(57)【要約】本発明は、概して、高ドープシリコン基板と低いＮ−ドープシリコンエピタキシャル層とを有するエピタキシャルシリコンウェーハ中の酸素析出物を、基板内の既存の酸素クラスタおよび析出物を溶解することによって抑制する方法に関する。さらに、酸素析出物の生成は、次の酸素析出物熱処理で防止される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
エピタキシャル単結晶シリコンウェーハを製造する方法であって、
既存の酸素析出物を溶解するために、少なくとも１１５０℃の温度で高ドープ単結晶シリコン基板をアニーリングする工程であって、
前記高ドープシリコン基板は、チョクラルスキー法によって成長させたインゴットからスライスされ、前面および裏面と、前記前面と前記裏面とを接続する円周端面とを有し、ならびに約５ｍΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有している、アニーリング工程と、
前記エピタキシャルシリコンウェーハを形成するために、高速熱処理した前記高ドープシリコン基板の前記前面にＮ−シリコンエピタキシャル層を堆積する工程であって、前記エピタキシャル層は、約１０ｍΩ・ｃｍより大きな抵抗率を有する、堆積工程と、
前記高ドープシリコン基板を、アニーリング温度から室温まで冷却する冷却工程と、を含み、
前記高ドープ単結晶シリコン基板に均一濃度の空孔を導入するために、前記冷却工程中に
（i）前記アニーリング工程の雰囲気が制御されるか、あるいは、
（ii）前記冷却工程中に冷却速度が制御され、
前記均一濃度は、酸化析出物熱処理中に酸素析出物を触媒するのに不十分であることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記冷却工程は、前記堆積工程の後に行なわれることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記アニーリング工程の行なわれる雰囲気が酸素を含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記雰囲気は、少なくとも約１０００原子ｐｐｍの酸素分圧を含むことを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、わずか毎秒２０℃であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項６】
前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、わずか毎秒５℃であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項７】
前記アニーリング工程と前記堆積工程とが同じ装置の中で行なわれ、
前記冷却工程は、前記堆積工程の後に行なわれ、
前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、わずか毎秒２０℃であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
前記アニーリング工程と前記堆積工程とが同じ装置の中で行なわれ、
前記冷却工程は、前記堆積工程の後に行なわれ、
前記アニーリング温度から前記空孔が実際に不動になる温度までの前記冷却速度は、わずか毎秒５℃であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記高ドープシリコン基板の冷却工程が、
前記アニーリング温度から約１１５０℃よりは低いが約９５０℃よりは高い温度まで毎秒２０℃を超える冷却速度で冷却する過程と、
その次に、その温度範囲内において少なくとも約２秒保持する過程と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記高ドープシリコン基板が約９５０℃の温度まで冷却され、その温度で少なくとも約２分間保持されることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記高ドープシリコン基板はＮ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記高ドープシリコン基板は、Ｐ、Ａｓおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記高ドープシリコン基板はＰ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記高ドープシリコン基板は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１３に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記Ｎ−シリコンエピタキシャル層は、少なくとも約５ｃｍの厚さで堆積されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記アニーリング工程の前に、前記高ドープ単結晶シリコン基板の前記裏面にポリシリコン層を堆積する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１７】
チョクラルスキー法によって成長させたインゴットからスライスされた高ドープ単結晶シリコン基板であって、
前面および裏面と、前記前面と前記裏面とを接続する円周端面とを有し、
約５ｍΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有し、
酸素析出物の核が実質的にない、前記高ドープ単結晶シリコン基板と、
エピタキシャルシリコンウェーハを形成している前記高ドープシリコン基板の前記前面上のＮ−シリコンエピタキシャル層であって、
前記エピタキシャル層はＮ型ドーパントを含み、約１０ｍΩ・ｃｍより大きな抵抗率を有している、Ｎ−シリコンエピタキシャルシリコン層と、
を含む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１８】
前記高ドープシリコン基板はＮ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ。
【請求項１９】
前記高ドープシリコン基板は、Ｐ、Ａｓおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項１８に記載のウェーハ。
【請求項２０】
前記高ドープシリコン基板はＰ型ドーパントを含むことを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ。
【請求項２１】
前記高ドープシリコン基板は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａおよびそれらの組合せから成る群から選ばれたドーパントを含むことを特徴とする請求項２０に記載のウェーハ。
【請求項２２】
前記Ｎ−シリコンエピタキシャル層は、少なくとも約５ｃｍの厚さを有することを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ。
【請求項２３】
前記エピタキシャル層が約１００ｍΩ・ｃｍ〜約１００Ω・ｃｍの抵抗率を有することを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ。
【請求項２４】
前記高ドープシリコン基板は、実質的に均一な格子間酸素濃度を有する範囲であって、前記ウェーハの中心から、前記ウェーハの表面から約１５ミクロン以内の距離まで半径方向に延びている前記範囲を含むことを特徴とする請求項１７に記載のウェーハ。
【請求項２５】
前記実質的に均一な領域は、わずか約５０％の変化を伴う格子間酸素原子の濃度を有することを特徴とする請求項２４に記載のウェーハ。
【請求項２６】
前記実質的に均一な領域は、わずか約１０％の変化を伴う格子間酸素原子の濃度を有することを特徴とする請求項２４に記載のウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜本発明の背景技術＞
本発明は、概して、エピタキシャル半導体構造体、特に電子部品の製造に用いられるエピタキシャルシリコンウェーハと、それらを調製するための方法に関する。より具体的には、エピタキシャル構造体は、Ｎ型ドーパントを高ドープされた（Ｎ＋）またはＰ型ドーパントを高ドープされた（Ｐ＋）単結晶シリコン基板と、Ｎ型ドーパントを低ドープされた（Ｎ−）またはＰ型ドーパントを低ドープされた（Ｐ−）エピタキシャル層とを含む。
【０００２】
単結晶シリコンは、半導体電子部品の製造の大部分のプロセスにおける出発材料であり、一般的にはチョクラルスキー法で製造されている。その方法では、単一の種結晶を溶融シリコン中に浸漬し、そして引き上げることによって成長させる。溶融シリコンは石英ルツボに入れられるので、様々な不純物（そのうちでも主に酸素）によって汚染される。そのため、この方法によって成長させた単結晶シリコンから薄く切断された（sliced:
