(57)【要約】【課題】転位の発生を抑制可能なエピタキシャルシリコンウェーハを製造効率の低下を招くことなく製造できるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供すること。【解決手段】エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、炭素濃度が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成工程と、シリコンウェーハを熱処理し、シリコンウェーハからの外方拡散を利用してエピタキシャル膜表面の炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上に設定する炭素濃度設定工程とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素濃度が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成工程と、
前記シリコンウェーハを熱処理し、前記シリコンウェーハからの外方拡散を利用して前記エピタキシャル膜表面の炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上に設定する炭素濃度設定工程とを備えていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記炭素濃度設定工程後の前記エピタキシャル膜表面に、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａの膜応力を生じる歪み層を形成する歪み層形成工程を備えていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記炭素濃度設定工程は、前記熱処理の温度Ｘ（℃）が９００℃以上１４００℃以下、前記熱処理の時間Ｙ（分）が５分以上であり、前記エピタキシャル膜の膜厚をＡ（μｍ）、前記シリコンウェーハの炭素濃度をＢ（×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）としたときに、以下の式（１）を満たすように、前記熱処理を行うことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
Ｙ≧５．０９×１０８１×Ｘ−２６．３９×Ａ２．２１×Ｂ−１．１３  …  （１）
【請求項４】
シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハであって、
前記エピタキシャル膜表面の炭素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３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ェーハ。
【請求項５】
請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記エピタキシャル膜表面に、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａの膜応力を生じる歪み層が設けられていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記エピタキシャル膜表面の炭素濃度が３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項７】
請求項４から請求項６のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハの酸素濃度が１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＡＳＴＭ  １９７９）であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、および、エピタキシャルシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【０００２】
微細化が進むシリコンデバイスでは、デバイス特性の向上策として、デバイス活性層であるウェーハ表面近傍に歪みが付加されることがある。
例えば、単結晶シリコン基板上にＳｉＧｅ層をエピタキシャル成長させて、当該ＳｉＧｅ層の上に歪みＳｉ層をエピタキシャル成長させた歪みシリコンウェーハや、ＳｉＧｅ層に換えて表面を窒化したウェーハや、ＳＯＩウェーハが提案されている。
【０００３】
上記歪みＳｉ層には、Ｓｉに比べて格子定数が大きいＳｉＧｅ層によって、引っ張り歪みが生じており、この歪みによってＳｉのバンド構造が変化し、縮退が解けてキャリア移動度が高まる。このため、この歪みＳｉ層をチャネル領域として用いることによって、通常のバルクシリコンを用いた半導体基板の場合と比べて、１．５倍以上のキャリア移動の高速化が可能となる。したがって、歪みシリコンウェーハは、高速ＭＯＳＦＥＴ、ＭＯＤＦＥＴ、ＨＥＭＴ等に好適である。
【０００４】
しかし、歪みシリコンウェーハでは、ウェーハ表面近傍に付加される歪みによって発生する膜応力が非常に大きいため、この歪みからウェーハ表面側に向けて転位が発生することがある。そこで、このような転位を抑制するための検討がなされている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００５】
