(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶棒をウェーハに加工して得られたｎ型シリコン単結晶ウェーハであって、５族元素と３族元素の電気的活性不純物を２種以上含有し、そのうち少なくとも３族元素の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とするｎ型シリコン単結晶ウェーハ。
【請求項２】
チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶棒をウェーハに加工して得られたｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、単結晶製造の際、５族元素と３族元素の電気的活性不純物を２種以上混合し、そのうち少なくとも３族元素の不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とすることを特徴とするｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法。
【請求項３】
請求項１記載のｎ型シリコン単結晶ウェーハを基板とし、その表面にエピタキシャル層を形成したことを特徴とする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、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によってシリコン単結晶を引き上げ、このシリコン単結晶をウェーハに加工して得られる半導体デバイス用ｎ型シリコン単結晶ウェーハ（基板）、その製造方法及びそのｎ型シリコン単結晶ウェーハを用いたエピタキシャルウェーハに関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体集積回路等のデバイスを作成するためのウェーハとしては、主にＣＺ法によって育成された、シリコン単結晶ウェーハが用いられている。このシリコン単結晶ウェーハとしてはＩＣやＬＳＩといった電子デバイスに応じて、ｐ型、ｎ型という電気抵抗率の区分がある。
【０００３】
そのためｐ型ウェーハを得るには３族の元素、例えばホウ素、アルミニウム、ガリウムを電気的不純物として添加し、抵抗率を制御する。またｎ型の場合には５族の元素、例えば燐、アンチモン、ヒ素を適当に添加し、その抵抗率を制御している。
【０００４】
特に最近では、抵抗率が２０ｍΩｃｍ以下の低抵抗率ウェーハを基板とし、その上に同じ伝導型のエピタキシャルシリコン層を堆積させて、電気デバイスの作製を行うことも多い。例えば高濃度ホウ素を添加し、２０ｍΩｃｍ以下の抵抗率であるｐ型ウェーハを基板とし（ｐ+基板）、その基板上にエピタキシャル層として１０Ωｃｍ程度の抵抗率を得るようホウ素を添加したｐ-層を堆積した構造のｐ／ｐ+エピエピタキシャルウェーハなどがその一例である。これらは電子デバイスの特性を鑑みて、構造的に動作効率の良いデバイスを作製するのに都合が良く、理想的なシリコンウェーハである。
【０００５】
同様に５族元素不純物添加によるｎ／ｎ+ウェーハも存在するが、これはｐ／ｐ+に比して簡単ではない。というのは５族元素不純物のうち燐やアンチモンはＣＺ法に用いる溶融シリコンのるつぼに添加しても、引き上げ工程において昇華し、低抵抗率のウェーハを得るほど高濃度に添加できないからである。その点ヒ素は高濃度添加可能であるため、ｎ／ｎ+構造を得るためによく用いられる。
【０００６】
一方、シリコンウェーハの特性として、重要なものにゲッタリング特性がある。ゲッタリングとはデバイス特性を悪化させる原因となる重金属不純物をデバイス動作領域外へ除去する方法の総称であり、例えば、シリコンウェーハの表面数十μｍをデバイス動作領域とすれば、その領域より深いウェーハ位置、つまりバルクに不純物金属を捕獲しておけばよい。
【０００７】
この方法の一つとして、最も頻繁に使用されるのが酸素析出物によるＩＧ法（Internal Gettering）である。この方法はＣＺ法で作製されたシリコンウェーハには不可避的に含まれる過飽和な酸素原子を、デバイス動作領域より深いウェーハ位置に析出物として形成させ、その周りにできた格子の歪みに不純物を捕獲する方法である。その際、酸素析出物の密度、サイズ、形成位置を種々の方法によって制御することが必要である。
【０００８】
この酸素析出物の形成制御について、電気抵抗率を支配するために添加した３族元素あるいは５族元素との関係が明らかになっている。３族元素添加不純物の代表であるホウ素の場合、ｐ+の抵抗率領域まで添加すると、酸素析出が促進されることがよく知られている。従ってＩＧに酸素析出物を利用する場合、初期酸素濃度が低い結晶であっても効率的に酸素析出物を形成できるため、ゲッタリング能力は高まり、大変有利である。
【０００９】
しかるに５族元素の抵抗率制御用不純物添加ウェーハの場合、酸素析出は抑制されることが知られている。特にｎ+ウェーハを得るために添加したヒ素は大幅に酸素析出を抑制するため、２０ｐｐｍａ〔（ＪＥＩＤＡ：日本電子工業振興協会）規格〕のような高酸素濃度ウェーハを用いても、酸素析出物形成によるゲッタリング効果を期待するのは極めて困難な場合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ｎ／ｎ+ウェーハにおいても酸素析出物によるゲッタリング能力を持たせることのできるｎ型シリコン単結晶ウェーハ、その製造方法、及びそのｎ型シリコン単結晶ウェーハを用いたエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のｎ型シリコン単結晶ウェーハは、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶棒をウェーハに加工して得られたｎ型シリコン単結晶ウェーハであって、５族元素と３族元素の電気的活性不純物を２種以上含有し、そのうち少なくとも３族元素の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であることを特徴とする。
【００１２】
本発明のｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法は、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶棒をウェーハに加工して得られたｎ型シリコン単結晶ウェーハの製造方法であって、単結晶製造の際、５族元素と３族元素の電気的活性不純物を２種以上混合し、そのうち少なくとも３族元素の不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3以上とすることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のエピタキシャルウェーハは、上記したｎ型シリコン単結晶ウェーハを基板とし、その上にシリコンエピタキシャル層を形成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り、この実施の形態以外にも種々の変形が可能なことは勿論である。
