JP4656788B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れたゲッタリング能力を有するシリコンエピタキシャルウェーハ（以下、単にエピウェーハと呼ぶことがある。）及びその製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体素子の基板として広く用いられているシリコンウェーハの大半は、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＣＺ）法により育成されている。ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶中には、およそ１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度で格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴（以下、結晶熱履歴と略すことがある。）や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（以下、酸素析出物又は単に析出物と呼ぶことがある。
）が形成される。
【０００３】
その酸素析出物は、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するサイトとして有効に働き（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＩＧ）、デバイス特性や歩留まりを向上させる。このことから、シリコンウェーハの品質の１つとして、ＩＧ能力が重要視されている。
【０００４】
酸素析出の過程は、析出核形成とその成長の過程から成る。通常は、結晶熱履歴において核形成が進行し、その後のデバイスプロセス等の熱処理により大きく成長し、酸素析出物として検出されるようになる。このことから、結晶熱履歴で形成されたものをＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核と呼ぶことにする。もちろん、その後の熱処理においても酸素析出核が形成される場合がある。
【０００５】
通常のａｓ−ｇｒｏｗｎウェーハの場合、デバイスプロセス前の段階で存在している酸素析出核は極めて小さく、ＩＧ能力を持たない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、大きな酸素析出物に成長してＩＧ能力を有するようになる。ウェーハ表面近傍のデバイス作製領域を無欠陥化するために、ウェーハ上に気相成長によってシリコン単結晶を堆積させたエピウェーハが使用される場合がある。このエピウェーハにおいても、基板にＩＧ能力を付加させることが重要である。
【０００６】
しかし、エピタキシャル工程（以下、エピ工程と略すことがある。）が約１１００℃以上の高温であるために結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核のほとんどが消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなってしまう。そのために、エピウェーハではＩＧ能力が低下するという問題がある。
【０００７】
この問題を解決する方法として、エピウェーハにＩＧ能力を付加するため、エピ工程前に熱処理を施して基板中に酸素析出物を形成した後に、エピタキシャル成長を行う方法がある。一般的な熱処理としては、約１１００℃以上で表面近傍の酸素を外方拡散させる熱処理、約６５０℃で内部に酸素析出核を形成する熱処理、及び約１０００℃で酸素析出物を大きく成長させる熱処理を組み合わせた３段熱処理（以下、ＤＺ−ＩＧ処理と呼ぶことがある。）がある。初段の熱処理で酸素を外方拡散させるのは、基板の表面近傍に酸素析出物が形成されないようにして、無欠陥層（ＤＺ層）を形成するためである。このＤＺ−ＩＧ処理では、表面近傍にＤＺ層が形成され、内部にはＩＧ能力を有する大きいサイズの酸素析出物が形成される理想的な構造となるが、熱処理時間が長くなってしまう。
【０００８】
エピウェーハにＩＧ能力を付加する簡便な方法として、広い幅のＤＺ層が必要ない場合や内部の酸素析出物を大きく成長させなくても良い場合は、エピ工程前に８００℃程度の熱処理を施すことにより、結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を高温のエピ工程でも消滅しないようなサイズまで成長させる方法がある。あるいは、エピ工程後に４５０〜７５０℃程度の熱処理を施すことにより析出核を再形成させる方法がある。これらの場合は、デバイスプロセスにおいて酸素析出物が大きく成長することになる。
【０００９】
ｎ型ドーパントが高濃度に添加されたｎ+基板を用いたｎ／ｎ+エピウェーハは、基板の抵抗率が低いという構造上のメリットからＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）用材料として有効である。しかし、ｎ+基板用のドーパントとして用いられているアンチモン（Ｓｂ）が高濃度に添加されると、酸素析出が抑制されることにより、ＩＧ能力を付加するために施す熱処理の時間が長くなり、エピウェーハの生産性が低下してしまうという大きな問題点がある。
【００１０】
一方、燐をｎ型ドーパントとしたｎ+基板を作製するためのｎ+シリコン単結晶を引き上げようとしても、燐はシリコン原料を溶融する際の昇温過程で昇華しやすいため、低抵抗率の結晶を引き上げることは困難であった。
【００１１】
その一方で、燐ドープシリコン単結晶はＳｂやＡｓドープ単結晶に比べて結晶育成時の酸素濃度制御が容易であったことから、デバイス作製用基板としてある程度正確な酸素濃度制御が必要な通常抵抗率（１〜１００Ω・ｃｍ）のｎ型基板を作製するためのｎ型ドーパントとしては燐を用い、あまり正確な酸素濃度制御を必要としないエピタキシャルウェーハ用の低抵抗率（０．０２Ω・ｃｍ以下）のｎ+基板を作製するためのｎ型ドーパントとしてはＳｂ又はＡｓを用いるというように、抵抗率の高低により使用されるドーパントの種類は限定されていた。
【００１２】
また、その間の抵抗率（０．０２〜１Ω・ｃｍ）のｎ型基板については、デバイスを作製する側からのニーズがないためほとんど作製されることはなく、わずかにニーズがあったとしても酸素濃度制御が容易な燐ドープ基板が用いられていた。
【００１３】
これらのことから、ＣＣＤ用の基板としては燐が低濃度に添加されたｎ型基板（１０Ω・ｃｍ程度）を用い、４０〜５０Ω・ｃｍの高抵抗率のｎ-エピタキシャル層を形成したｎ-／ｎエピウェーハが広く用いられ（例えば、特開平９−３２１２６６号参照）、ＩＧ能力を付加しようとするためには、前述のようなＤＺ−ＩＧ処理が施されていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＩＧ能力が付加されＣＣＤをはじめとする様々なデバイス用に好適なエピタキシャルウェーハ、及びそのエピタキシャルウェーハを生産性を低下させることなく製造することのできる方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本シリコンエピタキシャルウェーハは、ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板上に、該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明者は、酸素析出が抑制される度合はSｂ濃度に依存することを見出し、本発明に到達した。すなわち、後述の実験結果から明らかな様に、Ｓｂドープ基板の抵抗率を低下させても抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上となるＳｂ濃度であれば、酸素析出が抑制されることがほとんどないことを初めて発見した。
