(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドーパントをドープすることなくチョクラルスキー法により製造された第１シリコン単結晶インゴットを熱酸化処理した際にＤ1／Ｄ0が０．９となるリング状の酸化誘起積層欠陥を生じるＶ／Ｇを求める工程と、
ボロンを９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上ドープしかつＶ／Ｇを前記求められたＶ／Ｇに設定しそれ以外は前記第１シリコン単結晶インゴットと同一条件で第２シリコン単結晶インゴットを製造する工程と、
前記第２シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製する工程と、
前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を化学的気相堆積法により形成する工程と
を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
ただし、Ｄ1は酸化誘起積層欠陥のリング径をいい、またＤ0はインゴットをスライスしたウェーハの径をいう。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法という。）により作られたシリコンウェーハにエピタキシャル層を形成する、エピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまでエピタキシャルウェーハはまず高性能バイポーラトランジスタに応用され、次いでバイポーラＩＣに応用されてきた。エピタキシャルウェーハでは、基板となるシリコンウェーハ上に任意の膜厚及び抵抗率の単結晶シリコンのエピタキシャル層を形成できるため、例えば低抵抗基板上に高抵抗エピタキシャル層を形成することにより、高速度トランジスタを実現することができる。またバイポーラＩＣで必須であるｐｎ接合素子間の効果的な分離が、エピタキシャル層の形成により有効に行われる。近年、デバイスの集積化が進み、ＣＺシリコンウェーハ表面近傍の結晶成長導入欠陥（以下、grown-in欠陥という。）がデバイスの歩留りを低下させることから、エピタキシャル層にgrown-in欠陥を含まないエピタキシャルウェーハがＭＯＳＬＳＩ用基板としても広く用いられてきている。
【０００３】
ＣＺシリコンウェーハには、シリコン単結晶を引上げるときの引上げ速度により、半導体デバイス製造工程の熱酸化時にリング状の酸化誘起積層欠陥（Oxidation Induced Stacking Fault、以下、ＯＳＦという。）が顕在化して生じたり、或いは侵入型転位（Interstitial-type Large Dislocation、以下、Ｌ／Ｄという。）を発生することがある。このＬ／Ｄは結晶の格子欠陥の１つであって、結晶内部ですべった部分とすべらない部分との間の境界として現れ、部分的に結晶格子の切れた部分が線状につながっている侵入型の線欠陥である。エピタキシャル成長用の基板となるシリコンウェーハ表面にＬ／Ｄが存在すると、このウェーハ上にエピタキシャル層を形成したときにＬ／Ｄが転写されしかもその痕が大きくなり、エピタキシャル層表面の欠陥密度を増大させる。
基板となるシリコンウェーハがこのようにＯＳＦの出現するウェーハであったり、或いはＬ／Ｄの存在するウェーハである場合には、これらはデバイスの電気的特性、例えば酸化膜の経時絶縁破壊特性（Time Dependent dielectric Breakdown、ＴＤＤＢ）、酸化膜耐圧特性（Time Zero Dielectric Breakdown、ＴＺＤＢ）ｐｎ接合リーク特性等を劣化させ、製品の歩留りを低くする。
【０００４】
また図４の実線（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＣＺシリコンウェーハがその表面にエピタキシャル層を形成する前のＢ（ボロン）をドープしたｐ型ウェーハである場合、一般的にウェーハ中の酸素濃度が高い程、半導体デバイス製造工程の熱処理によってその内部に高密度に酸素析出物（Bulk Micro Defect、以下、ＢＭＤという。）を発生する。このＢＭＤはデバイス製造工程中に侵入する微量の重金属不純物を捕獲する、いわゆるイントリンシックゲッタリング（以下、ＩＧという。）効果を有する。
