(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜４．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（１×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上除く）、かつ炭素を０．１〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上除く）を単結晶育成中にドープして育成されることを特徴とするエピタキシヤルウェーハ用に適したシリコン単結晶。
【請求項２】
窒素を１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ３〜４．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、かつボロンを１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を単結晶育成中にドープして育成されることを特徴とするエピタキシャルウェーハ用に適したシリコン単結晶。
【請求項３】
窒素を１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜４．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、かつ炭素を０．１〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、およびボロンを１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を単結晶育成中にドープして育成されることを特徴とするエピタキシャルウェーハ用に適したシリコン単結晶。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のシリコン単結晶から切り出して作製されることを特徴とするシリコンウェーハ。
【請求項５】
請求項４に記載のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
【請求項６】
エピタキシャル成長処理ののち１１００℃以上の温度を含むデバイスプロセスに適用する場合に、酸素濃度が１２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上であることを特徴とする請求項５に記載のエピタキシャルウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の集積回路素子に使用されるシリコン単結晶、さらにその単結晶から得られる集積回路を形成させるためのシリコンウェーハおよびエピタキシャルウェーハに関するものである。さらに詳しくは、単結晶育成中に窒素とともに、炭素または／およびボロンをドープすることによって、高いゲッタリング能力を発揮することができるシリコン単結晶、シリコンウェーハおよびエピタキシャルウェーハに関するものである。
【０００２】
【従来技術】
シリコン半導体の集積回路素子（デバイス）の集積高密度化の傾向は、急速に進行しており、デバイスを形成させるシリコンウェーハの品質への要求は、ますます厳しくなっている。すなわち、集積が高密度化するほど回路は繊細となるので、ウェーハ上でのデバイスが形成される、いわゆるデバイス活性領域においては、リーク電流の増大やキャリアのライフタイム短縮原因となる、転位などの結晶欠陥およびドーパント以外の金属系元素の不純物は、これまでよりはるかに厳しく制限される。
【０００３】
従来から、半導体のデバイス用としては、チョクラルスキー法によって引上げられたシリコン単結晶から切り出した基板（ウェーハ）が用いられてきた。このウェーハには、通常１×1018atoms/cm3程度の酸素が含まれている。酸素は転位の発生防止によるウェーハの強度向上や、ゲッタリング効果などの有用な効果もあるが、一方においては酸化物となって析出し、デバイス形成時の熱履歴によって、転位や積層欠陥などの結晶欠陥をもたらすこともよく知られている。しかし、デバイス製造の過程で、フィールド酸化膜のＬＯＣＯＳ（local oxidation of silicon）による形成やウエル拡散層の形成に、1100〜1200℃の高温で数時間保持されるため、ウェーハ表面近傍では酸素の外方拡散によって、厚さ数十μm前後の結晶欠陥のないＤＺ層（denuded zone)が形成される。このＤＺ層がデバイス活性領域となるので、自然に結晶欠陥の少ない状態がもたらされていた。