スライスされた）ウェーハには、過飽和濃度の酸素が存在している。
【０００３】
電子装置の製造に典型的に使用される熱間加工サイクルの間に、酸素析出物の核生成中心(oxygen precipitate nucleation centers)が形成され、最終的には大きな酸素クラスタあるいは酸素析出物に成長するだろう。その位置によって、そのような析出物は有利あるいは不利になりえる。ウェーハの能動装置領域中に存在する場合には、それらは装置の動作を害する可能性がある。能動装置領域の外側に存在する場合には、酸素析出物は金属のゲッターサイトとして機能するだろう。
【０００４】
ウェーハ中の酸素析出物挙動を管理するために、様々なアプローチが用いられてきた。例えば、Falsterらの米国特許US5994761には、高速熱アニール装置によりウェーハ中に空孔を不均一濃度で導入して、それにより、その後の酸素析出物の熱処理で、空孔の多い（空孔リッチ）領域に酸素析出物を形成させ、空孔の少ない領域には形成させない方法が開示されている。Falsterの米国特許US6336968には、酸素含有雰囲気中でウェーハを高速熱アニールすることにより、あるいは空孔が比較的移動する温度範囲の間でウェーハをアニールすることにより、酸素析出物のないウェーハを調製する方法が開示されている。
【０００５】
これまで、これらの技術が典型的なシリコンウェーハに対して有用であることは証明されているが、少し違う試みで、高ドープ基板を含むエピタキシャルウェーハ構造体を提供する。例えば、高ドープ基板中の制御されない酸素析出物は、高温下で比較的高濃度の自己格子間シリコン原子(silicon self-interstitials)の発生を引き起こし、それは酸素析出物の成長中のそれらの放出に起因する。比較的高濃度の自己格子間シリコン原子は、次に、高ドープ基板から低ドープのＮ−デバイス層へのドーパント（あるいは他の不純物）の拡散を促進する傾向があり、それによって、いくつかのパワーデバイスでは、アバランシェ降伏電圧(avalanche breakdown voltage)などの臨界的特徴を潜在的に変更してしまう。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の様々な態様に共通するのは、高ドープ基板を備えたエピタキシャルシリコン構造体中の酸素析出物のふるまいを制御する方法及び得られた構造体自身である。
【０００７】
したがって、簡潔にいえば、本発明の１つの態様は、５ｍΩ・ｃｍ未満の抵抗率を有し且つ実質的に酸素析出物の核を含まない高ドープシリコン基板を含むエピタキシャルシリコンウェーハである。ウェーハは、約１００ｍΩ・ｃｍより大きい抵抗率を有するＮ−シリコンエピタキシャル層も含む。
【０００８】
本発明の他の目的および特徴は、一部分は明白であり、一部分は以下に指摘されるだろう。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜好ましい実施形態の詳細な説明＞
本発明の１つの態様によれば、改善された酸素析出物のふるまいと、その結果として高ドープ基板から低ドープのＮ−エピタキシャル層へのドーパント（あるいは他の不純物）の過剰拡散(over diffusion)のさらに進んだ制御とを備えたＮ−／Ｎ＋あるいはＮ−／Ｐ＋のエピタキシャルシリコンウェーハが好ましい。ある実施態様では、得られたエピタキシャルウェーハは、その後の酸素析出物熱処理（例えば、ウェーハを、温度８００℃で４時間、その後に温度１０００℃で１６時間のアニーリング）の間に、酸素析出物を生じないだろう。
【００１０】
I．シリコン基板
本発明の方法における出発材料は、チョクラルスキー結晶成長法によって成長させた単結晶インゴットからスライスされた単結晶シリコンウェーハである。単結晶シリコンウェーハは、中心軸と、中心軸に対してほぼ垂直な前面および裏面と、円周端面と、中心軸から円周端面まで延在する範囲(radius)とを有している。ウェーハは研磨されるか、あるいは代わりとして、研磨せずにラッピングおよびエッチングされる。さらに、ウェーハは、支配的な(predominant)固有の点欠陥として、空孔あるいは自己格子間原子の点欠陥を持っていてもよい。例えば、ウェーハは、中心から端面まで空孔が支配的でも、中心から端面まで自己格子間原子が支配的でもよく、あるいはウェーハは、自己格子間原子が支配的な材料(self-interstitial dominated material)の軸対称なリングに囲まれた空孔が支配的な材料(vacancy dominated material)の中心コアを含んでいてもよい。