また図４の破線及び鎖線（ｄ）〜（ｆ）に示すように、ＣＺシリコンウェーハがその表面にエピタキシャル層を形成した後のＢをドープしたｐ型ウェーハであって、ウェーハのＢ濃度が１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3未満である場合には、酸素濃度の多寡に拘らず、上記ＢＭＤは、その発生が抑制され、上記ＩＧ効果が十分に得られない。その反面、ウェーハのＢ濃度が１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上のときには、エピタキシャル層を形成する前のウェーハと同程度に、ＢＭＤが高密度に発生しＩＧ効果を有する。
なお、上記ＢＭＤ密度は、シリコンウェーハを７５０℃で８時間、引続いて１０００℃で１６時間熱処理したときに求めた値である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＯＳＦリングを生じるような条件で引上げたＣＺウェーハをそのＢ濃度が１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上にしたときには、エピタキシャル層を形成した後、リングに相当する箇所のＢＭＤがそれ以外の部分より高密度に発生するのに対して、ＯＳＦリングの外側では顕著にＢＭＤの発生が抑制され、ウェーハ面内でＩＧ効果が不均一になる不具合があった。
【０００６】
本発明の目的は、エピタキシャル層を形成した後の熱処理によりウェーハ面内で均一に高密度のＢＭＤが発生してウェーハ面内で均一なＩＧ効果が得られる、エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、エピタキシャル層を形成したときにそのエピタキシャル層にＬ／Ｄの転写痕を生じさせない、エピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ドーパントをドープすることなくチョクラルスキー法により製造された第１シリコン単結晶インゴットを熱酸化処理した際にＤ1／Ｄ0が０．９となるリング状の酸化誘起積層欠陥を生じるＶ／Ｇを求める工程と、
ボロンを９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上ドープしかつＶ／Ｇを前記求められたＶ／Ｇに設定しそれ以外は前記第１シリコン単結晶インゴットと同一条件で第２シリコン単結晶インゴットを製造する工程と、前記第２シリコン単結晶インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製する工程と、前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を化学的気相堆積（以下、ＣＶＤという。）法により形成する工程とを含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法である。ただし、Ｄ1は酸化誘起積層欠陥のリング径をいい、またＤ0はインゴットをスライスしたウェーハの径をいう。
【０００９】
Ｂのようなｐ型不純物を所定の濃度以上にドープすると、エピタキシャル層形成後であっても熱処理したときにウェーハ内部にＢＭＤが高密度で発生する。ここでウェーハはＯＳＦが中心部で消滅するように作られているため、このＢＭＤは、ウェーハ面内で均一に発生し、これによりウェーハ面内で均一なＩＧ効果が得られる。また高濃度にＢがドープされるため、エピタキシャル層形成前のウェーハにはＬ／Ｄが全く現れず、このウェーハ表面にエピタキシャル層を形成しても、エピタキシャル層表面にＬ／Ｄの転写痕を生じさせない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のエピタキシャル層を積層するためのシリコンウェーハは、ＣＺ法によりホットゾーン炉内のシリコン融液からインゴットを所定の条件で引上げた後、このインゴットをスライスして作製される。
この所定の条件は、インゴットの引上げ速度をＶ（ｍｍ／分）、ホットゾーン構造でインゴット−シリコン融液の接触面のインゴット鉛直方向の温度勾配をＧ（℃／ｍｍ）とするときに、Ｖ／Ｇ（ｍｍ2／分・℃）を制御して決められる。
【００１１】
前述したように、このＣＺシリコンウェーハは、熱酸化処理（例えば１０００〜１１００℃で１〜２時間）を受けたときに、リング状のＯＳＦが生じることがある。このＯＳＦリングは、Ｖ／Ｇが大きくなるにつれてインゴットの外周側に移動し、Ｖ／Ｇが小さくなるにつれてリング径が小さくなり、ウェーハ中心部でディスク状になった後、消滅する。
またこのリング径はＶ／Ｇを一定にしておいても、ｐ型不純物であるＢ（ボロン）のドープ量に応じて変化する。図２に示すように、ＯＳＦのリング径をＤ1、ウェーハの径をＤ0とし、このときのＤ1／Ｄ0とＢの濃度との関係を図３に示す。図３から明らかなように、Ｂ濃度が２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下では、リング状をなし、約６×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3でディスク状になり、９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上になると消滅する。