【０００４】
ところが、集積の高密度化に伴い、ウエル形成に高エネルギーイオン注入法が採用され、デバイスの製造が1000℃以下で処理されるようになると、酸素の拡散が遅くなるため、上記ＤＺ層が十分に形成されなくなる。そこで、基板の低酸素化が進められたが、結晶欠陥は十分には抑制できず、酸素低減によるウェーハの性能劣化も生じ、満足すべき結果は得られなかった。このため、ウェーハ基板となるシリコンスライス上に、結晶欠陥をほとんど含まないＳｉのエピタキシャル層を成長させた、エピタキシャルウェーハが開発され、高集積度デバイスに多く用いられるようになっている。
【０００５】
このようにして、ウェーハ表面のデバイス活性領域における結晶欠陥を完全になくすことは、エピタキシャルウェーハの採用によって、その可能性を高めることができる。しかし、金属系元素の不純物による汚染は、集積が高密度化するほどプロセスも複雑になってその機会が増し、影響も大きくなってくる。汚染の排除対策は基本的にはプロセス環境および使用材料のクリーン化にあるが、デバイス製造過程（デバイスプロセス）において完全になくすことは困難であり、その対処手段としてゲッタリングがある。これは、汚染により侵入してきた不純物元素をデバイス活性領域外の場所に集め、無害化する手段である。
【０００６】
金属系不純物元素は、比較的低温でＳｉ結晶中に侵入固溶し、一般にＳｉ中の拡散速度が速い。そして、転位や微細析出物による歪みなど、結晶の欠陥があると、結晶格子中に存在しているよりもエネルギー的に安定するため、そこに集まる傾向にある。そこで、意図的に結晶欠陥を導入し、そこに捕獲し封じ込める。この不純物を捕獲させる場所をシンクという。シンクを作る手段すなわちゲッタリングは、イクストリンシックゲッタリング（extrinsic gettering）とイントリンシックゲッタリング（intrinsic gettering）の２種がある。
【０００７】
イクストリンシックゲッタリングは、ウェーハのデバイスを形成させる面の裏面側にサンドブラスト、研削、レーザー照射、イオン打ち込み、あるいはＳｉ3Ｎ4膜や多結晶Ｓｉ膜の成長など、外的要因によって歪みを与え結晶欠陥を導入する。これに対しイントリンシックゲッタリングは、酸素を含むチョクラルスキー法によるウェーハにて低温と高温の熱処理を繰り返すと酸素に起因すると考えられる微小な欠陥が多数発生してくるが、この欠陥をシンクとして活用しようとするものである。
【０００８】
上述のゲッタリング技術のうち、裏面歪付けに代表されるイクストリンシックゲッタリングの場合、工程数増加によるコスト増大の他、歪みを与えた部分からのシリコン片の剥がれによるパーティクルの発生、処理によるウェーハの反りなどの問題がある。
【０００９】
一方、イントリンシックゲッタリングおいては、効果的なシンクを作るために熱処理が必要になり、工数が増加することになる。さらに、エピタキシャルウェーハの場合、エピタキシャル層形成の工程で、1050〜1200℃の高温になるため、ウェーハ基板中の微小欠陥の核となるべき酸素析出物が縮小、消滅し、その後の熱処理でのシンクの形成を困難にしてしまう。特に、前述のように、デバイスプロセスが低温化すると、酸素析出物の成長が遅くなり、デバイスプロセスの初期においては勿論のこと、プロセス全体にわたって金属不純物に対して充分なゲッタリング効果が望めないという問題が生じる。
【００１０】
このため、エピタキシャル工程の前後でウェーハに熱処理を施すことによって、故意に生成させた結晶欠陥で不純物を捕獲させる方法が用いられるようになっている。このゲッタリング方法について、従来から多くの提案があるが、いずれも熱処理が長時間であったり、工程が煩雑になるという問題がある。
【００１１】