【００１１】
チョクラルスキー法で成長させたシリコンの酸素濃度は、典型的には約５×１０１７〜約９×１０１７原子／ｃｍ３である（ASTM規格 F-121-83）。ウェーハの酸素析出物のふるまいが、本方法によって本質的に簡単になっているので（つまり、酸素析出物熱処理を施されたとしても、ウェーハは本質的に非酸素析出を示すので）、最初の高ドープウェーハは、チョクラルスキー法によって典型的に到達可能な範囲内あるいは範囲外の酸素濃度を有していてもよい。
【００１２】
シリコンの融点（約１４１０℃）から約７５０℃〜約３５０℃の範囲を通る単結晶シリコンインゴットの冷却速度に依存して、高ドープウェーハにスライスされる単結晶シリコンインゴット中に、酸素析出物の核生成中心が形成されてもよい。出発材料中の核生成中心の存在または欠如は、本発明において重要ではない。しかしながら、これらの中心は、本発明の高速熱アニール熱処理によって溶解可能であるのが好ましい。
【００１３】
単結晶シリコンウェーハは、１つ以上のＮ型あるいはＰ型ドーパントを高ドープされたウェーハである。典型的なＮ型のドーパントは、リン(phosphorous)及びヒ素を含んでいる。ある実施態様では、ドーパントはリンである。別の実施態様では、ドーパントはヒ素である。さらなる実施態様では、リンおよびヒ素の両方がドーパントとして用いられる。典型的なＰ型ドーパントは、ホウ素、アルミニウムおよびガリウムを含んでいる。ある実施態様では、ドーパントはホウ素である。別の実施態様では、ドーパントはアルミニウムであり、さらに別の実施形態では、ドーパントはガリウムである。さらなる実施態様では、ホウ素、アルミニウムおよびガリウムの組合せがドーパントとして用いられる。ドーパントに関係なく、ドーパントの全濃度は、ウェーハの抵抗率が約５ｍΩ・ｃｍ未満になるような濃度にされており、そのような材料は典型的にはＮ＋またはＰ＋ウェーハと呼ばれている。ある実施態様では、ドーパント濃度は、ウェーハに約３ｍΩ・ｃｍ未満の抵抗率を付与するのに十分な濃度にされている。ある実施態様では、抵抗率が約２ｍΩ・ｃｍ未満であるのが好ましい。まだ他の実施態様では、ドーパント濃度は、基板に約１ｍΩ・ｃｍ未満mΩの抵抗率を付与するのに十分な濃度にされている。
【００１４】
上述の抵抗率の値は、一般的に、約１．２４×１０１９原子／ｃｍ３(at/cm3)より大きいＮ型ドーパント濃度に相当する。例えば、高ドープウェーハは、約２．２５×１０１９原子／ｃｍ３より大きい濃度、例えば約３．４３×１０１９原子／ｃｍ３より大きい濃度でＮ型ドーパントが存在してもよい。ある好ましい実施態様では、高ドープウェーハは、約７．３６×１０１９原子／ｃｍ３より大きい濃度でＮ型ドーパントが存在する。同様に、上述の抵抗率の値は、一般的に、約２．１×１０１９原子／ｃｍ３より大きいＰ型ドーパント濃度に相当する。例えば、高ドープウェーハは、約３．７×１０１９原子／ｃｍ３より大きい濃度、例えば約５．７×１０１９原子／ｃｍ３より大きい濃度でＰ型ドーパントが存在してもよい。ある好ましい実施態様では、高ドープウェーハは、約１．２×１０２０原子／ｃｍ３より大きい濃度でＰ型ドーパントが存在する。
【００１５】
II．アニーリング工程
高ドープウェーハに熱処理工程を施して、基板中にある既存の酸素クラスタおよび既存の酸化誘起積層欠陥（ＯＩＳＦ）の核の溶解をひきおこす。この熱処理工程は、高速熱アニール装置（ＲＴＡ）で行われるのが好ましく、その装置中で、ウェーハは目標温度まで高速加熱され、次いでその温度で比較的短い時間アニールされる。一般的に、ウェーハは、１１５０℃を越える温度、好ましくは少なくとも１１７５℃、典型的に少なくとも約１２００℃、そしていくつかの実施態様では約１２００℃〜１２７５℃の温度に高速加熱される。一般的に、ウェーハは、既存の欠陥の濃度、タイプ及びサイズに依存して、少なくとも１秒、典型的には少なくとも数秒（例えば少なくとも３秒）、および潜在的には数十秒（約１０〜約６０秒、例えば２０、３０、４０、あるいは５０秒）、この温度で維持されるだろう。
【００１６】