特許文献１に記載の方法では、エピタキシャル成長後に酸素濃度設定熱処理を行い、バルクからの外方拡散と表面酸化膜からの内方拡散とを利用して、エピタキシャル膜表面の酸素濃度を高めることで強度向上を図っている。
【０００６】
特許文献２に記載の方法では、ボロンが添加されたシリコンウェーハにエピタキシャル膜を形成した後、９００℃未満の温度で熱処理することで、ボロンによるエピタキシャル膜への酸素の増速拡散作用を生じさせ、エピタキシャル膜表面の酸素濃度を高めることで強度向上を図っている。
【０００７】
特許文献３に記載の方法では、エピタキシャル成長後にエピタキシャル膜上に窒化膜を形成し、この窒化膜からの内方拡散を利用してエピタキシャル膜表面の窒素濃度を高めることで強度向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−７００９１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１６２５２２号公報
【特許文献３】特開２０１８−６０９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、近年三次元デバイス構造の採用によりエピタキシャル膜に付加される応力が増加しており、特許文献１，２のような酸素濃度を高める方法では、十分な強度を得られないおそれがある。
また、特許文献３のような窒素濃度を高める方法では、エピタキシャルシリコンウェーハ表面から窒化膜を除去する必要があり、製造効率が低下するおそれがある。また、窒素はシリコン中の拡散速度が速いため、デバイス工程の熱処理条件によっては窒素がエピタキシャルウェーハ表面から雰囲気中に脱離してしまい、十分な強度が得られない場合がある。
【００１０】
本発明の目的は、転位の発生を抑制可能なエピタキシャルシリコンウェーハを製造効率の低下を招くことなく製造できるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、および、転位の発生を抑制可能なエピタキシャルシリコンウェーハを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、エピタキシャル膜表面の炭素濃度を高くすると、歪み層の形成により膜応力が発生しても、転位の発生を抑制できることを見出した。そして、この理由を以下のように推測した。
エピタキシャル膜に歪み層が形成されると、このときの膜応力により、まず、歪み層とエピタキシャル膜との界面で小さな転位が発生し、その後、この小さな転位がエピタキシャル膜に伸展すると考えられる。そこで、エピタキシャル膜の炭素濃度を高くすると、上記界面の小さな転位に炭素が固着し、この固着によりエピタキシャル膜への転位の伸展が抑制されると推測した。
本発明は、上記知見に基づき完成されたものである。
【００１２】
すなわち、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、炭素濃度が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成工程と、前記シリコンウェーハを熱処理し、前記シリコンウェーハからの外方拡散を利用して前記エピタキシャル膜表面の炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上に設定する炭素濃度設定工程とを備えていることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、エピタキシャル膜表面の炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上に設定することで、エピタキシャル膜に歪み層が形成されても転位発生を抑制可能なエピタキシャルシリコンウェーハを製造できる。また、シリコンウェーハからの外方拡散を利用してエピタキシャル膜表面の炭素濃度を高めるため、上記特許文献３のようなエピタキシャルシリコンウェーハ表面上の膜を除去する処理を行う必要がなく、製造効率の低下を招くことがない。また、炭素はシリコン中の拡散係数振動数因子（Ｄ０）が窒素と比較して３分の１程度小さいため、デバイス工程の熱処理時に雰囲気中への脱離が起こりにくい。
なお、本発明におけるエピタキシャル膜表面の炭素濃度とは、二次イオン質量分析装置（ＳＩＭＳ）でデプスプロファイルを測定した炭素濃度のうち、深さ８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の位置、好ましくは１００ｎｍの位置におけるものを意味する。これは、ＳＩＭＳ測定においては、シリコンウェーハ最表面においては試料汚染の影響により炭素濃度を測定できないためこれを排除するとともに、外方拡散による影響を正確に判定するという目的による。
【００１４】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、前記炭素濃度設定工程後の前記エピタキシャル膜表面に、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａの膜応力を生じる歪み層を形成する歪み層形成工程を備えていることが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、キャリア移動の高速化が可能かつ転位の発生が抑制されたエピタキシャルシリコンウェーハを製造できる。