例えば、特開平3-50186号公報においては、エピタキシャル工程前に750〜900℃の熱処理を施し、酸素析出物を確保する方法が提案されている。熱処理時間については具体的に提示されていないが、同公報の記載内容から推測すると、少なくとも４時間を超える長時間の熱処理が必要となる。また、特開平8-250506号公報では、エピタキシャル成長前に、１段または２段階の低温アニールを施し、次いで中温度域でこれを保持した後にエピタキシャル成長を行う方法が提案されている。さらに、特開平10−229093号公報には、0.3〜2.5×1016atoms/cm3の濃度の炭素をドープされた結晶から切り出されたウェーハに、600〜900℃で15分以上、４時間以下の熱処理を施し、片面または両面を研磨した後エピタキシャル成長を施す方法が提案されている。
【００１２】
一方、エピタキシャル工程後の熱処理に関して、特開昭63-198334号公報では、エピタキシャル層成長後に650〜900℃で４〜20時間の長時間アニール、若しくは650〜900℃の間を順次昇温させて、酸素析出物を確保する方法が開示されている。また、特開昭63-227026号公報では、結晶を引き上げる際に炭素を高濃度にドープし、エピタキシャル層を成長させた後、低温アニールと中温アニールという２段階の熱処理を施し、酸素析出物を生成させる方法が開示されている。この方法も８時間以上の熱処理を必要とする。
【００１３】
上述の通り、エピタキシャル工程の前後で熱処理を施す方法では、工程の増加に伴う生産性の低下やコストの増大、または、熱処理時のボート傷やパーティクルの発生による歩留まりの低下等の熱処理に起因する問題が危惧される。さらに、エピタキシャル工程後に適用されるデバイスプロセスは多種多様であり、ウェーハが受ける熱履歴もそれに応じて変化するため、酸素析出物の生成、成長状況、それに起因するゲツタリング能力も千差万別となる。そのため、個々のデバイスプロセスに応じた熱処理条件の選択が必要になる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述したシリコン単結晶、シリコンウェーハおよびエピタキシヤルウェーハでのゲッタリングに関する問題に鑑みてなされたものであり、コスト増大の要因となるイクストリンシックゲッタリングやイントリンシックゲッタリング処理を必要とせず、高温のエピタキシャル工程でも消失することがない析出物を形成して、しかも、その後のどのような温度条件で構成されたデバイスプロセスであっても、安定したゲッタリング効果を有するシリコン単結晶、シリコンウェーハおよびエピタキシャルウェーハを提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
酸素含有に起因する結晶の微細欠陥に、酸化誘起積層欠陥（Oxidation-induced stacking fault：以下単に「ＯＳＦ」と言う）がある。これはデバイス製造プロセスの高温酸化処理の際、酸化膜の下地結晶に発生する積層欠陥で、ＯＳＦの発生とＳｉ結晶中の酸素量とは正の相関があり、この欠陥は酸素析出物を核として発達する。チョクラルスキー法によって製造されたＳｉ単結晶のウェーハを、1000〜1200℃にて1〜20時間熱酸化処理を施すと、単結晶の引き上げ軸を中心とするリング状の酸化誘起積層欠陥（ ring likely distributed oxidation-induced stacking faults :以下、「ＯＳＦリング」という）が発生することがある。このＯＳＦリングを含む基板の上にＳｉのエピタキシャル層を形成させると、リング領域の酸素析出物核は消失せず、エピタキシャル形成後のデバイスプロセスにおいて、効果的なゲッタサイトとして機能することがわかった。
【００１６】
通常、ＯＳＦリングは、幅が数mmから十数mmで、他の領域との境界は極めてシャープである。本発明者らの検討により、単結晶の育成時に窒素をドープすることによって、ＯＳＦリングの幅を拡大させることが可能であることを見いだした。これにより、ウェーハ全面がＯＳＦ領域となれば、エピタキシャル工程でも消滅し難く、高温でも安定な析出物の核が、ゲッタサイトとして有効に作用することになる。
【００１７】
従来から、チョクラルスキー法にて単結晶に窒素をドープする効果については、結晶を強化すること（特開昭61-17495号公報）、熱応力に伴う転位の発生や転位の運動を抑止すること（特開昭60-251190号公報）、ウェーハに発生するエッチピットの発生を抑止し、デバイスの酸化膜耐圧の低下を防止すること（特開平5-294780号公報）などが知られている。しかし、開示される方法は、転位発生の抑制、若しくは耐圧劣化の抑制を意図するもので、ゲッタリングに対する効果や、ＯＳＦリングの形状に及ぼす効果は全く不明である。
