(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
比抵抗が１Ωｃｍ以上、炭素濃度が（０．１〜５．０）×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（Ｎｅｗ  ＡＳＴＭ法）、酸素濃度が（１０〜１８）×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）のシリコンウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル膜を成膜した後、ウェーハの冷却工程で８００℃から１００℃／分以下の冷却速度で冷却するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、８００℃から４００℃の温度範囲を８０℃／分以下の冷却速度で冷却したシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、表面に成膜されたシリコンエピタキシャル膜を有し、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の回路素子の基板として使用されているシリコンエピタキシャルウェーハの改良に係り、エピタキシャル成膜後のウェーハの冷却工程で所定温度範囲を除冷することにより、デバイスプロセス極初期から充分なゲッタリング能力を有したシリコンエピタキシャルウェーハとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン半導体デバイスの高集積化は急速に進行しており、シリコンウェーハに要求される特性はますます厳しくなってきている。高集積デバイスにおいては、デバイス活性領域に結晶欠陥、あるいはドーパント以外の金属不純物が含有されている場合、Ｐ／Ｎ接合のリーク電流を増大させたり、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜特性を劣化させることが知られている。
【０００３】
従来、このような高集積デバイスには、ＣＺ法で育成されたＣＺ‐Ｓｉウェーハが用いられてきた。ＣＺ‐Ｓｉウェーハには過飽和の格子間酸素が（１０〜１８）×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3の濃度で含有されており、デバイスプロセスにおいて酸素析出物や転位、積層欠陥などの結晶欠陥が誘起されることは周知である。
【０００４】
デバイス活性領域から充分に離れたウェーハ内部に発生した酸素析出物や結晶欠陥は汚染重金属のゲッタリング効果を有することが広く知られている。このため、ウェーハ内部における酸素析出物や結晶欠陥の存在は、デバイスを高歩留りで製造するために不可欠となっている。
【０００５】
一方、ウェーハ表面近傍のいわゆるデバイス活性領域においては、ＬＯＣＯＳやＷＥＬＬ拡散層の形成における１１００〜１２００℃の高温熱処理中に外方拡散により酸素濃度が大幅に低下し、結晶欠陥の発生が抑制されていた。
【０００６】
しかし、半導体デバイスの微細化に伴い、ＷＥＬＬ拡散層の形成に高エネルギーイオン注入が用いられるようになり、また、接合深さをより浅くするために、デバイスプロセスの温度は１０００℃以下の低温で行われるようになってきた。そのため、酸素の外方拡散が不十分となり、デバイス活性領域での結晶欠陥の発生を抑制することが困難になり始めている。
【０００７】
このような状況から、結晶欠陥をほぼ完全に含まない高品質のエピタキシャル層をＣＺ‐Ｓｉ基板上に成膜したシリコンエピタキシャルウェーハが、今日の高集積デバイスに多く用いられるようになってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エピタキシャル成膜工程は１０５０℃〜１２００℃の高温熱処理が施されるため、続くデバイスプロセスでの基板中の酸素析出が大幅に抑制される。この現象は基板のボロン濃度が低いいわゆるｐ／ｐ‐エピタキシャルウェーハ（以後、ｐ／ｐ‐ウェーハと呼ぶ）において顕著であり、汚染重金属のゲッタリング能力が期待できないことが報告されている（Ｓ．Ｓａｄａｍｉｔｓｕ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｅｎｏｍｅｎａ  Ｖｏｌ．５７−５８（１９９７）ｐ．５３‐６２）。
【０００９】
そこで、ｐ／ｐ‐ウェーハの基板として、炭素を
（０．１〜５．０）×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（Ｎｅｗ  ＡＳＴＭ法）
の濃度で含有する基板の使用が検討され始めている（特開昭６３‐２２７０２６号など）。
【００１０】
炭素を含有した基板を使用したｐ／ｐ‐ウェーハは、炭素による酸素析出の促進効果によリデバイスプロセスの進行とともに酸素析出が進むため、プロセスの経過とともにゲッタリング能力を有するようになると考えられている。