【００１６】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、前記炭素濃度設定工程は、前記熱処理の温度Ｘ（℃）が９００℃以上１４００℃以下、前記熱処理の時間Ｙ（分）が５分以上であり、前記エピタキシャル膜の膜厚をＡ（μｍ）、前記シリコンウェーハの炭素濃度をＢ（×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）としたときに、以下の式（１）を満たすように、前記熱処理を行うことが好ましい。
Ｙ≧５．０９×１０８１×Ｘ−２６．３９×Ａ２．２１×Ｂ−１．１３  …  （１）
【００１７】
本発明によれば、上記式（１）を用いるだけの簡単な方法で、エピタキシャル膜表面の炭素濃度を、歪み層が形成されても転位発生を抑制可能なレベルまで高めることができる。
【００１８】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記エピタキシャル膜表面の炭素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であることを特徴とする。
【００１９】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記エピタキシャル膜表面に、１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａの膜応力を生じる歪み層が設けられていることが好ましい。
【００２０】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記エピタキシャル膜表面の炭素濃度が３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、デバイス工程での長時間や高温の熱処理による炭素起因の欠陥が、エピタキシャル膜に発生することを抑制できる。
【００２２】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記シリコンウェーハの酸素濃度が１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＡＳＴＭ  １９７９）であることが好ましい。
【００２３】
シリコンウェーハの酸素濃度が１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の場合、エピタキシャル膜の十分な強度を得られないおそれがあり、１７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超える場合、エピタキシャル膜において酸素起因の欠陥が発生するおそれがある。
本発明によれば、上記不具合の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエピタキシャルシリコンウェーハの断面図。
【図２】前記エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すフローチャート。
【図３】前記エピタキシャルウェーハが供されるデバイス工程で歪み層が形成された半導体基板の一例を示す説明図。
【図４】本発明の実施例における実験例１の炭素濃度設定工程を９５０℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図５】前記実験例１の炭素濃度設定工程を１０００℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図６】前記実験例１の炭素濃度設定工程を１０５０℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図７】前記実験例１の炭素濃度設定工程を１１００℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図８】前記実施例における実験例２の炭素濃度設定工程を１０００℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図９】前記実験例２の炭素濃度設定工程を１０５０℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図１０】前記実験例２の炭素濃度設定工程を１１００℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図１１】前記実施例における実験例３の炭素濃度設定工程を１０５０℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図１２】前記実験例３の炭素濃度設定工程を１１００℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図１３】前記実験例３の炭素濃度設定工程を１１５０℃の熱処理温度で行った場合のシリコンウェーハの炭素濃度と熱処理時間と転位発生の有無との関係を示すグラフ。
【図１４】前記実施例に係るエピタキシャルシリコンウェーハの炭素濃度分布のシミュレーション結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
