JPWO2009133720A1 - エピタキシャルシリコンウェーハ - Google Patents

Abstract

ＣＯＰ領域、酸化誘起積層欠陥潜在領域を含まず、かつ転位クラスタ領域を含まないシリコン単結晶から基板シリコンウェーハを作製するので、基板シリコンウェーハの欠陥がシリコンエピタキシャル膜の欠陥形成に影響し難くなる。

Description

この発明はシリコン単結晶、詳しくは直径４５０ｍｍ以上のエピタキシャルシリコンウェーハであって、さらに詳しくは、シリコンエピタキシャル膜を成長させる際のベース板となる基板シリコンウェーハに関する。

チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりシリコン単結晶を製造する装置としては、石英ルツボ内で固体の結晶用シリコン原料を加熱溶融して溶融液（シリコン融液）を形成し、その後、溶融液に種結晶を浸して回転させながら引き上げることで、種結晶の下方にシリコン単結晶を成長させるものが知られている（例えば、特許文献１、非特許文献１など）。
一般的なシリコン単結晶成長装置による結晶成長方法によれば、まずネック部を経て種結晶の直径より大きい所定径まで増径する（増径部）。その後、ほぼ一定径の直胴部（ボディ部）を所定長さ形成する。次に減径部を形成して溶融液からシリコン単結晶が切り離される。なお、ネック部は、種結晶を溶融液に浸した時などに導入される転位を除去する部分である。また、減径部は、成長中のシリコン単結晶が溶融液から切り離れる際の急激な温度変化による転位を防ぐ部分である。以上の工程を経て、シリコン単結晶が製造される。

得られたシリコン単結晶の直胴部に対しては、ウェーハ加工工程で、外周研削、ブロック切断、スライス、研磨が施されてシリコンウェーハが作製される。特に、デバイスが形成されるウェーハ表層に、高い結晶完全性が必要な場合には、ウェーハをさらに熱処理したアニールシリコンウェーハ、基板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長させたエピタキシャルシリコンウェーハなどが作製される。

ところで、シリコン単結晶が成長する際には、成長界面で点欠陥（原子空孔、格子間シリコン）がシリコン単結晶中に取り込まれる。この点欠陥を原因としてシリコン単結晶の冷却過程で、種々のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生する。例えば、原子空孔が格子間シリコンに比べて過剰にシリコン単結晶中に取り込まれる場合がある。その際には、シリコン単結晶が引き上げられながら、各種のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が形成される温度領域に滞在する時間に応じて、シリコン単結晶内に形成される欠陥のサイズ、欠陥の密度が決定される（図２）。一方、格子間シリコンが原子空孔より過剰にシリコン単結晶中に取り込まれる場合には、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の一つである転位クラスタが形成される。

点欠陥がシリコン単結晶に取り込まれる挙動を以下に説明する。すなわち、同一のシリコン単結晶引き上げ装置において、シリコン単結晶の引き上げ速度（Ｖ）を除々に低下させる。この場合、引き上げ中のシリコン単結晶内での点欠陥の挙動は、原子空孔が過剰な領域から、原子空孔と格子間シリコンとがつり合った無欠陥の領域、さらには格子間シリコンが過剰な領域へと変化する（図３、特許文献１）。図３において、赤外散乱欠陥発生領域と表記した領域とは、図２で示したＣＯＰや酸素析出核が含まれる領域である。また、酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ）は、結晶横断面においてリング状に発生することから、ＯＳＦリング発生領域と表記している。

また、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の一つである酸素析出核は、シリコンウェーハ製造過程や半導体デバイス製造過程の熱処理によって、シリコンウェーハ中に過飽和に含まれる酸素が析出し、酸素析出物を形成する。この酸素析出物は、半導体デバイス製造過程で汚染の可能性がある金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとなる。金属不純物が半導体デバイスの動作領域に存在すれば、半導体デバイスの電気特性の劣化を引き起こすため、ゲッタリングサイトは有用である。