【００１８】
そこで、ＯＳＦリングの幅を拡大し、それによる結晶欠陥をウェーハ全体に均一に発生させる条件を検討し、合わせてゲッタリング効果の有効性を調査した。その結果、ドープする窒素の量を１×1012atoms/cm3以上とすれば、ゲッタリングに有効なＯＳＦの核を、ウェーハの全面に均一に分散させることができることがわかった。
【００１９】
ここで、ウェーハにドープした窒素濃度は、引上げ前のシリコンに対するドープした窒素量、シリコンの融液並びに固相とでの窒素の分配係数、および結晶の固化率から計算される。すなわち、シリコン中の窒素の初期濃度Ｃ0は、原料シリコンの原子量と添加した窒素原子数とから計算され、結晶中の窒素濃度ＣNは下記(a)式で計算される。
【００２０】
ＣN＝Ｃ0ｋ（１−ｘ）k-1  ・・・  （ａ）
上記（ａ）式で、ｋは窒素の平衡偏析係数であり、７×１０-4を使用できる。ｘは固化率であり、結晶引上げ重量を初期チャージ量で割ったものとして表される。
【００２１】
ところが、前述の通り、エピタキシャル工程後に適用されるデバイスプロセスは多種多様であり、ウェーハが受ける熱履歴もそれに応じて変化する。例えば、800℃以下の温度が大部分である低温デバイスプロセスを適用する場合や、800℃以下の温度を殆ど含まない高温デバイスプロセスを適用する場合がある。このとき、低温デバイスプロセスを適用する場合は、高温デバイスプロセスを適用する場合に比べ、エピタキシャル工程で消滅せずに残った酸素析出核の成長が遅くなるため、ゲッタリング能力が不足する。これを解決するには、低温デバイスプロセスであっても、酸素析出核の生成および成長速度の向上に寄与する炭素またはボロンを窒素とともにドープすることが有効であり、これにより優れたゲッタリング能力を確保できることを知見した。
【００２２】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記(1)のシリコン単結晶、(2)のシリコンウェーハおよび(3)のエピタキシャルウェーハを要旨としている。
【００２３】
（１）窒素を１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜４．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、かつ炭素を０．１〜５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3または／およびボロンを１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3〜１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を単結晶育成中にドープして育成されることを特徴とするエピタキシャルウェーハ用に適したシリコン単結晶である。
【００２４】
(2) 上記(1)のシリコン単結晶から切り出して作製されることを特徴とするシリコンウェーハである。
【００２５】
(3) 上記(2)のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハである。
【００２６】
このエピタキシャルウェーハは、エピタキシャル成長処理ののち1100℃以上の温度を含むデバイスプロセスに適用する場合に、酸素濃度が12×1017atoms/cm3以上にするのが望ましい。
【００２７】
また、このエピタキシャルウェーハは、窒素をドープして育成されたシリコン単結晶から切り出され、1000℃以上の熱処理後に断面にて１×104個/cm2以上の欠陥を発生するようにするのが望ましく、エピタキシャル成長前では５×104個/cm2以上の欠陥が発生することが目安となる。
【００２８】
さらに、エピタキシャル成長処理ののち、800℃以下の温度を殆ど含まない高温デバイスプロセスを適用する場合に、窒素を１×1012atoms/cm3以上ドープして育成されたシリコン単結晶を用い、これから切り出されたシリコンウェーハの表面に、エピタキシャル層を成長させるようにすることも望ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