【００１７】
そこで、これ以上の抵抗率を有するＳｂドープ基板であれば、酸素析出物を形成する熱処理時間を長くすることなく（生産性を低下させることなく）Ｓｂ添加基板に十分なＩＧ能力を付加することができることを発想し本発明を完成させた。
【００１８】
従来のエピタキシャル成長用のＳｂドープ基板は、前述の通り０．０２Ωｃｍ以下の低抵抗率に限られており、それより高い抵抗率におけるエピタキシャル成長用の基板としての用途はなかった。従って、このような０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂドープ基板をエピタキシャル用基板として用いるという発想は当業者といえども全くなかったものである。
【００１９】
本エピウェーハは特にＣＣＤ用材料として好適に用いられるが、その場合基板抵抗率を０．５Ω・ｃｍ以下とすればデバイス特性に対するエピウェーハの構造面でのメリットを得ることができる。
【００２０】
また、本エピウェーハにおいては、そのシリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であるのが好ましい。
【００２１】
このように、エピ工程直後に実験的に検出される酸素析出物、あるいは、エピ工程後に基板中の酸素析出物を成長させる付加的な熱処理を行った後に実験的に検出される酸素析出物が１×１０9／ｃｍ3以上の高密度に形成されていれば、デバイスプロセスの初期の段階から優れたＩＧ能力を発揮できる。
【００２２】
また、エピ工程直後には酸素析出物が１×１０9／ｃｍ3以上の高密度に観察されなくてもその後に付加的な熱処理を施すことにより高密度の酸素析出物が検出される場合には、エピ工程後に小さい酸素析出物が高密度に潜在している場合である。従って、エピ工程直後にその潜在している酸素析出物が十分なＩＧ能力を有するほど大きくなくても、デバイスプロセスを経ることにより大きく成長してＩＧ能力を有するようになる。
【００２３】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。
【００２４】
エピ工程後にバルク中に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、例えばエピ工程前に一般的なＤＺ−ＩＧ処理を施すことができる。また、より簡便な熱処理として、例えば約７００℃以下の温度から約１０００℃以上の温度まで約５℃／分以下の速度で昇温し、約０．５時間以上保持する熱処理を施すことができる。すなわち、本発明のＳｂ添加基板を用いたエピウェーハに対して、熱処理時間を長くすることなく優れたＩＧ能力を付加できる。
【００２５】
エピ工程後に熱処理を施した場合に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、エピ工程後の段階で小さいサイズの酸素析出物が潜在していれば良いので、例えばエピ工程前に８００℃程度で４時間程度の熱処理を施すことができる。また、エピ工程後に４５０〜７５０℃程度で数時間の熱処理を施すことができる。これらの場合は、デバイスプロセスを経ることにより酸素析出物が大きく成長して、ＩＧ能力を有するようになる。
【００２６】
本エピウェーハに対してより効率的に優れたＩＧ能力を付加するには、基板の酸素濃度が約１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以上であることが好ましい。酸素濃度が高ければ、短時間の熱処理で酸素析出物の密度を高くし、サイズを大きくすることができる。尚、ＪＥＩＤＡは日本電子工業振興協会（現在は、ＪＥＩＤＡ：日本電子情報技術産業協会に改称された。）の略称である。
【００２７】
本エピウェーハでは、基板の抵抗率が一般的なｎ＋基板の値（０．０１〜０．０２Ω・ｃｍ）よりも高いので、熱処理時間を長くすることなくＩＧ能力を付加できる効果に加えて、オートドープによるエピ層の抵抗率変化を防ぐために用いられるウェーハ裏面の酸化膜を形成する必要がなくなるという付加的な効果が得られる。従って、ＣＣＤ用ウェーハとしてだけでなく、ディスクリートデバイスなどの他の用途としても好適に用いることができる。
【００２８】
上述のように、本シリコンエピタキシャルウェーハは、優れたＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたシリコンエピタキシャルウェーハである。
【００２９】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板を準備する工程と、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程とを有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行った後、該ｎ型シリコン基板表面に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行い、該エピタキシャル層成長工程後に該ｎ型シリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であり、前記ｎ型シリコン基板の酸素濃度が１６ｐｐｍａ以上であり、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハがＣＣＤを製造する基板として用いられるものであることを特徴とする。
【００３０】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第２の態様は、ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板を準備する工程と、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程とを有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行った後、該ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行い、該熱処理工程後に該ｎ型シリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であり、前記ｎ型シリコン基板の酸素濃度が１６ｐｐｍａ以上であり、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハがＣＣＤを製造する基板として用いられるものであることを特徴とする。
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法においては、ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ形シリコンエピタキシャル層を成長させる工程との工程順はいずれを先に行ってもよいものである。
【００３１】
すなわち、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行った後、該ｎ型シリコン基板表面に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行うことができるし、また前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行った後、該ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行うことも可能である。いずれの工程順を採用しても本発明の効果は充分に達成される。
【００３２】
本発明方法においても、上記ｎ型シリコン基板の酸素濃度は１６ｐｐｍａ以上が好ましく、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハはＣＣＤをはじめとする種々のデバイスを製造する基板として好適に用いられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００３４】