高速熱アニールは、炉内で高パワーランプ列によってウェーハを個々に加熱する、多数の市販ＲＴＡ炉のいずれかで行うことができる。高速熱アニール炉はシリコンウェーハを高速加熱することができ、例えば、それらはウェーハを数秒で室温から１２００℃まで加熱できる。そのような市販のＲＴＡ炉の１つは、Mattson Technology社（カリフォルニア州フレモント）から入手可能な３０００ＲＴＰである。
【００１７】
III．空孔濃度およびプロファイルの制御
種々の既存の酸素クラスタおよび酸化誘起積層欠陥（ＯＩＳＦ）の核の溶解に加えて、アニーリング工程は、高ドープウェーハ中の結晶格子空孔の数密度を増加させるだろう。現在までに得られた情報は、ある種の酸素に関連する欠陥（例えばリング状ＯＩＳＦなど）が、高濃度の空孔の存在によって触媒された高温核生成の酸素の塊(oxygen agglomerates)であることを示唆している。さらに、酸素析出物の核生成中心が不足している領域と類似のふるまいをする空孔濃度の低い領域とは対照的に、高い空孔領域では、酸素クラスタリングは昇温時に急速に発生すると考えられる。酸素析出物の性質が空孔濃度によって影響を受けるので、したがって、熱処理されたウェーハ中の空孔密度の制御は、その後の酸素析出物の熱処理における酸素析出物を制限し、さらには回避する。有利には、アニールされたウェーハ（アニールウェーハ）中の空孔の(数)密度は、アニール温度からの冷却速度を制限すること、アニーリング雰囲気中に十分な酸素分圧を含むこと、あるいはその両方を行うことにより、制御することができる。
【００１８】
Ａ．冷却雰囲気の制御
アニールウェーハ中の空孔濃度は、熱処理が行われる雰囲気の制御によって、少なくとも部分的に制御されてもよい。現在までに得られた実験的証拠は、酸素が多量に存在すると、アニールウェーハ中の空孔濃度が抑制されることを示唆している。いずれかの特定の理論によることなしに、酸素存在下での高速熱アニーリング処理は、シリコン表面の酸化をもたらし、その結果、自己格子間シリコン原子の内部フラックス(inward flux)を形成するように働くと考えられている。自己格子間原子におけるこのような内部フラックスは、フレンケル対再結合(Frankel pair recombinations)を発生させ、表面で始まり、次いで内部に移動することにより、空孔濃度プロファイルを徐々に変更する効果がある。
【００１９】
メカニズムにかかわらず、ある実施態様では、アニーリング工程は酸素含有雰囲気の存在下で行なわれる。すなわち、アニールは、露出したシリコン表面を酸化させることができる酸素ガス（Ｏ２）、水蒸気あるいは酸素含有化合物ガスを含む雰囲気中で行われる。このように、雰囲気は、全て酸素または酸素化合物ガスから成ってもよく、またはアルゴンのような非酸化性ガスをさらに含んでいてもよい。しかしながら、雰囲気が、全て酸素ではない場合、雰囲気は、少なくとも約０．００１気圧(atm)の酸素分圧、つまり１０００原子ｐｐｍ(parts per million atomic: ppma)を含んでいるのが好ましい。雰囲気中の酸素分圧は、より好ましくは少なくとも約０．００２気圧（２０００ｐｐｍａ）であり、さらに好ましくは０．００５気圧（５０００ｐｐｍａ）であり、さらにより好ましくは０．０１気圧（１００００ｐｐｍａ）である。
【００２０】
Ｂ．冷却速度の制御
固有の点欠陥（空孔および自己格子間シリコン原子）は、温度に依存した拡散速度で単結晶シリコンを通して拡散することができる。したがって、固有の点欠陥の濃度プロファイルは、温度に応じた固有の点欠陥の拡散率と再結合速度との関数である。例えば、固有の点欠陥は、ウェーハが高速熱アニーリング工程でアニールされる温度に近い温度では、比較的移動性を有しているが、７００℃以下の温度で、商業的に実用的な期間ならば、それらは本質的に不動である。現在までに得られた実験的証拠は、空孔の有効拡散速度が相当に遅く、約７００℃未満、恐らく約８００℃未満、９００℃未満、あるいは１０００℃未満の温度で、商業的に実用的な期間ならば、空孔は不動であると見なすことができることを示唆している。
【００２１】
したがって、ある実施態様では、アニールウェーハ中の空孔濃度は、空孔が比較的移動性を有する温度領域を通るウェーハの冷却速度を制御することによって、少なくとも部分的に制御される。そのような制御は、空孔が比較的移動性を有する温度範囲よりも低い温度にウェーハを冷却する前に、冷却されたウェーハ中の結晶格子の空孔の数密度を減少するのに十分な時間だけ行使される。アニールウェーハの温度がこの範囲を通って下がると、空孔はウェーハ表面に拡散して消滅し、空孔濃度プロファイルの変化をもたらす。そのような変化の広がりは、アニールウェーハがこの範囲内の温度で維持される時間の長さ及び温度の大きさに依存し、一般的に、より大きい温度およびより長い拡散時間は、増加した拡散をもたらす。一般に、アニール温度から、空孔が実際に不動になる温度（例えば約９５０℃）までの平均冷却速度は、好ましくはわずか毎秒２０℃、より好ましくはわずか毎秒約１０℃、さらに好ましくはわずか毎秒約５℃である。