シリコン単結晶の窒素ドープ量を１×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上とするのは、これより窒素量が少ない場合、ＯＳＦリングの幅の拡大が不十分で、ゲッタシンクのウェーハ内均一分散が得られないためである。また、ドープ量の上限は、多くなりすぎると多結晶になりやすくなるので、４．５×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度までとする。
【００３０】
低温デバイスプロセスが適用される場合には、窒素のみドープしたウェーハでは、エピタキシャル成長工程で消滅せずに残った析出核の成長は著しく抑制されるが、低温での核生成速度の向上に寄与する炭素または／およびボロンを同時にドープすると、析出核の生成および成長を促進させることができる。この効果を発揮するため、炭素を０．１〜５×１０16／ｃｍ3または／およびボロンを１×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以上ドープする。ボロンのドープ量の上限は、極めて高濃度にドープすると酸素析出物のサイズが減少してゲッタリング効果が低減するので、１×１０20ａｔｏｍｓ／ｃｍ3程度までとする。
【００３１】
ドープの方法としては、所要濃度の窒素、炭素およびボロンをドープできるのであれば、どんな方法でもよく、特に従来例の少ない窒素ドープについて言えば、原料中あるいは融液中への窒化物の混合、窒素を添加したフローティングゾーン法（ＦＺ法）によるシリコン結晶や表面に窒化珪素膜を形成させたウェーハの原料への混合、炉内への窒素あるいは窒素化合物ガスを流しながらの単結晶育成、溶融前の高温にて多結晶シリコンへの窒素あるいは窒素化合物ガスの吹き付け、窒化物製るつぼの使用等があげられる。
【００３２】
上記の窒素をドープした単結晶をスライスし、表面を研磨清浄化後エピタキシャル層を形成させ、ウェーハを作製するが、気相成長法の熱分解法など、結晶欠陥のないエピタキシャル層の形成方法であればどんな方法でも良い。
【００３３】
このように窒素と炭素または／およびボロンを同時に所定濃度でドープすることにより、ゲッタシンクとなる安定な欠陥をウェーハ全体に均一に分散させることができるが、その欠陥の数は、酸素やその他の不純物量、あるいは単結晶育成条件によって影響を受ける。エピタキシャルウェーハにおいては、デバイス活性化領域はエピタキシャル層にて確保できるので、ウェーハ基板では欠陥密度が十分確保されている必要がある。
【００３４】
このような観点で欠陥数を調査の結果判明したことは、より安定したゲッタリング効果を得る上で望ましいのは、エピタキシャル層を形成させた後のウエハ断面観察において、エピタキシャル層成長に好ましい1000℃以上の熱処理後に、5×104個/cm2以上の欠陥が観察されるとよい。また、1100℃以上の温度を含むデバイスプロセスに適用する場合に、酸素濃度が12×1017atoms/cm3以上のウェーハを用いるのが望ましい。
【００３５】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、次の３つの実験を実施した。
【００３６】
（実施例１）実施例１では、窒素を種々の濃度にドープした単結晶から作製したシリコンウェーハと、それにエピタキシヤル成長を施したウェーハを用いてウェーハ断面の欠陥密度を評価した。窒素の添加効果を明らかにするため、本発明例として３×１０12ａｔｏｍｓ／ｃｍ3と５×１０13ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度の窒素をドープした１０Ωｃｍおよび０．０５Ωｃｍのシリコンウェーハと、比較例として窒素ドープなしと８×１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度の窒素をドープした１０Ωｃｍのシリコンウェーハを用意した。
【００３７】
さらに、窒素添加と炭素または／およびボロンの同時添加の効果を確認するため、本発明例として所定量の窒素と炭素をドープしたシリコンウェーハ、窒素とボロンをドープしたシリコンウェーハ、並びに窒素、炭素およびボロンをドープしたシリコンウェーハを用意した。これらの本発明例および比較例のウェーハ水準の諸元を、表１に示す。