図１は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの一つの実施の形態を示す断面的説明図である。図１において、１０は本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハである。このシリコンエピタキシャルウェーハ１０は、ドーパントとしてアンチモンが添加された抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板１２上に、該ｎ型シリコン基板１２よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層１４を成長させた構成を有している。
【００３５】
本発明は、一般的なＳｂを高濃度に添加した基板を用いたエピウェーハでは、酸素析出が抑制されることから、ＩＧ能力を付加するために施す熱処理の時間が長くなり、生産性が低下してしまうという問題点に鑑みなされたものである。すなわち、本発明のエピウェーハは、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いたものである。抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板であれば、酸素析出が抑制されることがほとんどないので、熱処理時間を長くすることなくＳｂ添加基板にＩＧ能力を付加することができる。従って、生産性を低下させることなくＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを提供することができる。酸素析出物によるＩＧ能力という観点からは抵抗率の上限は特に限定されないが、一般的なデバイスへの適用を考慮すると１００Ω・ｃｍ以下とすることが通常である。
【００３６】
また、本発明のエピウェーハにおいては、エピタキシャル工程後、あるいはエピタキシャル工程後に熱処理を施した場合に、バルク中に検出される酸素析出物の密度が１×１０9／ｃｍ3以上であるようにすることができる。エピ工程後に実験的に検出されるような大きいサイズの酸素析出物が高密度に形成されていれば、デバイスプロセスの初期の段階から優れたＩＧ能力を発揮できる。また、エピ工程後に熱処理を施した後に高密度の酸素析出物が検出される場合は、エピ工程後に小さい酸素析出物が潜在している場合であり、その潜在している酸素析出物は十分なＩＧ能力を有するほど大きくないが、デバイスプロセスを経ることにより大きく成長して、ＩＧ能力を有するようになる。
【００３７】
前記Ｓｂ添加基板の酸素濃度は約１６ｐｐｍａ以上であることがより好ましい。酸素濃度が高ければ、短時間の熱処理で酸素析出物の密度を高くし、サイズを大きくすることができる。
【００３８】
次に、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法を、図２及び図３に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
図２は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法の工程順の一例を示すフローチャートである。
【００４０】
図２に示したように、まずエピウェーハの基板となる抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加シリコンウェーハを準備する（ステップ１００）。この基板は、ＣＺ法による結晶育成工程において適量のＳｂを添加したシリコン単結晶を加工することにより得ることができる。その基板に対してエピ工程前の酸素析出物を成長させる熱処理を施す（ステップ１０２）。
【００４１】
ここで、エピ工程直後にバルク中に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、ステップ１０２における熱処理として例えば一般的なＤＺ−ＩＧ処理を施すことができる。ＤＺ−ＩＧ処理の条件は、例えば１１００℃／２時間＋６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間である。また、より簡便な熱処理として、例えば７００℃から１０００℃まで３℃／分の速度で昇温し、２時間保持する熱処理を施すことができる。そのようなエピ工程前の熱処理により、Ｓｂ添加基板中にＩＧ能力を有する大きいサイズの酸素析出物を高密度に形成することができる。
【００４２】
エピ工程後に熱処理を施すことにより実験的に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、ステップ１０２における熱処理として、例えば、８００℃／４時間の熱処理を施すことができる。また、より高密度の酸素析出物を得たい場合には、例えば、７００℃から８５０℃まで３℃／分の速度で昇温し、１時間保持する熱処理を施すことができる。それらの場合、デバイスプロセスを経ることにより酸素析出物が大きく成長して、ＩＧ能力を有するようになる。
【００４３】
次に、必要に応じてウェーハを洗浄、酸化膜除去等を行ったのち、例えば、原料ガスであるトリクロルシランにホスフィンを混合し、１１００℃程度の温度でｎ型１０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長を行う（ステップ１０４）。
【００４４】
図３は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法の工程順の他の一例を示すフローチャートである。図２の場合と同様に、エピウェーハの基板となる抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加シリコンウェーハを準備する（ステップ１０６）。次に、エピ工程前の熱処理を施すことなく、エピタキシャル成長を行う（ステップ１０８）。そのエピウェーハに対して酸素析出物を成長させる熱処理を施す（ステップ１１０）。
【００４５】
ここで、バルク中に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、例えば６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間の熱処理を施すことができる。また、デバイスプロセス等の熱処理が施された場合に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、例えば６５０℃／６時間の熱処理を施すことができる。上記の図２に示したエピ工程前の熱処理の条件、及び図３に示したエピ工程後の熱処理の条件は、上記した例に限定されるものではなく、その目的が達成されれば、如何なる条件でも構わない。
【００４６】
以上に述べたように、本発明によれば、熱処理時間を長くすることなく、すなわち生産性を低下させることなく、優れたＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを提供することができる。
【００４７】
【実施例】
以下に本発明について具体的な実験例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
（実験例１）