【００１１】
しかしながら、かかるウェーハはデバイスプロセスの極初期には酸素析出物がゲッタリングに十分な密度で形成されておらず、そのためプロセスの極初期の汚染に弱い可能性があった。
【００１２】
この発明は、シリコンエピタキシャル膜を有するｐ／ｐ‐ウェーハの上記問題を解消し、デバイスプロセス投入前の段階ですでに酸素析出物がゲッタリングに十分な密度で形成されている半導体デバイス用シリコンエピタキシャルウェーハならびにその製造方法の提供を目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、デバイスプロセス投入前に十分な密度で酸素析出物を形成する方法を目的に種々検討し、エピタキシャル膜の成膜後のウェーハ冷却条件がデバイスプロセス投入前の段階での析出物密度に与える影響に着目して鋭意調査した結果、ウェーハの冷却工程で８００℃から１００℃／分以下の冷却速度、さらに好ましくは８００℃から４００℃の温度範囲を８０℃／分以下の冷却速度で冷却すると、デバイスプロセスの極初期に酸素析出物がゲッタリングに十分な密度で形成されるシリコンエピタキシャルウェーハの製造が可能であることを知見しこの発明を完成した。
【００１４】
すなわち、この発明は、
比抵抗が１Ωｃｍ以上、炭素濃度が
（０．１〜５．０）×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（Ｎｅｗ  ＡＳＴＭ法）、
酸素濃度が（１０〜１８）×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）のシリコンウェーハで、シリコンエピタキシャル膜の成膜後に８００℃から４００℃の温度範囲を１００℃／分以下の冷却速度で冷却されたウェーハであり、例えば１０００℃、１６時間の熱処理による評価方法における酸素析出物密度が５×１０4／ｃｍ2以上であることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハである。
【００１５】
また、この発明は、
比抵抗が１Ωｃｍ以上、炭素濃度が
（０．１〜５．０）×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（Ｎｅｗ  ＡＳＴＭ法）、
酸素濃度が（１０〜１８）×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）のシリコンウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル膜を成膜した後、ウェーハの冷却工程で８００℃から１００℃／分以下の冷却速度、さらに好ましくは８００℃から４００℃の温度範囲を８０℃／分以下の冷却速度で冷却することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
この発明において、対象とするシリコンウェーハの特性を、
比抵抗が１Ωｃｍ以上、炭素濃度が
（０．１〜５．０）×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（Ｎｅｗ  ＡＳＴＭ法）、
酸素濃度が（１０〜１８）×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）に限定するのは、かかるウェーハはデバイスプロセスの極初期に酸素析出物がゲッタリングに十分な密度で形成されていないためであり、この発明の熱処理によりこの問題を解消するものである。
【００１７】
すなわち、比抵抗が１Ωｃｍ未満では、基板内部に存在する高濃度のドーパント（ボロンなど）によりゲッタリングが行われないため、酸素析出物を必ずしも発生させる必要がなく、炭素濃度が０．１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（Ｎｅｗ  ＡＳＴＭ法）未満では炭素による酸素析出促進効果がなく、
５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3を超えると、酸素析出が大幅に促進され、その後デバイスプロセスにおいて、ウェーハの反りなど強度低下を引き起こすことがあり好ましくない。また、酸素濃度が１０×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）未満では、炭素濃度によらず酸素析出がほとんど起こらないため、エピタキシャルウェーハの基板としては不適である。
【００１８】