ところで、上記エピタキシャルシリコンウェーハの本体となる基板シリコンウェーハは、従来、シリコン単結晶の引上速度を高めることで、ゲッタリング能力を有した原子空孔が過剰な領域のシリコン単結晶より作製していた。
また、ボロン（Ｂ）を高濃度にドープしたシリコン単結晶から形成されたシリコンウェーハは、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）のような金属不純物とＦｅ−Ｂ結合、Ｃｕ−Ｂ結合を形成することで、ゲッタリング能力を有する。そのため、場合によっては、上記酸素析出物のゲッタリング能力と併せて、よりゲッタリング能力が高いエピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハとして用いられる。
近年、シリコン単結晶の大口径化が推進されており、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶が製造され、また直径４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶の製造が行われようとしている（非特許文献１）。

日本国特開２０００−３２７４８６号公報 文献名：−先端ＬＳＩが要求するウェーハ技術の現状− 最新 シリコンデバイスと結晶技術、発行：日本国リアライズ理工センター／リアライズＡＴ株式会社、発行日２００５年１２月２９日、第３章結晶技術、１．５ ４５０ｍｍ径を想定した結晶技術課題（２４３頁、２４４頁）

上述した直径４５０ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶のように、引き上げる直胴部の直径が大きくなれば、シリコン単結晶だけでなくシリコン単結晶引き上げ装置も大型化し、熱容量が増大してシリコン単結晶が徐冷される。これにより、シリコン単結晶中の温度勾配（Ｇ）が小さくなり、シリコン単結晶の引き上げ時にｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生する温度領域に長時間滞在することとなる。その結果、従来は原子空孔が格子間シリコンより過剰に含まれることで、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハ用とされていたシリコン単結晶中で、欠陥（ＣＯＰ、酸素析出物、ＯＳＦ）が粗大化していた。

ところで、直径４５０ｍｍ未満のエピタキシャルシリコンウェーハの製造と同様に、原子空孔が過剰なシリコン単結晶から得られた直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハに利用する場合がある。このとき、高い平坦性が要求されるシリコンエピタキシャル膜の表面には、微細な凹部が現出される。これは、粗大化したＣＯＰを有した基板シリコンウェーハの表面に、シリコンエピタキシャル膜が成長するからである。また、ＯＳＦを含む基板シリコンウェーハに成長されたエピタキシャル膜には、ＯＳＦを起点とした欠陥が導入されてしまう。したがって、直胴部が大径化すれば、半導体デバイスの形成に好適な無欠陥な表層を有したエピタキシャルシリコンウェーハを、従来の４５０ｍｍ未満のエピタキシャルシリコンウェーハで行われていたように、原子空孔が過剰なシリコン単結晶から得られた基板シリコンウェーハを用いて作製することは困難となる。なお、ウェーハの直径に拘わりなく、従来、このように欠陥が粗大化した基板シリコンウェーハは、不良ウェーハとして処分されていた。
また、基板シリコンウェーハとして、格子間シリコンが過剰なシリコン単結晶から得られた転位クラスタを含むシリコンウェーハを採用した場合には、エピタキシャル膜に転位クラスタを起点とする欠陥が導入されてしまう。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、次の点を知見するに至った。すなわち、従来、無欠陥領域（図３）とされてきた、原子空孔と格子間シリコンの濃度が略つり合った領域より作製された直径４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハを、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハとすることが考えられる。この場合、ＣＯＰ領域（赤外散乱欠陥領域）、酸化誘起積層欠陥潜在領域を含まず、かつ転位クラスタ領域を含まないシリコン単結晶から得られたシリコンウェーハを基板シリコンウェーハとすれば、シリコンエピタキシャル膜の結晶欠陥が低密度化したエピタキシャルシリコンウェーハを製造できることを知見し、この発明を完成させた。ここで、酸化誘起積層欠陥潜在領域とは、高温酸化処理時に酸化誘起積層欠陥が発生する領域をいう。