直径８インチ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約０．０１５〜０．１Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたＳｂ添加シリコン単結晶から作製された鏡面ウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は約１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）である。それらのウェーハに対してエピ工程前の熱処理を施した。熱処理条件は、１１００℃／２時間＋６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間である。次に、熱処理後のウェーハを洗浄した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。
【００４９】
そのエピウェーハについて、如何なる熱処理も施さずに、酸素析出物の密度を光散乱法の１つである赤外散乱トモグラフ法（以下、ＬＳＴと呼ぶことがある。）により測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【００５０】
図４は、基板抵抗率と析出物密度との関係を示す。基板抵抗率が約０．０４Ω・ｃｍより低い場合には、基板抵抗率の低下に伴い析出物密度が低くなっている。すなわち、Ｓｂ添加により酸素析出が抑制されている。しかし、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上の場合には、析出物密度が基板抵抗率に依存することなくほぼ一定となっている。この結果から、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上であれば、Ｓｂ添加基板であっても酸素析出が抑制されないことがわかる。尚、基板抵抗率が０．０８〜０．５Ω・ｃｍ、あるいはそれ以上の場合にＳｂ添加による酸素析出抑制効果ははたらかないので、０．０４〜０．０８Ω・ｃｍの場合と同等レベルの酸素析出物密度が得られる。
【００５１】
（実験例２）
上記実験例１で準備したウェーハにおいて、エピ工程前の熱処理を施さずに約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。そのエピウェーハに６５０℃／６時間の熱処理を施した。その後、潜在している小さい酸素析出物を大きく成長させるために、デバイスプロセスを模擬した１０００℃／６時間の熱処理を施した後に、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【００５２】
図５は、基板抵抗率と析出物密度との関係を示す。基板抵抗率が約０．０４Ω・ｃｍより低い場合には、基板抵抗率の低下に伴い析出物密度が低くなっている。しかし、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上の場合には、析出物密度が基板抵抗率に依存することなくほぼ一定となっている。この結果から、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上であれば、Ｓｂ添加基板であっても酸素析出が抑制されないことがわかる。
【００５３】
以上のように、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いれば、Ｓｂ添加により酸素析出が抑制されることがほとんどないことから、熱処理時間を長くすることなく、優れたＩＧ能力を付加できることがわかった。つまり、優れたＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを生産性を低下させることなく得ることができる。
【００５４】
（比較例１）
直径８インチ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成された燐添加シリコン単結晶から作製された鏡面ウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は約１８ｐｐｍａである。その他の実験条件は、実験例１とまったく同じ条件とした。すなわち、そのウェーハに対してエピ工程前の熱処理を施した。熱処理条件は、１１００℃／２時間＋６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間である。次に、熱処理後のウェーハを洗浄した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。そのエピウェーハにおいて、如何なる熱処理も施さずに、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【００５５】
その結果、析出物密度は５×１０9／ｃｍ3となり、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いた場合とほぼ同じであることがわかった。
【００５６】
（比較例２）
比較例１と同様な鏡面ウェーハを準備した。その他の実験条件は、実験例２とまったく同じ条件とした。すなわち、エピ工程前の熱処理を施さずに約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。そのエピウェーハに６５０℃／６時間の熱処理を施した。その後、潜在している小さい酸素析出物を大きく成長させるために、デバイスプロセスを模擬した１０００℃／６時間の熱処理を施した後に、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【００５７】
その結果、析出物密度は４×１０9／ｃｍ3となり、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いた場合とほぼ同じであることがわかった。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂが添加されたシリコンウェーハを基板として用いることにより、生産性を低下させることなくＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によって製造されるシリコンエピタキシャルウェーハの一つの実施の形態を示す断面的説明図である。
【図２】 本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図３】 本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の工程順の他の例を示すフローチャートである。
【図４】 実験例１における基板抵抗率と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図５】 実験例２における基板抵抗率と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：シリコンエピタキシャルウェーハ、１２：ｎ型シリコン基板、１４：ｎ型シリコンエピタキシャル層。
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れたゲッタリング能力を有するシリコンエピタキシャルウェーハ（以下、単にエピウェーハと呼ぶことがある。）及びその製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体素子の基板として広く用いられているシリコンウェーハの大半は、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＣＺ）法により育成されている。ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶中には、およそ１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度で格子間酸素が不純物として含まれる。この格子間酸素は、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴（以下、結晶熱履歴と略すことがある。）や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（以下、酸素析出物又は単に析出物と呼ぶことがある。