この発明において、シリコンウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル膜を成膜した後、ウェーハの冷却工程で８００℃から１００℃／分以下の冷却速度で冷却する理由は、実施例で明らかにするごとく、目的とするデバイスプロセスの極初期段階でゲッタリングに十分な酸素析出物を形成するには、８００℃以下、好ましくは８００℃から４００℃の温度範囲を除冷する必要があるためであり、冷却速度が１００℃／分を超えるとかかる効果が得られず、１００℃／分以下では酸素析出物密度が１×１０3／ｃｍ2以上となり、８０℃／分以下では酸素析出物密度が５×１０4／ｃｍ2以上、７０℃／分以下では酸素析出物密度が１×１０6／ｃｍ2以上となる。
【００１９】
また、この発明において、ウェーハ内中の酸素析出物の密度を評価するための方法には、酸素析出物が新たに核生成しない１０００℃、１６時間の熱処理を好ましくは窒素雰囲気中で施す方法を採用するが、この熱処理で顕在化された酸素析出物は全てエピタキシャル成長直後、すなわちデバイスプロセス投入前の段階で形成されていることになり、かかる酸素析出物の密度は、欠陥選択エッチング（Ｗｒｉｇｈｔ液）を行った後、光学顕微鏡を用いて測定する。
【００２０】
【実施例】
実施例
まず、試料として、比抵抗が１０Ωｃｍ、炭素濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ＮｅｗＡＳＴＭ法）、酸素濃度が１５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）のＣＺ‐Ｓｉウェーハを用意した。
【００２１】
図１に示すごとく、これらのウェーハをランプ加熱方式の横型ＣＶＤエピタキシャル装置において、水素雰囲気中で１１５０℃で８０秒間ベーキングを行った後、エピタキシャル膜の成膜処理を行った。成膜処理はトリクロロシランを原料ガスとし、１０８０℃で約４μｍのエピタキシャル膜を成膜した。
【００２２】
その後、１０８０℃から８００℃までを約１５０℃／分の速度で冷却し、さらに８００℃から４００℃までを約３０℃／分、約４０℃／分、約７０℃／分、９５℃／分の速度で冷却し、その後試料冷却室において１分以内に室温まで冷却した。
【００２３】
また、この発明の製造方法における８００℃から４００℃の冷却速度の限定範囲を明確にするために、この温度範囲のみを１１０℃／分の冷却速度に変更した試料も用意した。
【００２４】
また、従来例として、通常のエピタキシャルウェーハの製造条件である１０８０℃から７００℃までを約１５０℃／分の速度で冷却し、その後試料冷却室において１分以内に室温まで冷却したウェーハも用意した。
【００２５】
次に、各ウェーハ内中の酸素析出物の密度を評価するために１０００℃、１６時間の熱処理を窒素雰囲気中で施した。酸素析出物の密度は、欠陥選択エッチング（Ｗｒｉｇｈｔ液）を行った後、光学顕微鏡を用いて測定した。表１に各ウェーハにおける酸素析出物密度の測定結果を示す。なお、５×１０4／ｃｍ2以上の密度では、ウェーハは充分なゲッタリングの能力を有していると判断される。
【００２６】
まず、従来例において、酸素析出物密度は１×１０2／ｃｍ2程度と極めて低い。すなわち、従来例のウェーハはデバイスプロセス極初期にはゲッタリング能力がないことがわかる。
【００２７】
また、８００℃から４００℃を約１１０℃／分の冷却速度で冷却した試料についても、析出物密度は従来例より高いもの、１×１０2／ｃｍ2程度と低いことがわかる。
【００２８】
これらに対し、この発明に係る製造条件で製造されたウェーハにおいてはいずれも酸素折出物密度は１×１０3／ｃｍ2より充分に高くなっている。また、冷却速度が８０℃／分以下の場合は、５×１０4／ｃｍ2より充分に高くなっており、デバイスプロセス極初期から充分なゲッタリング能力を有していることがわかる。
【００２９】
【表１】
0004035886.tif 000002
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、実施例に明らかなようにように、従来は汚染重金属のゲッタリング能力が期待できない比抵抗が１Ωｃｍ以上、炭素濃度が
（０．１〜５．０）×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ＮｅｗＡＳΤＭ法）、
酸素濃度が（１０〜１８）×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3（ｏｌｄ  ＡＳＴＭ法）の半導体デバイス用シリコンエピタキシャルウェーハにおいて、エピタキシャル成膜後のウェーハの冷却工程で所定温度範囲を除冷することにより、基板内部にゲッタリングに充分な密度で酸素析出物が形成され、デバイスプロセス極初期から充分なゲッタリング能力を有したシリコンエピタキシャルウェーハを得ることが可能であり、このエピタキシャルウェーハを使用することにより、デバイスを高い歩留りで製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のエピタキシヤルウェーハの製造条件の一例を示すヒートパターン図である。
【図１】
0004035886.tif 000003