【００３８】
【表１】
0003988307.tif 000002
【００３９】
用意されたシリコンウェーハに堆積温度1150℃で厚み約５μｍのエピタキシャル成長処理を施した。その後、酸素雰囲気中で1000℃にて16時間の熱処理を施した。得られたウェーハ試験片にて、ライトエッチング液で５分間の選択エッチングを行い、光学顕微鏡にてエピタキシヤルウェーハおよびシリコンウェーハ断面の欠陥密度を測定した。
【００４０】
図１は、実施例１で測定したエピタキシヤル成長処理前後のウェーハ断面の欠陥密度を示す。これから明らかなように、窒素がドープされていないウェーハ（ウェーハ水準１）ではエピタキシヤルウェーハ断面に欠陥が検出されないのに対し、窒素をドープしたウェーハでは欠陥が発生している。窒素をドープしたウェーハでは、エピタキシャル層の下層となるウェーハ断面に欠陥が観察され、その密度は窒素濃度の増大にともない増大している。これらの結果から、窒素をドープしていないウェーハでは単結晶育成時の析出核は収縮、消滅して、1000℃の熱処理で成長できなかったのに対し、窒素をドープしたウェーハでは高温のエピタキシヤル処理で単結晶育成時の酸素析出核が消滅しにくくなり、1000℃の熱処理によって観察可能な大きさまで成長したと推測される。
【００４１】
また、窒素と同時に炭素または／およびボロンをドープしたウェーハにおいては、窒素だけをドープしたウェーハと欠陥密度はほとんど変わらなかった。さらに、本実施例１では、酸素濃度が11〜15×1017atoms/cm3の範囲で変化させたウェーハを用いているが、欠陥密度はほとんどウェーハの酸素濃度に依存していない。したがって、本実施例のように1000℃の熱処理を採用する場合には、ウェーハに含有される酸素濃度による影響がない。
【００４２】
さらに、実施例１の条件であれば、ドープされた窒素濃度によって欠陥密度が決定されることが分かる。そして、ゲッタリング能力に関しては、窒素濃度が高いウェーハを用いるのが望ましい。このときの1000℃の熱処理後におけるエピタキシャルウェーハ断面の欠陥密度は１×104個/cm2以上、エピタキシャル成長前に1000℃の熱処理を施した場合には５×104個/cm2以上が目安とされる。
【００４３】
エピタキシャル層の品質に関し、成長されたエピタキシャル層表面および断面には欠陥が観察されず、デバイス活性領域となるエピタキシヤル層に対し、下層の単結晶部の欠陥の突き抜けが生じていないことを確認している。
【００４４】
（実施例２）
実施例２では、さらに高温の熱処理を施し、高温熱処理が欠陥密度に及ぼす影響を調べた。したがって、ウェーハ水準は上記表１に示す通りとして、ウェーハの酸素濃度は11×1017atoms/cm3と14×1017atoms/cm3の２種類を用意し、これらに堆積温度1150℃で厚み約５μｍのエピタキシャル成長処理を施した。その後、酸素雰囲気中で実施例１の場合より高温の1100℃にて16時間の熱処理を施した。得られたウェーハ試験片にて、ライトエッチング液で５分間の選択エッチングをおこない、光学顕微鏡にてエピタキシヤルウェーハおよびシリコンウェーハ断面の欠陥密度を測定した。
【００４５】
図２は、実施例２で測定したエピタキシヤル成長処理前後のウェーハ断面の欠陥密度を示す。同図に示すように、酸素濃度が11×lO17atoms/cm3のウェーハでは、どのウェーハ水準でも欠陥が観察されないのに対し、酸素濃度が14×lO17atoms/cm3のウェーハではエピタキシヤルウェーハおよびシリコンウェーハ断面ともに１×104/cm2以上の欠陥が観察される。また、他の酸素濃度のウェーハについても欠陥密度を調査したが、酸素濃度が12×1017atoms/cm3以上であれば、１×104/cm2以上の欠陥が観察されることを確認している。
【００４６】
図２の結果から、デバイスプロセスが高温になるほど、酸素濃度が高いウェーハを用いるのがよいことが分かる。具体的には、デバイスプロセスが1100℃以上の高温を含む場合には、酸素濃度が12×1017atoms/cm3以上のウェーハを用いるのが望ましい。
【００４７】
（実施例３）