）が形成される。
【０００３】
その酸素析出物は、デバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するサイトとして有効に働き（Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ：ＩＧ）、デバイス特性や歩留まりを向上させる。このことから、シリコンウェーハの品質の１つとして、ＩＧ能力が重要視されている。
【０００４】
酸素析出の過程は、析出核形成とその成長の過程から成る。通常は、結晶熱履歴において核形成が進行し、その後のデバイスプロセス等の熱処理により大きく成長し、酸素析出物として検出されるようになる。このことから、結晶熱履歴で形成されたものをＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核と呼ぶことにする。もちろん、その後の熱処理においても酸素析出核が形成される場合がある。
【０００５】
通常のａｓ−ｇｒｏｗｎウェーハの場合、デバイスプロセス前の段階で存在している酸素析出核は極めて小さく、ＩＧ能力を持たない。しかし、デバイスプロセスを経ることにより、大きな酸素析出物に成長してＩＧ能力を有するようになる。ウェーハ表面近傍のデバイス作製領域を無欠陥化するために、ウェーハ上に気相成長によってシリコン単結晶を堆積させたエピウェーハが使用される場合がある。このエピウェーハにおいても、基板にＩＧ能力を付加させることが重要である。
【０００６】
しかし、エピタキシャル工程（以下、エピ工程と略すことがある。）が約１１００℃以上の高温であるために結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核のほとんどが消滅してしまい、その後のデバイスプロセスにおいて酸素析出物が形成されなくなってしまう。そのために、エピウェーハではＩＧ能力が低下するという問題がある。
【０００７】
この問題を解決する方法として、エピウェーハにＩＧ能力を付加するため、エピ工程前に熱処理を施して基板中に酸素析出物を形成した後に、エピタキシャル成長を行う方法がある。一般的な熱処理としては、約１１００℃以上で表面近傍の酸素を外方拡散させる熱処理、約６５０℃で内部に酸素析出核を形成する熱処理、及び約１０００℃で酸素析出物を大きく成長させる熱処理を組み合わせた３段熱処理（以下、ＤＺ−ＩＧ処理と呼ぶことがある。）がある。初段の熱処理で酸素を外方拡散させるのは、基板の表面近傍に酸素析出物が形成されないようにして、無欠陥層（ＤＺ層）を形成するためである。このＤＺ−ＩＧ処理では、表面近傍にＤＺ層が形成され、内部にはＩＧ能力を有する大きいサイズの酸素析出物が形成される理想的な構造となるが、熱処理時間が長くなってしまう。
【０００８】
エピウェーハにＩＧ能力を付加する簡便な方法として、広い幅のＤＺ層が必要ない場合や内部の酸素析出物を大きく成長させなくても良い場合は、エピ工程前に８００℃程度の熱処理を施すことにより、結晶熱履歴で形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ析出核を高温のエピ工程でも消滅しないようなサイズまで成長させる方法がある。あるいは、エピ工程後に４５０〜７５０℃程度の熱処理を施すことにより析出核を再形成させる方法がある。これらの場合は、デバイスプロセスにおいて酸素析出物が大きく成長することになる。
【０００９】
ｎ型ドーパントが高濃度に添加されたｎ+基板を用いたｎ／ｎ+エピウェーハは、基板の抵抗率が低いという構造上のメリットからＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）用材料として有効である。しかし、ｎ+基板用のドーパントとして用いられているアンチモン（Ｓｂ）が高濃度に添加されると、酸素析出が抑制されることにより、ＩＧ能力を付加するために施す熱処理の時間が長くなり、エピウェーハの生産性が低下してしまうという大きな問題点がある。
【００１０】
一方、燐をｎ型ドーパントとしたｎ+基板を作製するためのｎ+シリコン単結晶を引き上げようとしても、燐はシリコン原料を溶融する際の昇温過程で昇華しやすいため、低抵抗率の結晶を引き上げることは困難であった。
【００１１】
その一方で、燐ドープシリコン単結晶はＳｂやＡｓドープ単結晶に比べて結晶育成時の酸素濃度制御が容易であったことから、デバイス作製用基板としてある程度正確な酸素濃度制御が必要な通常抵抗率（１〜１００Ω・ｃｍ）のｎ型基板を作製するためのｎ型ドーパントとしては燐を用い、あまり正確な酸素濃度制御を必要としないエピタキシャルウェーハ用の低抵抗率（０．０２Ω・ｃｍ以下）のｎ+基板を作製するためのｎ型ドーパントとしてはＳｂ又はＡｓを用いるというように、抵抗率の高低により使用されるドーパントの種類は限定されていた。
【００１２】
また、その間の抵抗率（０．０２〜１Ω・ｃｍ）のｎ型基板については、デバイスを作製する側からのニーズがないためほとんど作製されることはなく、わずかにニーズがあったとしても酸素濃度制御が容易な燐ドープ基板が用いられていた。
【００１３】
これらのことから、ＣＣＤ用の基板としては燐が低濃度に添加されたｎ型基板（１０Ω・ｃｍ程度）を用い、４０〜５０Ω・ｃｍの高抵抗率のｎ-エピタキシャル層を形成したｎ-／ｎエピウェーハが広く用いられ（例えば、特開平９−３２１２６６号参照）、ＩＧ能力を付加しようとするためには、前述のようなＤＺ−ＩＧ処理が施されていた。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ＩＧ能力が付加されＣＣＤをはじめとする様々なデバイス用に好適なエピタキシャルウェーハ、及びそのエピタキシャルウェーハを生産性を低下させることなく製造することのできる方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本シリコンエピタキシャルウェーハは、ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板上に、該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明者は、酸素析出が抑制される度合はSｂ濃度に依存することを見出し、本発明に到達した。すなわち、後述の実験結果から明らかな様に、Ｓｂドープ基板の抵抗率を低下させても抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上となるＳｂ濃度であれば、酸素析出が抑制されることがほとんどないことを初めて発見した。
【００１７】
そこで、これ以上の抵抗率を有するＳｂドープ基板であれば、酸素析出物を形成する熱処理時間を長くすることなく（生産性を低下させることなく）Ｓｂ添加基板に十分なＩＧ能力を付加することができることを発想し本発明を完成させた。
【００１８】
従来のエピタキシャル成長用のＳｂドープ基板は、前述の通り０．０２Ωｃｍ以下の低抵抗率に限られており、それより高い抵抗率におけるエピタキシャル成長用の基板としての用途はなかった。従って、このような０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂドープ基板をエピタキシャル用基板として用いるという発想は当業者といえども全くなかったものである。
【００１９】
本エピウェーハは特にＣＣＤ用材料として好適に用いられるが、その場合基板抵抗率を０．５Ω・ｃｍ以下とすればデバイス特性に対するエピウェーハの構造面でのメリットを得ることができる。
【００２０】
また、本エピウェーハにおいては、そのシリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であるのが好ましい。
