００２７】（３）中間工程：基板温度を１１００℃に
保持したままトリクロロシランの供給を停止することに
より第１の気相成長工程を終了させた後、温度制御器７
を調整して基板温度を９００℃に降下させた。次に、基
板温度を９００℃に維持し、水素ガスを１００リットル
／分で流しながら中間処理工程を１０分間行った。この
中間処理工程では、その開始時点から反応容器の排気を
減圧系統から常圧系統に徐々に切り替えることによっ
て、反応容器内の気圧を０．１気圧から次第に昇圧さ
せ、中間工程終了時に１気圧とした。
保持したままトリクロロシランの供給を停止することに
より第１の気相成長工程を終了させた後、温度制御器７
を調整して基板温度を９００℃に降下させた。次に、基
板温度を９００℃に維持し、水素ガスを１００リットル
／分で流しながら中間処理工程を１０分間行った。この
中間処理工程では、その開始時点から反応容器の排気を
減圧系統から常圧系統に徐々に切り替えることによっ
て、反応容器内の気圧を０．１気圧から次第に昇圧さ
せ、中間工程終了時に１気圧とした。
【００２８】（４）第２の気相成長工程：反応容器内を
１気圧に、基板温度を９００℃にそれぞれ維持しなが
ら、トリクロロシラン２２グラム／分を水素ガスに添加
し、併せてジボラン濃度５０ｐｐｍの水素ガスを１０リ
ットル／分で流し、これに水素ガスを加えて合計１００
リットル／分のガス流量として第２の気相成長工程を４
分間行った。これにより、基板上に不純物濃度３×１０
15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率４．５Ω・ｃｍ、厚さ２
μｍの第２層を気相成長させた。以上、前処理工程から
第２の気相成長工程までの各工程の処理条件を図解する
と図２のとおりであり、図１に示す不純物濃度プロファ
イルを有するシリコン単結晶を得ることができた。第１
層と第２層の界面における遷移幅は０．８μｍであっ
た。
１気圧に、基板温度を９００℃にそれぞれ維持しなが
ら、トリクロロシラン２２グラム／分を水素ガスに添加
し、併せてジボラン濃度５０ｐｐｍの水素ガスを１０リ
ットル／分で流し、これに水素ガスを加えて合計１００
リットル／分のガス流量として第２の気相成長工程を４
分間行った。これにより、基板上に不純物濃度３×１０
15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率４．５Ω・ｃｍ、厚さ２
μｍの第２層を気相成長させた。以上、前処理工程から
第２の気相成長工程までの各工程の処理条件を図解する
と図２のとおりであり、図１に示す不純物濃度プロファ
イルを有するシリコン単結晶を得ることができた。第１
層と第２層の界面における遷移幅は０．８μｍであっ
た。
【００２９】実施例２（高不純物濃度の第１層を１気圧
で、低不純物濃度の第２層を０．１気圧で、それぞれ気
相成長させた場合） （１）前処理工程：前処理工程における反応容器内の気
圧を１気圧に維持し、基板２の温度を１１９０℃に維持
した以外は、実施例１と同じ要領・条件で、反応容器内
の窒素ガス置換、ついで前処理工程を行った。
で、低不純物濃度の第２層を０．１気圧で、それぞれ気
相成長させた場合） （１）前処理工程：前処理工程における反応容器内の気
圧を１気圧に維持し、基板２の温度を１１９０℃に維持
した以外は、実施例１と同じ要領・条件で、反応容器内
の窒素ガス置換、ついで前処理工程を行った。
【００３０】（２）第１の気相成長工程：温度制御器７
を調整して基板温度を１１００℃に降下させた後、この
温度に維持しながら、実施例１と同じ成分・組成のガス
を実施例１と同じ流量で反応容器に供給して、第１の気
相成長工程を２．５分間行った。これにより、不純物濃
度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 の基板上に不純物濃度
５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率０．０２Ω・ｃ
ｍ、厚さ９μｍの第１層を気相成長させた。
を調整して基板温度を１１００℃に降下させた後、この
温度に維持しながら、実施例１と同じ成分・組成のガス
を実施例１と同じ流量で反応容器に供給して、第１の気
相成長工程を２．５分間行った。これにより、不純物濃
度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 の基板上に不純物濃度
５×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率０．０２Ω・ｃ
ｍ、厚さ９μｍの第１層を気相成長させた。
【００３１】（３）中間工程：基板温度を１１００℃に
保持したままトロクロロシランの供給を停止することに
より第１の気相成長工程を終了させた後、温度制御器７
を調整して基板温度を９００℃に降下させた。次に、基
板温度を９００℃に維持し、水素ガスを１００リットル
／分で流しながら中間処理工程を１０分間行った。この
中間処理工程では、図３に示すように、その開始時点か
ら反応容器の排気を常圧系統から減圧系統に徐々に切り
替えることによって、反応容器内の気圧を１気圧から次
第に減圧させ、中間工程終了時に０．１気圧とした。こ
の際、図４に示すように、気圧の上昇と下降を１回以上
繰り返すとさらに効果的である。
保持したままトロクロロシランの供給を停止することに
より第１の気相成長工程を終了させた後、温度制御器７
を調整して基板温度を９００℃に降下させた。次に、基