【００２２】
代わりに、高温アニールの後に、アニールウェーハの温度は、約１１５０℃よりは低いが約９５０℃よりは高い温度まで、急速に（例えば約２０℃／秒より大きな速度で）下げられ、そして保持温度に依存して、ある時間だけ保持する。例えば、十分に空孔濃度を減少するためには、１１５０℃近くの温度では数秒（例えば少なくとも約２、３、４、６秒あるいはそれ以上）で十分であり、一方、９５０℃近くの温度では数分（例えば少なくとも約２、３、４、６あるいはそれ以上）が必要であろう。
【００２３】
アニールウェーハが、結晶格子空孔が比較的移動性を有する温度範囲の外側の温度まで冷却されてしまえば、冷却速度はウェーハの析出物の特徴に著しい影響を及ぼすようには見えず、そのため切迫して重要である(narrowly critical)とは見えない。
【００２４】
都合のよいことに、冷却工程は、加熱工程が行なわれるのと同じ雰囲気中で行うことができる。適した雰囲気は、例えば、窒化性雰囲気（つまり、窒素ガス（Ｎ２）、またはアンモニアのように露出したシリコン表面を窒化することのできる窒素含有化合物ガスを含む雰囲気）、酸化性（酸素含有）雰囲気、非酸化性かつ非窒化性の雰囲気（例えばアルゴン、ヘリウム、ネオン、二酸化炭素）、またはその組合せを含んでいる。
【００２５】
IV．アニールウェーハの酸素プロファイル
本願明細書で使用される高速熱処理によって、ウェーハの前面および裏面の表面から、少量の酸素が外側に拡散するかもしれないが、得られたアニールウェーハは、シリコン表面からの距離の関数として実質的に均一な格子間酸素濃度を有している。例えば、アニールウェーハは、シリコンの中心から、シリコン表面から約１５ミクロン以内のウェーハ領域まで、より好ましくは、シリコンの中心から、シリコン表面から約１０ミクロン以内のウェーハ領域まで、さらに好ましくは、シリコンの中心から、シリコン表面から約５ミクロン以内のウェーハ領域まで、最も好ましくは、シリコンの中心から、シリコン表面から約３ミクロン以内のウェーハ領域まで、実質的に均一な格子間酸素濃度を持つだろう。この状況において、実質的に均一な酸素濃度とは、わずか約５０％、好ましくはわずか約２０％、より好ましくはわずか約１０％の酸素濃度の変化を意味するものとする。
【００２６】
V．エピタキシャル成長
エピタキシャル層は、本技術分野で一般的に知られている手法によって、アニールされたシリコンウェーハの表面に少なくとも約５ｃｍの平均厚さまで堆積あるいは成長されて、エピタキシャルシリコンウェーハを形成する。典型的には、エピタキシャル成長は化学気相成長法によって行われるのが好ましく、それは、その方法が、半導体材料の上にエピタキシャル層を成長させるための最も柔軟性が高く且つ費用効果の高い方法の１つであるからである。例えば、米国特許US5789309を確認されたい。エピタキシャル層のドーピングは、エピタキシャル層の成長過程の後、あるいは成長過程の間に行うことができる。ドーピング方法にかかわらず、得られたエピタキシャル層は、抵抗率が少なくとも約１０ｍΩ・ｃｍ、例えば少なくとも約１００ｍΩ・ｃｍのエピタキシャル層を提供できるＮ型ドーパント濃度を有している。例えば、エピタキシャル層は、典型的には約１００ｍΩ・ｃｍ〜約１００Ω・ｃｍの抵抗率を有しているだろう。ある用途では、エピタキシャル層は約３００ｍΩ・ｃｍ〜約１０Ω・ｃｍの抵抗率を有しているだろう。
【００２７】
Ｎ−ドープエピタキシャル層を特徴づける代わりの方法としては、エピタキシャル層は、典型的には約４．８×１０１８原子／ｃｍ３未満、例えば約４．３×１０１３原子／ｃｍ３〜約７．８×１０１６原子／ｃｍ３のドーパント濃度を有しているだろう。ある用途では、Ｎ型エピタキシャル層は約４．４×１０１４原子／ｃｍ３〜約１．９×１０１６原子／ｃｍ３のドーパント濃度を有している。
【００２８】
記述されているように、エピタキシャル層は、例えばリン、ヒ素およびアンチモンからなる群から選ばれたＮ型ドーパントのいずれか１つ以上がドープされる。典型的には、Ｎ型ドーパントは、リン、ヒ素、あるいはリンとヒ酸の両方だろう。ある実施態様では、ドーパントはリンである。別の実施態様では、ドーパントはヒ素である。さらに別の実施態様では、リンとヒ酸の両方が、ドーパントとして用いられる。