【００２１】
このように、エピ工程直後に実験的に検出される酸素析出物、あるいは、エピ工程後に基板中の酸素析出物を成長させる付加的な熱処理を行った後に実験的に検出される酸素析出物が１×１０9／ｃｍ3以上の高密度に形成されていれば、デバイスプロセスの初期の段階から優れたＩＧ能力を発揮できる。
【００２２】
また、エピ工程直後には酸素析出物が１×１０9／ｃｍ3以上の高密度に観察されなくてもその後に付加的な熱処理を施すことにより高密度の酸素析出物が検出される場合には、エピ工程後に小さい酸素析出物が高密度に潜在している場合である。従って、エピ工程直後にその潜在している酸素析出物が十分なＩＧ能力を有するほど大きくなくても、デバイスプロセスを経ることにより大きく成長してＩＧ能力を有するようになる。
【００２３】
ここで、ＩＧ能力を有する酸素析出物のサイズは、実験的に検出可能な酸素析出物のサイズ（直径３０〜４０ｎｍ程度）を目安にしている。一般的には、実験的に検出できないサイズの酸素析出物でもＩＧ能力を有すると考えられているので、実験的に検出可能なサイズであれば十分なＩＧ能力を有すると判断できる。
【００２４】
エピ工程後にバルク中に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、例えばエピ工程前に一般的なＤＺ−ＩＧ処理を施すことができる。また、より簡便な熱処理として、例えば約７００℃以下の温度から約１０００℃以上の温度まで約５℃／分以下の速度で昇温し、約０．５時間以上保持する熱処理を施すことができる。すなわち、本発明のＳｂ添加基板を用いたエピウェーハに対して、熱処理時間を長くすることなく優れたＩＧ能力を付加できる。
【００２５】
エピ工程後に熱処理を施した場合に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、エピ工程後の段階で小さいサイズの酸素析出物が潜在していれば良いので、例えばエピ工程前に８００℃程度で４時間程度の熱処理を施すことができる。また、エピ工程後に４５０〜７５０℃程度で数時間の熱処理を施すことができる。これらの場合は、デバイスプロセスを経ることにより酸素析出物が大きく成長して、ＩＧ能力を有するようになる。
【００２６】
本エピウェーハに対してより効率的に優れたＩＧ能力を付加するには、基板の酸素濃度が約１６ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡスケール）以上であることが好ましい。酸素濃度が高ければ、短時間の熱処理で酸素析出物の密度を高くし、サイズを大きくすることができる。尚、ＪＥＩＤＡは日本電子工業振興協会（現在は、ＪＥＩＤＡ：日本電子情報技術産業協会に改称された。）の略称である。
【００２７】
本エピウェーハでは、基板の抵抗率が一般的なｎ＋基板の値（０．０１〜０．０２Ω・ｃｍ）よりも高いので、熱処理時間を長くすることなくＩＧ能力を付加できる効果に加えて、オートドープによるエピ層の抵抗率変化を防ぐために用いられるウェーハ裏面の酸化膜を形成する必要がなくなるという付加的な効果が得られる。従って、ＣＣＤ用ウェーハとしてだけでなく、ディスクリートデバイスなどの他の用途としても好適に用いることができる。
【００２８】
上述のように、本シリコンエピタキシャルウェーハは、優れたＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたシリコンエピタキシャルウェーハである。
【００２９】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板を準備する工程と、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程とを有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行った後、該ｎ型シリコン基板表面に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行い、該エピタキシャル層成長工程後に該ｎ型シリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であり、前記ｎ型シリコン基板の酸素濃度が１６ｐｐｍａ以上であり、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハがＣＣＤを製造する基板として用いられるものであることを特徴とする。
【００３０】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第２の態様は、ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板を準備する工程と、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程とを有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行った後、該ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行い、該熱処理工程後に該ｎ型シリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であり、前記ｎ型シリコン基板の酸素濃度が１６ｐｐｍａ以上であり、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハがＣＣＤを製造する基板として用いられるものであることを特徴とする。
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法においては、ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ形シリコンエピタキシャル層を成長させる工程との工程順はいずれを先に行ってもよいものである。
【００３１】
すなわち、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行った後、該ｎ型シリコン基板表面に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行うことができるし、また前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行った後、該ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行うことも可能である。いずれの工程順を採用しても本発明の効果は充分に達成される。
【００３２】
本発明方法においても、上記ｎ型シリコン基板の酸素濃度は１６ｐｐｍａ以上が好ましく、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハはＣＣＤをはじめとする種々のデバイスを製造する基板として好適に用いられる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００３４】
図１は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの一つの実施の形態を示す断面的説明図である。図１において、１０は本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハである。このシリコンエピタキシャルウェーハ１０は、ドーパントとしてアンチモンが添加された抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板１２上に、該ｎ型シリコン基板１２よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層１４を成長させた構成を有している。