［エピタキシャルシリコンウェーハの構成］
図１に示すように、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷは、シリコンウェーハＷＦと、このシリコンウェーハＷＦの表面に設けられたエピタキシャル膜ＥＰとを備えている。
【００２６】
エピタキシャル膜ＥＰの膜厚Ａは、０．１μｍ以上２０μｍ以下が好ましい。０．１μｍ以上が好ましい理由は、一般的に、ＳＴＩ構造がエピタキシャル膜ＥＰの表面から深さ０．１μｍ以上の位置に形成されるためである。また、２０μｍ以下が好ましい理由は、２０μｍを超えるような厚さの場合、シリコンウェーハＷＦとエピタキシャル膜ＥＰとの結晶格子不整合による、そりの膜応力への影響が表面で大きくなり、炭素の外方拡散による転位の抑制効果が低減してしまう可能性が考えられるためである。なお、膜厚Ａは、３μｍを超え１０μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００２７】
エピタキシャル膜ＥＰの表面の炭素濃度は、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下が好ましい。シリコン結晶の固溶限以下で炭素を導入することが好ましいが、エピタキシャル膜ＥＰにデバイス工程での長時間や高温の熱処理による炭素起因の欠陥が発生する場合もあるので、上記の濃度範囲とすることが好ましい。この炭素濃度の測定位置は、表面からの深さＤが８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の位置が好ましく、１００ｎｍの位置がより好ましい。
エピタキシャル膜ＥＰの炭素濃度は、当該エピタキシャル膜ＥＰの表面側ほど低くなっている。その理由は、後述するように、シリコンウェーハＷＦからの外方拡散を利用してエピタキシャル膜ＥＰに炭素を拡散させるからである。
【００２８】
シリコンウェーハＷＦの炭素濃度は、３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。炭素濃度が５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３を超えると、シリコン単結晶育成時に有転位化が発生して、単結晶化が困難になるおそれがあるからである。
シリコンウェーハＷＦの炭素濃度は、当該シリコンウェーハＷＦの外縁近傍において、エピタキシャル膜ＥＰ側ほど低くなっている。その理由は、シリコンウェーハＷＦからの外方拡散を利用してエピタキシャル膜ＥＰに炭素を拡散させるからである。
【００２９】
シリコンウェーハＷＦの酸素濃度は、１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下（ＡＳＴＭ１９７９）であることが好ましい。酸素濃度を上記範囲に設定することで、エピタキシャル膜ＥＰの十分な強度を得られ、エピタキシャル膜ＥＰにおいて酸素起因の欠陥の発生を抑制できる。
【００３０】
［エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法］
図２に示すように、上記特性を有するエピタキシャルシリコンウェーハＥＷの製造方法は、シリコン単結晶製造工程Ｓ１と、ウェーハ準備工程Ｓ２と、エピタキシャル膜形成工程Ｓ３と、炭素濃度設定工程Ｓ４と、歪み層形成工程Ｓ５と、熱処理工程Ｓ６とを備えている。
なお、歪み層形成工程Ｓ５、熱処理工程Ｓ６のうち、少なくとも１つの工程を行わなくてもよい。
【００３１】
シリコン単結晶製造工程Ｓ１は、ＣＺ（チョクラルスキー）法や、ＭＣＺ（磁場印加チョクラルスキー）法などによって、炭素濃度が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のシリコン単結晶を引き上げる。このような炭素が添加されたシリコン単結晶の製造方法としては、例えば、ポリシリコンに炭素成分としてグラファイト粉を塗布し、このポリシリコンを用いて生成されたシリコン融液から、シリコン単結晶を引き上げることが例示できる。
【００３２】
ウェーハ準備工程Ｓ２は、シリコン単結晶製造工程Ｓ１で製造されたシリコン単結晶を、スライス、面取り、研削、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄、ＤＫ（ドナーキラー）等の熱処理等のうち、必要な工程によって表面が鏡面研磨されたシリコンウェーハＷＦを準備する。
【００３３】
エピタキシャル膜形成工程Ｓ３は、所定の膜厚Ａのエピタキシャル膜ＥＰをシリコンウェーハＷＦに成膜して、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷを得る。この際、トリクロロシラン等のガス雰囲気で、１１５０℃以上１２８０℃以下の処理条件で成膜を行う。なお、ボロン、リン等の必要なドーパントを添加することもできる。
【００３４】
炭素濃度設定工程Ｓ４は、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷをアルゴン雰囲気で熱処理し、シリコンウェーハＷＦからの外方拡散を利用してエピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度を設定する。