【００１５】
本発明においては、チョクラルスキー法によりシリコン単結晶を製造する際、５族元素と３族元素の電気抵抗率制御用不純物の２種以上を同時に添加するが、この場合シリコン単結晶の抵抗率はこの２種以上の添加不純物の絶対的な濃度及び混合割合で制御できる。
【００１６】
これらの元素の添加にあたり、例えばn型シリコンウェーハを得たい場合、５族元素不純物の単独添加に比べて、３族元素及び５族元素の同時添加では、少なからず３族元素の電気抵抗率制御用不純物を添加したことになる。そのため、後の工程でゲッタリング効果を持たせるための酸素析出挙動が３族元素不純物の存在によって抑制されにくくなる。従って、高ゲッタリング能力を持ったｎ／ｎ+エピタキシャルウェーハの作成が可能となる。
【００１７】
この際、少なくとも３族元素の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上のウェーハであれば酸素析出が促進されるため、そのウェーハがｐ型でもｎ型でも効率的に酸素析出物を形成できるため、ゲッタリング能力を高めることができる。
【００１８】
３族元素の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3に達しない場合は酸素析出物の形成が充分でなく、本発明の目的を達成することができない。この３族元素の不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上であれば限界固溶度まで特別の上限はないが、２×１０19ｃｍ-3程度であれば充分である。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例とともに挙げて具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので、本発明はこれらに限定して解釈されるものでないことはいうまでもない。
【００２０】
（実施例１）
ＣＺ法により、直径６インチ、初期酸素濃度１５ｐｐｍａ（ＪＥＩＤＡ）、方位＜１００＞の結晶棒を、通常の引き上げ速度（１.２ｍｍ／ｍｉｎ）で引き上げた。その際、ホウ素を１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、ヒ素を７×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3含有するように引き上げた結晶では、電気伝導型がｎ型で抵抗率が０.０１Ωｃｍになるように制御された。この結晶棒を加工して基板ウェーハとし、その表面にｎ型、１０Ωｃｍのｎ-層エピタキシャル成長させた。このエピタキシャル成長は、原料ガスにトリクロルシランを用い、１１３０℃で３μｍ成長させた。
【００２１】
このエピタキシャルウェーハに８００℃、４ｈｒ+１０００℃、１６ｈｒの酸素析出熱処理を窒素雰囲気にて施したのち、選択エッチングによって酸素析出物密度を測定した。
【００２２】
酸素析出物密度の測定は、アングルポリッシュを行い、その面に特開平９−２６０４４９号公報に記載された技術（表面に銅を堆積させた後、アルカリ性水溶液でエッチングし、光学顕微鏡観察する方法）により行った。
【００２３】
測定の結果、ホウ素とヒ素を同時添加したウェーハでは１０9ｃｍ-3の酸素析出物密度が検出された。
【００２４】
この結果から本発明によるシリコン単結晶ウェーハでは、抵抗率を同一に制御でき、かつゲッタリング能力の優れたウェーハを作製可能である。特に、３族元素および５族元素の同時添加を行うことにより、酸素析出物を形成しにくいｎ型の場合に効果を発揮することがわかった。
【００２５】
（比較例１）
ヒ素単独添加による同一抵抗率、つまり０．０１Ωｃｍのウェーハとした以外は、実施例１と同様にエピタキシャルウェーハを製造し、その酸素析出密度を測定した。測定の結果、ヒ素の単独添加ウェーハでは、検出下限の１０6ｃｍ-3以下の酸素析出物密度であり、実施例１のウェーハとは酸素析出特性が格段に異なった。
【００２６】
（実施例２）
ドープするホウ素を１×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、ヒ素を３×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とした以外は実施例１と同一条件でシリコンウェーハ（電気伝導型ｎ-型、１０Ωｃｍ）を作製した後、実施例１と同一条件でエピタキシャル成長および酸素析出物密度の測定を行った。
【００２７】
その結果、ホウ素とヒ素を同時添加したウェーハでは１×１０18ｃｍ-3の酸素析出物密度が検出された。
【００２８】
（比較例２）
ヒ素単独添加による同一抵抗率（１０Ωｃｍ）のウェーハとした以外は、実施例２と同様にエピタキシャルウェーハを製造し、その酸素析出密度を測定した。その結果、ヒ素の単独添加ウェーハの酸素析出物密度は１×１０6ｃｍ-3以下であった。
【００２９】
（実験例１）
ドープするホウ素を２×１０18ａｔｏｍｓ／ｃｍ3、ヒ素を６×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ3とした以外は実施例１と同一条件でシリコンウェーハ（電気伝導型ｐ型、１０Ωｃｍ）を作製した後、実施例１と同一条件でエピタキシャル成長および酸素析出物密度の測定を行った。
【００３０】
その結果、ホウ素とヒ素を同時添加したウェーハでは５×１０18ｃｍ-3の酸素析出物密度が検出された。
【００３１】
（比較例３）
ホウ素単独添加による同一抵抗率（１０Ωｃｍ）のウェーハとした以外は、実施例３と同様にエピタキシャルウェーハを製造し、その酸素析出物密度を測定した。その結果、ホウ素の単独添加ウェーハの酸素析出物密度は１×１０7ｃｍ-3であった。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態及び実施例に限定されるものではない。上記実施の形態及び実施例は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、かつ同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３３】
例えば、本発明において、３族元素および５族元素の不純物添加を行うに当たり、抵抗率の範囲は問われていないものであり、ｐ型であるシリコンウェーハを作製しても、あるいはｎ／ｎ-ウェーハを作製しても本発明の範囲に含まれる。
【００３４】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、従来困難とされていたｎ／ｎ+ウェーハにおいても酸素析出物によるゲッタリング能力を持たせることのできるｎ型シリコン単結晶ウェーハを得ることができる。