【００３５】
本発明は、一般的なＳｂを高濃度に添加した基板を用いたエピウェーハでは、酸素析出が抑制されることから、ＩＧ能力を付加するために施す熱処理の時間が長くなり、生産性が低下してしまうという問題点に鑑みなされたものである。すなわち、本発明のエピウェーハは、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いたものである。抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板であれば、酸素析出が抑制されることがほとんどないので、熱処理時間を長くすることなくＳｂ添加基板にＩＧ能力を付加することができる。従って、生産性を低下させることなくＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを提供することができる。酸素析出物によるＩＧ能力という観点からは抵抗率の上限は特に限定されないが、一般的なデバイスへの適用を考慮すると１００Ω・ｃｍ以下とすることが通常である。
【００３６】
また、本発明のエピウェーハにおいては、エピタキシャル工程後、あるいはエピタキシャル工程後に熱処理を施した場合に、バルク中に検出される酸素析出物の密度が１×１０9／ｃｍ3以上であるようにすることができる。エピ工程後に実験的に検出されるような大きいサイズの酸素析出物が高密度に形成されていれば、デバイスプロセスの初期の段階から優れたＩＧ能力を発揮できる。また、エピ工程後に熱処理を施した後に高密度の酸素析出物が検出される場合は、エピ工程後に小さい酸素析出物が潜在している場合であり、その潜在している酸素析出物は十分なＩＧ能力を有するほど大きくないが、デバイスプロセスを経ることにより大きく成長して、ＩＧ能力を有するようになる。
【００３７】
前記Ｓｂ添加基板の酸素濃度は約１６ｐｐｍａ以上であることがより好ましい。酸素濃度が高ければ、短時間の熱処理で酸素析出物の密度を高くし、サイズを大きくすることができる。
【００３８】
次に、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法を、図２及び図３に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
図２は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法の工程順の一例を示すフローチャートである。
【００４０】
図２に示したように、まずエピウェーハの基板となる抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加シリコンウェーハを準備する（ステップ１００）。この基板は、ＣＺ法による結晶育成工程において適量のＳｂを添加したシリコン単結晶を加工することにより得ることができる。その基板に対してエピ工程前の酸素析出物を成長させる熱処理を施す（ステップ１０２）。
【００４１】
ここで、エピ工程直後にバルク中に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、ステップ１０２における熱処理として例えば一般的なＤＺ−ＩＧ処理を施すことができる。ＤＺ−ＩＧ処理の条件は、例えば１１００℃／２時間＋６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間である。また、より簡便な熱処理として、例えば７００℃から１０００℃まで３℃／分の速度で昇温し、２時間保持する熱処理を施すことができる。そのようなエピ工程前の熱処理により、Ｓｂ添加基板中にＩＧ能力を有する大きいサイズの酸素析出物を高密度に形成することができる。
【００４２】
エピ工程後に熱処理を施すことにより実験的に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、ステップ１０２における熱処理として、例えば、８００℃／４時間の熱処理を施すことができる。また、より高密度の酸素析出物を得たい場合には、例えば、７００℃から８５０℃まで３℃／分の速度で昇温し、１時間保持する熱処理を施すことができる。それらの場合、デバイスプロセスを経ることにより酸素析出物が大きく成長して、ＩＧ能力を有するようになる。
【００４３】
次に、必要に応じてウェーハを洗浄、酸化膜除去等を行ったのち、例えば、原料ガスであるトリクロルシランにホスフィンを混合し、１１００℃程度の温度でｎ型１０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成するエピタキシャル成長を行う（ステップ１０４）。
【００４４】
図３は本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法の工程順の他の一例を示すフローチャートである。図２の場合と同様に、エピウェーハの基板となる抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加シリコンウェーハを準備する（ステップ１０６）。次に、エピ工程前の熱処理を施すことなく、エピタキシャル成長を行う（ステップ１０８）。そのエピウェーハに対して酸素析出物を成長させる熱処理を施す（ステップ１１０）。
【００４５】
ここで、バルク中に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、例えば６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間の熱処理を施すことができる。また、デバイスプロセス等の熱処理が施された場合に検出される酸素析出物の密度を１×１０9／ｃｍ3以上とするには、例えば６５０℃／６時間の熱処理を施すことができる。上記の図２に示したエピ工程前の熱処理の条件、及び図３に示したエピ工程後の熱処理の条件は、上記した例に限定されるものではなく、その目的が達成されれば、如何なる条件でも構わない。
【００４６】
以上に述べたように、本発明によれば、熱処理時間を長くすることなく、すなわち生産性を低下させることなく、優れたＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを提供することができる。
【００４７】
【実施例】
以下に本発明について具体的な実験例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４８】
（実験例１）
直径８インチ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約０．０１５〜０．１Ω・ｃｍのＣＺ法で育成されたＳｂ添加シリコン単結晶から作製された鏡面ウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は約１８ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）である。それらのウェーハに対してエピ工程前の熱処理を施した。熱処理条件は、１１００℃／２時間＋６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間である。次に、熱処理後のウェーハを洗浄した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。
【００４９】
そのエピウェーハについて、如何なる熱処理も施さずに、酸素析出物の密度を光散乱法の１つである赤外散乱トモグラフ法（以下、ＬＳＴと呼ぶことがある。）により測定した。ＬＳＴによれば、直径４０ｎｍ程度以上のサイズの酸素析出物を検出することができる。
【００５０】