板温度を９００℃に維持し、水素ガスを１００リットル
／分で流しながら中間処理工程を１０分間行った。この
中間処理工程では、図３に示すように、その開始時点か
ら反応容器の排気を常圧系統から減圧系統に徐々に切り
替えることによって、反応容器内の気圧を１気圧から次
第に減圧させ、中間工程終了時に０．１気圧とした。こ
の際、図４に示すように、気圧の上昇と下降を１回以上
繰り返すとさらに効果的である。
【００３２】（４）第２の気相成長工程：反応容器内を
０．１気圧に、基板温度を９００℃にそれぞれ維持しな
がら、実施例１と同じ成分・組成のガスを実施例１と同
じ流量で反応容器に供給して、第２の気相成長工程を４
分間行った。これにより、基板上に不純物濃度２．６×
１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率５Ω・ｃｍ、厚さ
１．５μｍの第２層を気相成長させた。
０．１気圧に、基板温度を９００℃にそれぞれ維持しな
がら、実施例１と同じ成分・組成のガスを実施例１と同
じ流量で反応容器に供給して、第２の気相成長工程を４
分間行った。これにより、基板上に不純物濃度２．６×
１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率５Ω・ｃｍ、厚さ
１．５μｍの第２層を気相成長させた。
【００３３】比較例１（前処理工程〜第２の気相成長工
程までの全工程を１気圧で行った場合） （１）前処理工程：前処理工程における反応容器内の気
圧を１気圧に維持した以外は、実施例１と同じ要領・条
件で、反応容器内の窒素ガス置換、ついで前処理工程を
行った。
程までの全工程を１気圧で行った場合） （１）前処理工程：前処理工程における反応容器内の気
圧を１気圧に維持した以外は、実施例１と同じ要領・条
件で、反応容器内の窒素ガス置換、ついで前処理工程を
行った。
【００３４】（２）第１の気相成長工程：反応容器１１
内を１１００℃に維持しながら、実施例１と同じ成分・
組成のガスを実施例１と同じ流量で反応容器に供給し
て、第１の気相成長工程を２．５分間行った。これによ
り、不純物濃度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 の基板上
に不純物濃度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率
０．０１５Ω・ｃｍ、厚さ１０μｍの第１層を気相成長
させた。
内を１１００℃に維持しながら、実施例１と同じ成分・
組成のガスを実施例１と同じ流量で反応容器に供給し
て、第１の気相成長工程を２．５分間行った。これによ
り、不純物濃度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 の基板上
に不純物濃度７×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率
０．０１５Ω・ｃｍ、厚さ１０μｍの第１層を気相成長
させた。
【００３５】（３）中間工程：基板温度を１１００℃に
保持したままトロクロロシランの供給を停止することに
より第１の気相成長工程を終了させた後、温度制御器７
を調整して基板温度を９００℃に降下させた。次に、基
板温度を９００℃に維持し、水素ガスを１００リットル
／分で流しながら中間処理工程を１０分間行った。この
中間処理工程では、反応容器１１内の気圧を１気圧に維
持した。
保持したままトロクロロシランの供給を停止することに
より第１の気相成長工程を終了させた後、温度制御器７
を調整して基板温度を９００℃に降下させた。次に、基
板温度を９００℃に維持し、水素ガスを１００リットル
／分で流しながら中間処理工程を１０分間行った。この
中間処理工程では、反応容器１１内の気圧を１気圧に維
持した。
【００３６】（４）第２の気相成長工程：反応容器内を
１気圧に、基板温度を９００℃にそれぞれ維持しなが
ら、実施例１と同じ成分・組成のガスを実施例１と同じ
流量で反応容器１１に供給して、第２の気相成長工程を
４分間行った。これにより、基板上に不純物濃度３×１
０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率４．５Ω・ｃｍ、厚さ
２μｍの第２層を気相成長させた。以上、前処理工程か
ら第２の気相成長工程までの各工程の処理条件を図解す
ると図６のとおりである。この時、第１層と第２層の界
面における遷移幅は１．６μｍであり、実施例の丁度２
倍であった。
１気圧に、基板温度を９００℃にそれぞれ維持しなが
ら、実施例１と同じ成分・組成のガスを実施例１と同じ
流量で反応容器１１に供給して、第２の気相成長工程を
４分間行った。これにより、基板上に不純物濃度３×１
０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3 、抵抗率４．５Ω・ｃｍ、厚さ
２μｍの第２層を気相成長させた。以上、前処理工程か
ら第２の気相成長工程までの各工程の処理条件を図解す
ると図６のとおりである。この時、第１層と第２層の界
面における遷移幅は１．６μｍであり、実施例の丁度２
倍であった。
【００３７】実施例１，２で得られたシリコン単結晶の
結晶欠陥を調べるため、ＣＭＯＳシミュレーションプロ
セス後に、これらを割ってその断面を光散乱を用いて観
察したところ、いずれのウエーハにおいても、第１層と
第２層に結晶欠陥が発生しておらず、第１層がＤＺ層と
同様の効果を有することが判った。