【００１２】
本発明のシリコンウェーハの表面には、シリコンのエピタキシャル成長によるエピタキシャル層が形成される。このエピタキシャル成長には、エピタキシャル層の結晶性、量産性、装置の簡便さ、種々のデバイス構造形成の容易さなどの観点から、ＣＶＤ法が採用される。ＣＶＤ法によるシリコンのエピタキシャル成長は、例えばＳｉＣｌ4、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨ4などのシリコンを含む原料ガスをＨ2ガスとともに反応炉内に導入して、上記シリコンウェーハの表面に、原料ガスの熱分解又は還元により生成されたシリコンを析出させることで行われる。
本発明のシリコンウェーハはＢを９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上にドープするため、抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下の低抵抗になる。ここでエピタキシャル層を高抵抗にすれば、高性能バイポーラトランジスタやバイポーラＩＣ用のエピタキシャルウェーハに適するエピタキシャルウェーハとなる。この高抵抗のエピタキシャル層の形成時には、原料ガスとともにＢ2Ｈ6などのガスが使用される。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
ドーパントをドープしないときの図２に示すＤ1／Ｄ0が０．９になるように、Ｖ／Ｇを設定し、このＶ／ＧでドーパントのＢを９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度でドープしてシリコン単結晶インゴットを引上げた。このインゴットからスライスされたシリコンウェーハをラッピングし、面取り加工を施した後、鏡面研磨することにより、抵抗率が０．０１Ωｃｍであって６インチの大きさのｐ++型シリコンウェーハを用意した。このウェーハを酸素雰囲気下、１１００℃、１時間熱処理したところＯＳＦはリング状にもディスク状にも発生していなかった。
このシリコンウェーハの表面に常圧ＣＶＤ法（７６０Ｔｏｒｒ）により、原料ガスとしてＳｉＨＣｌ3を、またエピタキシャル層の抵抗調整用にＢ2Ｈ6ガスをそれぞれ用い、成長温度１１３５℃、成長速度３μｍ／分の条件で、厚さ５μｍで抵抗率１０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成した。これにより低抵抗基板で高抵抗エピタキシャル層のエピタキシャルウェーハを得た。
半導体デバイス製造工程に模して、このエピタキシャルウェーハを７５０℃で８時間、引続いて１０００℃で１６時間熱処理した。熱処理した後、このウェーハを劈開し、更にエピタキシャル層及びその下のウェーハ表面をライト（Wright）エッチング液で選択エッチングを行い、光学顕微鏡の観察により、ウェーハ表面から深さ３００μｍにおけるウェーハ中心部から周縁部に至るまでのＢＭＤを測定しその密度を求めた。その結果を図１（ａ）に示す。
＜比較例１＞
Ｂ（ボロン）を２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度でドープした以外、実施例１と同じＶ／Ｇでシリコン単結晶インゴットを引上げ、実施例１と同様にして抵抗率が０．１５Ωｃｍであって６インチの大きさのｐ+型シリコンウェーハを作製した。このウェーハを実施例１と同じ条件で熱処理したところＯＳＦはリング状にウェーハの周縁側（Ｄ1／Ｄ0＝０．９）に現れた。
このシリコンウェーハの表面に実施例１と同じ条件で厚さ５μｍで抵抗率１０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成して、エピタキシャルウェーハを得た。このエピタキシャルウェーハを実施例１と同様に熱処理してウェーハの中心部から周縁部に至るまでのＢＭＤ密度を求めた。その結果を図１（ｂ）に示す。
【００１４】
＜比較例２＞
引上げ時に実施例１と同じ濃度（９×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3）となるようにＢ（ボロン）をドープし、Ｖ／Ｇが大きく（Ｄ1／Ｄ0＝０．３）になるように、シリコン単結晶インゴットを引上げた。これ以外は、実施例１と同様にして抵抗率が０．０１Ωｃｍであって６インチの大きさのｐ++型シリコンウェーハを得た。このウェーハを実施例１と同じ条件で熱処理したところＯＳＦはリング状にウェーハの中心部に現れた。このシリコンウェーハの表面に実施例１と同じ条件で厚さ５μｍで抵抗率１０Ωｃｍのエピタキシャル層を形成して、エピタキシャルウェーハを得た。このエピタキシャルウェーハを実施例１と同様に熱処理してウェーハの中心部から周縁部に至るまでのＢＭＤ密度を求めた。その結果を図１（ｃ）に示す。