炭素濃度設定工程Ｓ４において、熱処理の温度Ｘ（℃）が９００℃以上１４００℃以下、熱処理の時間Ｙ（分）が５分以上であり、エピタキシャル膜ＥＰの膜厚をＡ（μｍ）、シリコンウェーハＷＦの炭素濃度をＢ（×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）としたときに、以下の式（１）を満たすように、熱処理を行うことが好ましい。
Ｙ≧５．０９×１０８１×Ｘ−２６．３９×Ａ２．２１×Ｂ−１．１３  …  （１）
【００３５】
以上の炭素濃度設定工程Ｓ４によって、エピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上に設定される。このとき、炭素起因の欠陥発生抑制の観点から、エピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度を３．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に設定することが好ましい。
なお、熱処理の時間Ｙは、製造効率の低下抑制の観点から、１８００分以下であることが好ましい。
【００３６】
熱処理方式は、エピタキシャル膜ＥＰの炭素濃度が上述の範囲に設定可能であれば、縦型炉によるバッチ式の処理や、枚葉炉における急速加熱・急速冷却熱処理等、いずれの方式であってもよい。熱処理の雰囲気ガスは、アルゴン、アンモニア、および水素のいずれか、または二つのガスの混合であってもよい。
【００３７】
歪み層形成工程Ｓ５は、エピタキシャル膜ＥＰ表面に１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａの膜応力を生じる歪み層を形成する。
歪み層は、エピタキシャル膜ＥＰ表面に部分的に形成され、デバイスの一部分となる。具体的には、歪み層は、図３に示すように、ゲート領域ＧＴの直下を除いて、ソース領域ＳＣ，ドレイン領域ＤＲとして形成され、矢印ＴＥで示すＥＰ表面の面方向に膜応力を生じるＳｉＧｅ膜、ＳｉＣ等で構成されている。歪み層は、膜応力を発生するものであれば、図３に示す構成に限定されるものではなく、またその形成方法も特に限定されるものではない。
なお、歪み層形成工程Ｓ５はデバイス工程に含まれてもよく、本実施形態におけるエピタキシャルシリコンウェーハＥＷは、このようなデバイス工程に供される。
【００３８】
熱処理工程Ｓ６は、例えばデバイス工程における熱処理とほぼ同じ条件で行われる。エピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度が上述した範囲に設定されているため、この熱処理工程Ｓ６において、歪み層により１０ＭＰａ以上１０００ＭＰａの膜応力が生じた場合でも、転位が発生することを抑制できる。
【００３９】
［実施形態の作用効果］
上述したように、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷにおけるエピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にしたため、エピタキシャル膜ＥＰに歪み層が形成されても転位発生を抑制できる。また、エピタキシャルシリコンウェーハ表面から膜を除去する処理を行う必要がなく、製造効率の低下を招くことがない。
さらに、歪み層形成時の転位発生を抑制するために、エピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度を所定値以上に設定している。炭素は窒素よりも拡散速度が遅いため、デバイス工程の熱処理時にエピタキシャル膜ＥＰから雰囲気中に脱離しにくい。また、エピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度設定にシリコンウェーハＷＦからの外方拡散を用いるため、デバイス工程の熱処理の時間が長かったり温度が高かったりすることによって、炭素がエピタキシャル膜ＥＰから抜けても、シリコンウェーハＷＦからエピタキシャル膜に炭素が供給されて、エピタキシャル膜ＥＰ表面の炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上に維持することができる。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４１】
［サンプルの製造方法］
〔実験例１〕
チョクラルスキー法（ＣＺ法）により、炭素濃度が３．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、外周研削後の直径が３００ｍｍになるシリコン単結晶を製造し、このシリコン単結晶からシリコンウェーハを切り出した。このシリコンウェーハに鏡面加工を施し、１１５０℃程度の温度で、エピタキシャル膜を２μｍの厚さに成長させた。
その後、縦型炉を用いて、アルゴン雰囲気で表１に示す条件の熱処理（炭素濃度設定工程）を実施し、同表に示す条件の実験例１のエピタキシャルシリコンウェーハを得た。
【００４２】
〔実験例２，３〕
エピタキシャル膜を４μｍの厚さに成長させたこと以外は、実験例１と同様のプロセスにより、表２に示す条件の実験例２のエピタキシャルシリコンウェーハを得た。
エピタキシャル膜を６μｍの厚さに成長させたこと以外は、実験例１と同様のプロセスにより、表３に示す条件の実験例３のエピタキシャルシリコンウェーハを得た。