実施例３では、実施例１と同様のウェーハを用いて、ゲッタリング効果を評価した。このため、実施例１と同じ条件でエピタキシャル成長処理を行い、このエピタキシャルウェーハに、800℃以下の温度を殆ど含まない高温プロセスに相当する熱処理と、800℃以下の温度が大部分となる低温プロセスに相当する熱処理を施した。このとき、高温プロセスおよび低温プロセスで熱処理したウェーハ水準は、表２の通りとした。
【００４８】
【表２】
0003988307.tif 000003
【００４９】
熱処理されたウェーハは、次いで、形成された熱酸化膜をフッ酸で除去した後、ウェーハ表面をＮｉで１０12／ｃｍ2の濃度で汚染し、１０００℃で１時間の熱処理でＮｉをウェーハ内部に拡散させた。その後、９５０℃で４０分乾燥酸素雰囲気で酸化し、約２５ｎｍのゲート酸化膜を形成し、その上に４００ｎｍのポリシリコン膜をＣＶＤ法で形成し、さらに気相拡散法でリンをポリシリコンにドープして電極とした。そして、ウェーハ表面を８ｍｍ2の面積にパターン分割した後、酸化膜の絶縁耐圧良品率によってゲッタリング評価を行った。
【００５０】
図３は、実施例３で測定した酸化膜耐圧の良品率を示す。高温プロセスでは、本発明で規定する１×1012atoms/cm3以上の窒素をドープしたウェーハは、いずれもほぼ100％の耐圧良品率を示した。これに対し、比較例での酸化膜耐圧良品率は０〜30％と低調であった。この結果から、１×1012atoms/cm3以上の窒素をドープしたウェーハでは、高温プロセスにおいて優れたゲッタリング効果を発揮することが分かる。
【００５１】
一方、低温プロセスでは、比較例では０〜20％程度の耐圧良品率であったのに対し、本発明例のうち１×1012atoms/cm3以上の窒素をドープしたウェーハでは、ほぼ80％の耐圧良品率を示した。さらに、窒素と同時に炭素または／およびボロンをドープしたウェーハでは、いずれもほぼ100％の耐圧良品率を確保することができた。この結果から、低温プロセスでは、本発明で規定する１×1012atoms/cm3以上の窒素をドープしたウェーハは、これらをドープしない比較例に比べ高いゲッタリング効果を有するが、窒素と炭素または／およびボロンの同時添加のウェーハに対して若干劣るゲッタリング効果であることが分かる。
【００５２】
酸素析出物の密度を高くするほどゲッタリングがより有効に機能するが、低温プロセスでは酸素析出物の成長が抑制される。このため、比較例（ウェーハ水準５、６）の欠陥密度は103/cm2以下、ウェーハ水準７、８の１×1012atoms/cm3以上の窒素をドープしたウェーハの欠陥密度は105/cm2程度であったのに対し、ウェーハ水準９〜14のウェーハの欠陥密度は106/cm2以上に増加していた。この欠陥密度の差がゲッタリング効果に反映された。なお、この欠陥密度の差は、炭素とボロンの存在に起因しており、炭素とボロンは800℃以下の低温プロセスにおいて、酸素析出物密度を増加させる効果を発揮している。
【００５３】
以上の実施例３から、本発明の１×1012atoms/cm3以上の窒素をドープしたウェーハは、高温プロセスにおいて従来のウェーハより優れたゲッタリング効果を有しており、さらに本発明の窒素と炭素または／およびボロンの同時添加のウェーハは低温プロセスにおいても優れたゲッタリング効果を有することが明らかになる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明のシリコン単結晶、シリコンウェーハおよびエピタキシャルウェーハによれば、コスト増大の要因となるイクストリンシックゲッタリングやイントリンシックゲッタリング処理を必要とせず、高温のエピタキシャル工程でも消失することがない酸素析出物を形成して、しかも、その後のどのような温度条件で構成されたデバイスプロセスであっても、安定したゲッタリング効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１で測定したエピタキシヤル成長処理前後のウェーハ断面の欠陥密度を示す。
【図２】実施例２で測定したエピタキシヤル成長処理前後のウェーハ断面の欠陥密度を示す。
【図３】実施例３で測定した酸化膜耐圧の良品率を示す。
【図１】
0003988307.tif 000004
【図２】
0003988307.tif 000005
【図３】
0003988307.tif 000006