JPS62128531A - シリコン基板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はシリコン基板の構造に関するもので。

シリコンウェーハに、イントリンシックゲッタリングを
利用して表面無欠陥層を形成することに関するものであ
る。

（従来の技術） シリコンデバイスを製造するプロセスで、つ工−ハは様
々な環境にさらされ、このことが汚染に結びつく◎不純
物が活性領域に存在すると、デバイスの動作が妨げられ
、歩留まシが低下する。

表Ｉ層である活性領域から不純物を除去するのに、シリ
コンウェーハ内部にそれらをトラップするイントリンシ
ックゲッタリング技術が用いられる◎イントリンシック
ゲッタリング技術では、シリコンウェーハ内部にゲッタ
リングサイトとなる別ＯＫ複合体を形成する。そして、
表面にはデバイス活性領域となる無欠陥層を形成する。

無欠陥領域は、ウェーハに無欠陥プロセスを施すことに
よって形成できる０このプロセスでは。

酸；Ｘ原子がウェーハ表面から外向き拡散し、その、結
果、表面無欠陥領域が得られる。−立窯欠陥層が形成で
きると、その後の熱処理工程によって、ウェーハ内部の
みに、５ＩＯｘ析出核発生とその成長と行なうことがで
きる口 このようにして得られたイントリンシックゲッタリング
済みウェーハの表面から深さ方向の構成は、厚さ１０〜
３０μｍの表面無欠陥層と厚さ４００μｍ程度の基板ゲ
ッタリング領域である。イントリンシックゲッタリング
技術にお１／−ｈては熱処理条件の選択と共に、適切な
酸素濃度を有する基板を用いることが重要である◎ （発明が解決しようとする問題点） イントリンシックゲッタリングにおいては、適切な熱処
理条件とウェーハ中のｒＲ素濃度が必要であるが、実際
には、目的とするデバイスによって決定されるデバイス
プロセスで熱処理条件が決まってしまう０そして、その
条件によってゲッタリングサイトを形成するためのウェ
ーハ中のｒＲ素虚度が決定される。従って、有効なイン
トリンシックゲッタリング全行なうためには％哨密に１
制御された酸素一度全有するウェーハ全相いる必要があ
る。

しかしながら、通常のシリコンインゴットから切や出さ
几るウェーハ中の酸素５度は、切り−される場所によっ
て異なる。従って、１４：のインゴットから取れるその
デバイスをつくるために使えるウェーハの盪は僅かしか
なく、イントリンシックゲッタリングを用いることはウ
ェーハコストの増大をもたらすロインゴツトの酸素濃度
を一様にするために、結晶成長中に酸素ａ度をｉ！Ｊ’
ｌ　＠ＩＩすることができるが、ウェーハコストの上昇
をもたらすことに変わりない◎ デバイスプロセスによる熱処理条件１ｃ関係なくゲッタ
リングサイトを形成することもできる。それには、プロ
セスに投入する前に熱処理してゲッタリングサイトをあ
らかじめ形成しておけばよいが、新たなプロセスを付は
加えることになるので。