結晶欠陥を調べるため、ＣＭＯＳシミュレーションプロ
セス後に、これらを割ってその断面を光散乱を用いて観
察したところ、いずれのウエーハにおいても、第１層と
第２層に結晶欠陥が発生しておらず、第１層がＤＺ層と
同様の効果を有することが判った。
【００３８】
【発明の効果】この発明によれば、従来方法で高温熱処
理を施した場合と同程度に、ＤＺ層と類似する働きを持
つ層を形成することができる。また、高不純物濃度の単
結晶基板上に低不純物濃度の単結晶薄膜を気相成長させ
る場合において、高濃度層と低濃度層との界面でドーパ
ント濃度が、従来方法に比べて急峻に変化しているシリ
コン単結晶を製造することができる。また、本発明で
は、第１の気相成長工程と第２の気相成長工程の間に中
間工程を設け、この中間工程では、パージ雰囲気の気圧
を第１の気相成長工程におけるそれよりも高めた状態、
または低下させた状態で、パージ雰囲気中の不純物を排
気することによって、高濃度層と低濃度層の界面でドー
パント濃度の勾配が、より急峻になる効果がある。
理を施した場合と同程度に、ＤＺ層と類似する働きを持
つ層を形成することができる。また、高不純物濃度の単
結晶基板上に低不純物濃度の単結晶薄膜を気相成長させ
る場合において、高濃度層と低濃度層との界面でドーパ
ント濃度が、従来方法に比べて急峻に変化しているシリ
コン単結晶を製造することができる。また、本発明で
は、第１の気相成長工程と第２の気相成長工程の間に中
間工程を設け、この中間工程では、パージ雰囲気の気圧
を第１の気相成長工程におけるそれよりも高めた状態、
または低下させた状態で、パージ雰囲気中の不純物を排
気することによって、高濃度層と低濃度層の界面でドー
パント濃度の勾配が、より急峻になる効果がある。
【図１】本発明のシリコン単結晶の不純物濃度プロファ
イルを示す図である。
イルを示す図である。
【図２】本発明の実施例１における処理工程および処理
条件（温度・気圧等）を示すグラフである。
条件（温度・気圧等）を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例２における処理工程および処理
条件（温度・気圧等）を示すグラフである。
条件（温度・気圧等）を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例２における他の処理工程および
処理条件（温度・気圧等）を示すグラフである。
処理条件（温度・気圧等）を示すグラフである。
【図５】気相成長装置の従来例を示す概略断面図であ
る。
る。
【図６】比較例１における処理工程および処理条件（温
度・気圧等）を示すグラフである。
度・気圧等）を示すグラフである。
１ 容器壁 ２ シリコン単結晶基板 ３ 輻射加熱装置 ４ 反応ガス ５ 輻射温度計 ６ 計算機 ７ 温度制御器 ８ サセプタ １１ 反応容器
Claims (7)
- 【請求項１】 高濃度の不純物が添加されかつ格子間酸
素を含有する、チョクラルスキー法により成長されたシ
リコン単結晶基板の直上に、該シリコン単結晶基板と同
じ導電型の不純物を層全体にわたりほぼ同じ濃度で気相
成長させた第１層と、前記シリコン単結晶基板と同じ導
電型の不純物を該シリコン単結晶基板よりも３桁以上低
い濃度で前記第１層の直上に気相成長させた第２層とよ
りなるシリコン単結晶薄膜を有することを特徴とするシ
リコン単結晶。 - 【請求項２】 前記第１層の厚さは、２〜１５μｍであ
ることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶。 - 【請求項３】 高濃度の不純物が添加されたシリコン単
結晶基板の直上に、該シリコン単結晶基板と同じ導電型
で層全体にわたりほぼ同じ不純物濃度の第１層を気相成
長させる第１の気相成長工程と、前記シリコン単結晶基
板と同じ導電型で該シリコン単結晶基板よりも３桁以上
低い不純物濃度の第２層を前記第１層の直上に気相成長
させる第２の気相成長工程とを有することを特徴とする
シリコン単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項４】 第１の気相成長工程と第２の気相成長工
程との間に、第１の気相成長工程よりも気圧を高くする
ことにより成長雰囲気中の不純物をパージする中間工程
を設けることを特徴とする請求項３に記載のシリコン単
結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項５】 第１の気相成長工程と第２の気相成長工
程との間に、第１の気相成長工程よりも気圧を低くする
ことにより成長雰囲気中の不純物をパージする中間工程
を設けることを特徴とする請求項３に記載のシリコン単
結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項６】 第１の気相成長工程と第２の気相成長工
程との間に、気圧の上昇と下降を１回以上繰り返すこと
により成長雰囲気中の不純物をパージする中間工程を設
けることを特徴とする請求項３に記載のシリコン単結晶
薄膜の製造方法。 - 【請求項７】 前記中間工程において、基板の温度を第
１の気相成長工程での基板温度よりも低くすることを特
徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のシリコン
単結晶薄膜の製造方法。
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