【００１５】
＜比較例３＞
Ｂ（ボロン）を１．４×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度でドープし、実施例１に比べＶ／Ｇを小さくし、熱酸化処理した際にリング状に発生するＯＳＦがウェーハ中心部で消滅するＶ／Ｇでシリコン単結晶インゴットを引上げ、実施例１と同様にして抵抗率が１０Ωｃｍのｐ-型シリコンウェーハを作製した。このシリコンウェーハの表面に実施例１と同じ条件で厚さ５μｍで抵抗率１０Ωｃｍであって６インチの大きさのエピタキシャル層を形成して、エピタキシャルウェーハを得た。このエピタキシャルウェーハを実施例１と同様に熱処理してウェーハの中心部から周縁部に至るまでのＢＭＤ密度を求めた。その結果を図１（ｄ）に示す。
【００１６】
＜比較評価＞
図１から明らかなように、実施例１のエピタキシャル層を積層したウェーハではＢＭＤ密度がウェーハ中心部から周縁部までの間、約１．３×１０10個／ｃｍ3の高密度でしかも均一であった（図１（ａ））。これに対して、比較例１のエピタキシャル層を積層したウェーハではウェーハ周縁部のＢＭＤ密度が約０．５×１０10個／ｃｍ3であるものの、その他の部分ではＢＭＤが殆ど発生しなかった（図１（ｂ））。また比較例２のエピタキシャル層を積層したウェーハではＯＳＦリングに相当する部分のＢＭＤ密度が約１．８×１０10個／ｃｍ3の高密度であるものの、ウェーハ中心部のＢＭＤ密度は約１．０×１０10個／ｃｍ3で、またウェーハ周縁部のＢＭＤ密度は約０．６×１０10個／ｃｍ3であり、ウェーハ面内で不均一であった（図１（ｃ））。更に比較例３のエピタキシャル層を積層したウェーハではウェーハ全面にわたってＢＭＤが殆ど発生しなかった（図１（ｄ））。
【００１７】
この結果、比較例１及び３のエピタキシャルウェーハはＩＧ効果が低く、比較例２のエピタキシャルウェーハはＩＧ効果がウェーハ面内で不均一であった。これらに対して実施例１のエピタキシャルウェーハは高いＩＧ効果を有することが判った。
【００１８】
実施例１及び比較例１〜３の各エピタキシャルウェーハを２分間セコ（Secco）エッチング液に撹拌せずに浸漬し、これにより現れる特異なフローパターンの有無を見い出した後、この痕跡の源となる部分を光学顕微鏡で観察し、Ｌ／Ｄの転写痕の有無を調べた。その結果、Ｂ濃度が比較的高い実施例１及び比較例２のエピタキシャルウェーハの表面全体にわたってＬ／Ｄの転写痕はなかった。これに対してＢ濃度が比較的低く、リング状のＯＳＦが中心部で消滅していた比較例３のエピタキシャルウェーハにはＬ／Ｄの転写痕が観察された。特にＢ濃度が１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3台の比較例３はウェーハ当り２０〜３０個観察された。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、抵抗率が０．０２Ωｃｍ以下であって、熱酸化処理をした際にリング状に発生する酸化誘起積層欠陥がウェーハ中心部で消滅したシリコンウェーハをエピタキシャル層積層用の基板とし、このウェーハ表面にエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハを製造した後で、このエピタキシャルウェーハを熱処理すると、ウェーハ面内で均一に高密度のＢＭＤが発生してウェーハ面内で均一なＩＧ効果が得られる。またエピタキシャル層を形成したときにそのエピタキシャル層にＬ／Ｄの転写痕を生じさせない。これにより、電気的特性がより向上し、かつ製造時の歩留りも大きいエピタキシャルウェーハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例及び比較例のウェーハにおけるウェーハ面内のＢＭＤ密度分布を示す図。
【図２】ＯＳＦを生じたシリコンウェーハの平面図。
【図３】Ｖ／Ｇを一定にしてＢ濃度を変えたときのＤ1／Ｄ0の値の変化を示す図。
【図４】エピタキシャル層を形成する前後のシリコンウェーハのＢ濃度とＢＭＤ密度の関係を示す図。
【図１】
0003903643.tif 000002
【図２】
0003903643.tif 000003
【図３】
0003903643.tif 000004
【図４】
0003903643.tif 000005