ウェーハコストの上昇は避けられない◎更に、ゲッタリ
ングサイトの形成はドーパントに依存する。これは、ド
ーパントによってウェーハ中に存在する点欠陥の種類と
密度が異なり、それらが８　ｉ０ｘ複合体の形成条件を
変えるからであるロゲッタリングサイトが最も形成され
やすいドーパントはボロンで、次いでリン、砒素、そし
てアンチモンは最もゲッタリングサイトが形成されにく
い口このことは、ソフトエラ一対策として有効なＮ０基
板でゲッタリング効果が弱いという問題があった口また
、従来の熱処理によりて形成する表面無欠陥層の厚さは
、酸素濃度を急峻にできないので、どうしても１０μｍ
以上必要であり、デバイス活性層とブックリング層とを
近接して置くことができない口 本発明は以上のような問題点を解決し、基板中の酸素濃
度に関係なく、またドーパントの種類や濃度に関係なく
インドリノシックゲッタリング効果をもたらすことを目
的とするものである◎（問題点を解決するだめの手段） 本発明によれば、酸素を２〜３０　Ｘ　ｌ　０１７ｃｍ
−”の濃度で含むシリコンエピタキシャル成長層（以下
エピタキシャルゲッタリング層と称する）を有すること
を特徴とするシリコン基板が得られる口さらに本発明に
よれば１表面から深さ方向のヤＲ造が、厚さ３０μｍ以
下の実質的にｃＲ素を含まないシリコン単結晶層、厚さ
１０〜３０μｍのエピタキシャルゲッタリング層、そし
てバルクシリコンウェーハからなり、前記エピタキシャ
ルゲッタリング層の酸素濃度が２〜３０Ｘ１０　−　で
あることを特徴とするシリコン基板が得られる◎さらに
本発明によればバルクシリコンｆ）ｘ−ハ上にエピタキ
シャル成長する際に、酸素をドープするために亜酸化窒
素をドーピングガスとすることを特徴とするシリコン基
板の製造方法が得られる０ （作　用） エピタキシャル成長では高純度々単結晶ａあるいはキャ
リアの種類とその濃度を制御した単結晶膜が得られるか
ら１通常のイントリンシックゲッタリング技術で得られ
る無欠陥層と同様のデバイス領域が得られる◎ ｔ９素をドープしたエピタキシャル成長層は、それぞれ
のデバイスプロセスの熱過程で十分な内部欠陥ができる
ように、酸素およびドーパント濃度を制御して形成され
る。この層はゲッタリング層として、表面からの汚染原
子を吸収する。このようＫしてゲッタリング層を形成し
その上に実質的に酸素を含まない単結晶層をエビ成長す
るかあるいは熱処理して表面の酸素をアウトディフェー
ズさせそこにデバイスを形成すれば、従来よシブバイス
層とゲッタリング層とを近接してつくることができるの
で、有効なゲッタリング効果をもたらすことができる・ ここで実質的に酸素を含まないとは、全く含まないかゲ
ッタリングサイトが形成されない程度に低濃度にしか含
まないという意味であるクシリコン中の酸素の固溶限界
は１６ｏｏ℃で約４Ｘ１０　　ｃｍ　　、１２００℃で
約１４　Ｘ　１０１７ｃｍ−３であり、デバイスプロセ
スによっては、単にドーピングしただけではゲッタリン
グに十分な酸素を固溶させることができないこともある
口しかし、このエピタキシャル成長温度は５ＩＯｘが核
発生し成長　　。

する温度でもあるので、エピタキシャル成長中に固溶限
界以上の酸素を膜中に入れることができる。

このようにして、どのようなデバイスプロセス条件でも
十分なゲッタリング効果を得ることができる。酸素とと
もにボロンあるいはリンのドーパントを入れることは、
デバイスプロセスの熱過程がゲッタリングサイトの形成
に不十分なとき、　Ｓ　ｉＯｘ複合体の形成を促進する
それらのドーパントを入れることは有効である０ エピタキシャルゲッタリング層の厚さは、エピタキシャ
ル成長で形成する関係から、１０μｍ〜３０μｍ程度が
適切である口この程度のゲッタリング層でも、厚さ３０
μｍ以下の表面無欠陥層を維持するには十分である。勿
論、プロセス起因の汚染が激しい場合には、エピタキシ
ャル成長時間を長くしてゲッタリング層を厚くすればよ
い。薄い表面無欠陥層でよい場合には、ゲッタリング層
の厚さも薄くてよい・実用上１表面無欠陥層の厚さはせ
いぜい３０μｍもあれば十分である。

これらのエピタキシャル成長の下のバルクウェーハは単
なる支持体の場合もあるし、特定のデバイスで要求され
る高濃度ウェーハの場合もある。

以上のような基板の表面無欠陥層に形成されたデバイス
はプロセス起因の欠陥がなく、高い良品率で動作する口 （実施例） 〔実施例−〕 本発明によるエピタキシャルゲッタリング層を有する基
板の製造方法を実施例として示す。成長装置はシリンダ
タイプの輻射加熱減圧エピタキシャル成長装置を用いた
。通常のＣＺｐ−（１００）ウェーハをまずブランソン
洗浄し、サセプタにチャージしてから、水素中で昇温し
、１１５（ｌで５分間）ＩＣ／ガスエツチングした・次
に、ソースガスをジクロルシラン、ドーピングガスをＮ
、０とし、温度１０８０℃、圧力８０　Ｔｏｒｒで２０
　ｐｍのエピタキシャル成長を行ったｏ−？ヤリアガス
の水素は１２０／／ｍｉｎ、ジクロルシランは５００　
ｃｃ／ｒｎｉｎ　、で膜中の酸Ｊｇ濃度を１５Ｘ１０　
ｃｍ　　になるようにドーピングガスを制御した。この
値は酸素の固溶限界よシ大きいので内部にはＳｉＯ９合
体が形成される。