【００２９】
エピタキシャル堆積の利点の１つは、エピタキシャル成長中に、直接ドーパント供給と組み合わせて既存のエピタキシャル成長リアクターを使用できるということである。すなわち、Ｎ型ドーパントをキャリアガスに混合して、堆積されるエピタキシャル層にドープすることができる。
【００３０】
VI．エピ後の冷却(Post-Epi Cooling)
ある実施態様では、エピタキシャル層は、上に詳細に述べたアニーリング工程と同時に生成される。この実施態様では、エピタキシャル層は、アニール工程の持続時間が満足されるように形成される。アニーリング工程およびエピタキシャル生成を終える際、上に詳細に述べたように、冷却雰囲気(cooling atmosphere)、冷却速度、あるいは冷却雰囲気および冷却速度の両方が制御される。すなわち、この実施態様の１つの変形によれば、アニールおよびエピタキシャル層生成後の雰囲気は、露出したシリコン表面を酸化させることのできる酸素含有雰囲気である。具体的には、雰囲気は、好ましくは少なくとも約０．００１気圧(atm)の酸素分圧、つまり１０００原子ｐｐｍ(ppma)を含むだろう。雰囲気中の酸素分圧は、より好ましくは少なくとも約０．００２気圧（２０００ｐｐｍａ）であり、さらに好ましくは０．００５気圧（５０００ｐｐｍａ）であり、さらにより好ましくは０．０１気圧（１００００ｐｐｍａ）である。
【００３１】
この実施態様の他の変形によれば、ウェーハの冷却速度は、冷却雰囲気の制御と共にあるいは制御なしに、制御される。具体的には、冷却速度は、アニール温度から、空孔が実際に不動になる温度（例えば約９５０℃）までの平均冷却速が、好ましくはわずか毎秒２０℃、より好ましくはわずか毎秒約１０℃、さらに好ましくはわずか毎秒約５℃になるように、制御される。代わりに、温度は、約１１５０℃よりは低いが約９５０℃よりは高い温度まで、急速に（例えば２０℃／秒より大きな速度で）下げられ、そして、保持温度に依存して、数秒〜数分保持する。例えば、１１５０℃近くの温度では、少なくとも約２、３、４、６秒あるいはそれ以上で十分であり、一方、９５０℃近くの温度では、少なくとも約２、３、４、６あるいはそれ以上が必要であろう。
【００３２】
V．ポリシリコン層
ある実施態様では、ポリシリコン層は、上に詳細に述べたアニーリング工程前に、高ドープ基板の裏面上に堆積される。ポリシリコン層の結晶粒界は、ドーパントのゲッターサイトとして機能する。一般的に、ポリシリコン層は、本技術分野で従来知られている任意の手法によって堆積されるだろう。米国特許US5792700またはUS5310698に全て記載されているように、例えばポリシリコン層は、シラン（ＳｉＨ４）ガスおよびヒ素ドーピングを用いた化学気相成長法によって堆積されてもよい。
【００３３】
本発明によって製造されたシリコン構造体は、様々な技術において用いられるだろう。例えば、本発明のシリコン構造体は、例えば、パワーダイオード、サイリスタ、そして特にパワーＭＯＳＦＥＴおよびＪＦＥＴなどのパワーデバイスの製造に使用するのに適している。このリストは、限定的または包括的になるとは全く意図されていない。
【００３４】
本発明または本発明の好ましい実施態様で元素を紹介するとき、冠詞の「a」、「an」「the」、「said」は、１つ又はそれ以上の元素があることを意図している。用語の「含む(comprising)」、「含む(including)」、「持っている(having)」は、含んで(inclusive)いることを意図しており、列挙された元素以外の追加の元素が存在してもよいことを意味している。さらに、明記されていない限り、高ドープ基板を「Ｎ＋」または「Ｐ＋」とする呼称は、Ｎ＋＋およびＮ＋＋＋、またはＰ＋＋およびＰ＋＋＋として従来称されていたドープレベルの基板のことも称している、と理解されるべきである。
【００３５】
上述を考慮して、発明のいくつかの目的が達成され、そして他の有利な結果に到達したことが理解されるだろう。
【００３６】
発明の範囲から逸脱せずに、上述の製品および方法に様々な変更を行なうことができたように、上記の記載に含まれ且つ添付の図面の中で示された全ての事項は、例示的であり、制限する意味はないと解釈されるだろう。
【国際調査報告】
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