【００４３】
［評価］
〔エピタキシャル膜表面の炭素濃度〕
実験例１〜３のプロセスにより準備したエピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル膜表面、具体的には、エピタキシャル膜表面から深さ１００ｎｍの位置での炭素濃度をＳＩＭＳにより測定した。
その結果を表１〜３に示す。
【００４４】
〔エピタキシャルシリコンウェーハの転位発生抑制効果〕
実験例１〜３のエピタキシャルシリコンウェーハに対し、応力負荷試験を行った。
まず、エピタキシャルシリコンウェーハから、長さ３ｃｍ、幅１．５ｃｍ程度の測定用サンプルを切り出した。次に、測定用サンプルの表面（エピタキシャル膜の表面）側に、深さ１００ｎｍ、幅５０μｍ、長さ１ｍｍのライン状のくぼみを形成した。そして、測定用サンプルを支点間距離２ｃｍ、試験温度８００℃にて３点曲げ試験を実施した。この際、２Ｎの荷重を加え、測定用サンプルの表面側に引張応力を作用させた。
その後、室温まで冷却した測定用サンプルに対し、ライトエッチングを１μｍ程度実施し、ライン状くぼみから発生した転位ピットの有無を光学顕微鏡により観察した。
その結果を表１〜３に示す。なお、転位ピットが検出された場合を「ＮＧ」と表記し、検出されなかった場合を「ＯＫ」と表記した。
【００４５】
【表１】
2020155679.tif 000003
【００４６】
【表２】
2020155679.tif 000004
【００４７】
【表３】
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【００４８】
表１〜３に示すように、エピタキシャル膜表面での炭素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満の全ての条件で、転位ピットが検出されており、１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の全ての条件で、転位ピットが検出されなかった。
これは、シリコンウェーハ表面に形成したライン状くぼみに、３点曲げ試験により応力を負荷した際に、そこに応力が集中して転位が発生するが、炭素濃度が高い場合には、応力集中部で転位発生の臨界応力が増大し、その結果、転位発生が抑制されたためと考えられる。
以上のことから、エピタキシャル膜表面での炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることで、転位発生を抑制できることが確認できた。
また、エピタキシャル膜表面の炭素濃度設定に外方拡散を用いることで、仮に、デバイス工程における熱処理などでエピタキシャル膜表面の炭素が外方拡散で抜けた場合であっても、シリコンウェーハからエピタキシャル膜に炭素が供給されるため、所望の強度を得ることができ、その結果、転位発生を抑制できると考えられる。
【００４９】
〔炭素濃度設定工程における熱処理条件の数式化〕
実験例１〜３のエピタキシャルシリコンウェーハについて、図４〜１３に示すように、炭素濃度設定工程におけるシリコンウェーハの炭素濃度Ｂと熱処理時間Ｙとの関係をグラフ化した。このグラフ化に際し、３点曲げ試験結果が「ＮＧ」の場合を「×」で示し、「ＯＫ」の場合を「○」で示した。
そして、実験例１，２，３のそれぞれのエピタキシャル膜の膜厚Ａ（μｍ）を２，４，６として、「ＯＫ」と「ＮＧ」との境界を表す近似曲線を求めたところ、以下の式（２）が得られ、上記近似曲線よりも下側が「ＮＧ」の範囲で、上側が「ＯＫ」の範囲となった。
Ｙ＝５．０９×１０８１×Ｘ−２６．３９×Ａ２．２１×Ｂ−１．１３  …  （２）
このことから、上記式（１）を満たすように、炭素濃度設定工程における熱処理を行うことで、エピタキシャル膜表面での炭素濃度を１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上にすることができることが分かった。
【００５０】
〔エピタキシャル膜中の炭素分布〕
エピタキシャル膜の炭素は、シリコンウェーハから拡散したものである。このため、エピタキシャル膜表面の炭素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上のエピタキシャルシリコンウェーハについては、エピタキシャル膜の厚さ方向全域で、炭素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であると推定できる。
表４に示す条件１〜５で作成したエピタキシャルシリコンウェーハの炭素濃度分布を、
ＳＩＭＳで測定したところ、図１４に示すように、炭素濃度設定工程後におけるエピタキシャル膜の炭素濃度は、エピタキシャル膜表面が最も低く、シリコンウェーハに近づくにしたがって高くなることが確認できた。
【００５１】
【表４】
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【符号の説明】
【００５２】
ＥＰ…エピタキシャル膜、ＥＷ…エピタキシャルシリコンウェーハ、ＷＦ…シリコンウェーハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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