デバイス活性１５の形成のために、上記エビタキ・シャ
ル成長層の上に、＋Ｘ２素を含まないエピタキシャル成
長を行った。このときの成長方法は２ｉＪｌ常のエピタ
キシャル成長方法でよいが、酸素の拡散を防ぐため成長
温度はできるだけ低い方がよい。本実験ではソースガス
としてＳｉＨ，を用い％ＬＡ反二度９００℃で５μｍの
エピタキシャル成長を行ったコこのような２段エピタキ
シャル成長ｆｉ：を用いると全体のエピタキシャル成長
膜厚を薄くできると共に、急峻な酸素濃度プロファイル
を得ることができる利点があるロ一方コストを下げるた
め：・ζエピタキシャル成長を１回ですませることもで
きる口そのためには１回目のエピタキシャル成長でその
厚さを十分に厚くすればよい。その後、いわゆる■０熱
処理と同様な方法で表面近Ωのｄｆｆｉとアクトディフ
轟−ズさせればよいり但し、この場合、酸素濃度プロフ
ァイルが急峻でなくなることに江意する必要がある。

以上のようにして得られたエピタキシャルゲッタリング
層を有するシリコン基板の酸素濃度グロファイルをＳＩ
Ｍ３で測定した結果を第１図に示す。

ゲッタリングサイトの形成にｒｉ、酸素濃度が１４１４
−１７ＸＩＣ１であることが最適であるが、本実施例に
よるエピタキシャルゲッタリング層中には１５Ｘ１０ｍ
　　の酸素が含まれているので十分なＩＱ効果を得るこ
とができる０ゲツタリングサイトの形成を実用的な時間
内に行うにはｒＲ素濃度が２〜３０×１０　ｅｙＲの範
囲にあることが必要であるＯ また本実施例ではドーピングガスとして、　ＮｔＯを用
いたが、他にＨ，０，Ｎｏ、　ＮＯ□０．を用すること
ができるロノースガスとしてジクロルシランの他に、テ
トラクロルシラン、トリクロルシ２ン、ジシランを用い
ることができる０更に、ＣＶＤの他にＭ　Ｂ　ＥでもＢ
冨０ｓｔ−ドーピングソースとして酸素を含むエピタキ
シャル成長層を得ることができる。

（発明の効果） 本発明は、特定の１￥素濃度ウェーハ、特定のデバイス
グロ七スに対してしか有効でなかったイントリンシック
ゲッタリング技術と、それらの条件によらずに十分なゲ
ッタリング効果を得ることを可能にするもので、ウェー
ハコストの低減、デバイスの良品率向上、信頼性向上に
効果がち、！１ｌ１１その工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はＳＩＭ８で測定したｆＩＲＺＳ度プロファイル
を示す示である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素を２〜３０×１０＾１＾７ｃｍ＾−＾３の濃
   度で含むシリコンエピタキシャル成長層（以下エピタキ
   シャルゲッタリング層と称する）を有することを特徴と
   するシリコン基板。
2. （２）表面から深さ方向の構造が、厚さ３０μｍ以下の
   実質的に酸素を含まないシリコン単結晶層、厚さ１０〜
   ３０μｍのエピタキシャルゲッタリング層、そしてバル
   クシリコンウェーハからなり、前記エピタキシャルゲッ
   タリング層の酸素濃度が２〜３０×１０＾１＾７ｃｍ＾
   −＾３であることを特徴とするシリコン基板。
3. （３）バルクシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長
   する際に、酸素をドープするために亜酸化窒素をドーピ
   ングガスとすることを特徴とするシリコン基板の製造方
   法。