図４は、基板抵抗率と析出物密度との関係を示す。基板抵抗率が約０．０４Ω・ｃｍより低い場合には、基板抵抗率の低下に伴い析出物密度が低くなっている。すなわち、Ｓｂ添加により酸素析出が抑制されている。しかし、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上の場合には、析出物密度が基板抵抗率に依存することなくほぼ一定となっている。この結果から、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上であれば、Ｓｂ添加基板であっても酸素析出が抑制されないことがわかる。尚、基板抵抗率が０．０８〜０．５Ω・ｃｍ、あるいはそれ以上の場合にＳｂ添加による酸素析出抑制効果ははたらかないので、０．０４〜０．０８Ω・ｃｍの場合と同等レベルの酸素析出物密度が得られる。
【００５１】
（実験例２）
上記実験例１で準備したウェーハにおいて、エピ工程前の熱処理を施さずに約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。そのエピウェーハに６５０℃／６時間の熱処理を施した。その後、潜在している小さい酸素析出物を大きく成長させるために、デバイスプロセスを模擬した１０００℃／６時間の熱処理を施した後に、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【００５２】
図５は、基板抵抗率と析出物密度との関係を示す。基板抵抗率が約０．０４Ω・ｃｍより低い場合には、基板抵抗率の低下に伴い析出物密度が低くなっている。しかし、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上の場合には、析出物密度が基板抵抗率に依存することなくほぼ一定となっている。この結果から、基板抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上であれば、Ｓｂ添加基板であっても酸素析出が抑制されないことがわかる。
【００５３】
以上のように、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いれば、Ｓｂ添加により酸素析出が抑制されることがほとんどないことから、熱処理時間を長くすることなく、優れたＩＧ能力を付加できることがわかった。つまり、優れたＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを生産性を低下させることなく得ることができる。
【００５４】
（比較例１）
直径８インチ、結晶方位＜１００＞、抵抗率約１０Ω・ｃｍのＣＺ法で育成された燐添加シリコン単結晶から作製された鏡面ウェーハを準備した。ウェーハの酸素濃度は約１８ｐｐｍａである。その他の実験条件は、実験例１とまったく同じ条件とした。すなわち、そのウェーハに対してエピ工程前の熱処理を施した。熱処理条件は、１１００℃／２時間＋６５０℃／６時間＋１０００℃／６時間である。次に、熱処理後のウェーハを洗浄した後、約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。そのエピウェーハにおいて、如何なる熱処理も施さずに、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【００５５】
その結果、析出物密度は５×１０9／ｃｍ3となり、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いた場合とほぼ同じであることがわかった。
【００５６】
（比較例２）
比較例１と同様な鏡面ウェーハを準備した。その他の実験条件は、実験例２とまったく同じ条件とした。すなわち、エピ工程前の熱処理を施さずに約１１００℃のエピタキシャル成長により約５μｍの厚みのシリコン単結晶層を堆積させてエピウェーハとした。そのエピウェーハに６５０℃／６時間の熱処理を施した。その後、潜在している小さい酸素析出物を大きく成長させるために、デバイスプロセスを模擬した１０００℃／６時間の熱処理を施した後に、酸素析出物の密度をＬＳＴにより測定した。
【００５７】
その結果、析出物密度は４×１０9／ｃｍ3となり、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂ添加基板を用いた場合とほぼ同じであることがわかった。
【００５８】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のＳｂが添加されたシリコンウェーハを基板として用いることにより、生産性を低下させることなくＩＧ能力が付加されたＳｂ添加基板を用いたエピウェーハを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によって製造されるシリコンエピタキシャルウェーハの一つの実施の形態を示す断面的説明図である。
【図２】 本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の工程順の一例を示すフローチャートである。
【図３】 本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の工程順の他の例を示すフローチャートである。
【図４】 実験例１における基板抵抗率と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【図５】 実験例２における基板抵抗率と酸素析出物密度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：シリコンエピタキシャルウェーハ、１２：ｎ型シリコン基板、１４：ｎ型シリコンエピタキシャル層。
Claims (2)
- ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板を準備する工程と、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程とを有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行った後、該ｎ型シリコン基板表面に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行い、該エピタキシャル層成長工程後に該ｎ型シリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であり、前記ｎ型シリコン基板の酸素濃度が１６ｐｐｍａ以上であり、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハがＣＣＤを製造する基板として用いられるものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
- ドーパントとしてアンチモンが添加され抵抗率が０．０４Ω・ｃｍ以上のｎ型シリコン基板を準備する工程と、前記ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程と、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程とを有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ｎ型シリコン基板表面上に該ｎ型シリコン基板よりも高抵抗率のｎ型シリコンエピタキシャル層を成長させる工程を行った後、該ｎ型シリコン基板中の酸素析出物を成長させる熱処理を行う工程を行い、該熱処理工程後に該ｎ型シリコン基板中に検出される酸素析出物の密度が１×１０９／ｃｍ３以上であり、前記ｎ型シリコン基板の酸素濃度が１６ｐｐｍａ以上であり、かつ前記シリコンエピタキシャルウェーハがＣＣＤを製造する基板として用いられるものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
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