また、原子空孔と格子間シリコンの濃度が略つり合って、従来は無欠陥領域とされてきた領域のシリコン単結晶から基板シリコンウェーハを作製した場合、その酸素析出物のサイズは、従来のように原子空孔が過剰となる直径４５０ｍｍ未満のシリコンウェーハの場合に比べて小さくなる。その結果、酸素析出物の小サイズ化を原因としたゲッタリング能力の低下が懸念される。
そこで、発明者は、さらなる鋭意研究の結果、ボロンなどのドーパントを添加して基板シリコンウェーハの抵抗率を５０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは抵抗率２０ｍΩ・ｃｍ以下とすることに想到した。これにより、基板シリコンウェーハからシリコンエピタキシャル膜への欠陥導入の抑制が可能で、かつドーパントの添加によるゲッタリング能力の発現が期待できることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、直径４５０ｍｍ以上のエピタキシャルシリコンウェーハの本体となる基板シリコンウェーハ用のシリコン単結晶のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥を低密度化させ、基板シリコンウェーハの欠陥がシリコンエピタキシャル膜の欠陥形成に影響し難くなるエピタキシャルシリコンウェーハを提供することを目的としている。
また、この発明は、直径４５０ｍｍ以上のエピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハに、金属不純物のゲッタリング能力を付与することができるエピタキシャルシリコンウェーハを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、チョクラルスキー法より引き上げたシリコン単結晶から得られた基板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長させたエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記エピタキシャルシリコンウェーハの直径は４５０ｍｍ以上で、前記基板シリコンウェーハは、前記シリコン単結晶内に発生するＣＯＰ領域および酸化誘起積層欠陥潜在領域を含まず、かつ転位クラスタ領域を含まない前記シリコン単結晶から形成されたシリコンウェーハであるエピタキシャルシリコンウェーハである。

請求項１に記載の発明によれば、直径４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハを形成可能な大きさの直胴部を有したシリコン単結晶を、チョクラルスキー法により成長させる。このように、直胴部の直径が４５０ｍｍ以上になれば、シリコン単結晶引き上げ装置も大型化し、熱容量が増大してシリコン単結晶が徐冷される。その結果、シリコン単結晶中の温度勾配が小さくなり、シリコン単結晶の引き上げ時、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生する温度領域に長時間滞在することになる。これにより、原子空孔が格子間シリコンより過剰に含まれるシリコン単結晶、これから得られた直径４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハは、ＣＯＰ、酸素析出物、ＯＳＦなどの欠陥が粗大化したものとなる。従来、この粗大欠陥を含むウェーハは、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハ用とされてきた。しかしながら、この領域のシリコン単結晶から形成されたものを、基板シリコンウェーハとして採用することは、シリコンエピタキシャル膜の表面粗さなどを低下させるので好ましくない。

そこで、シリコン単結晶の引き上げ速度を調整し、シリコン単結晶内でＣＯＰ領域（赤外散乱欠陥領域）、酸化誘起積層欠陥潜在領域を含まず、かつ転位クラスタ領域を含まない領域からなるシリコン単結晶を引き上げ、これから直径４５０ｍｍ以上の基板シリコンウェーハを得る。得られたウェーハは、欠陥サイズが、原子空孔が格子間シリコンより過剰になる領域のものより小さい。その結果、粗大化したＣＯＰ、酸素析出物、ＯＳＦなどの欠陥が存在する従来の基板シリコンウェーハの場合に比べて、ウェーハ表面の欠陥がシリコンエピタキシャル膜の欠陥形成に影響し難くなり、シリコンエピタキシャル膜の結晶欠陥が低密度なエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。

エピタキシャルシリコンウェーハの直径が４５０ｍｍ以上とは、具体的に直径が４５０ｍｍ、６７５ｍｍなどのエピタキシャルシリコンウェーハをいう。
石英ルツボとしては、内径が全長にわたって一定（水平な断面形状および断面積が一定）の円筒体の周壁部と、周壁部の下方に配置され、所定の膨出形状または平坦な形状の底部とを、内面の曲率半径が、底部の内面の曲率半径より小さい膨出形状のコーナー部により分離不能に連結した形状のものなどを採用することができる。他の石英ルツボとして、コーナー部が存在せず、周壁部の下側の開口部に底部を直接連結したものでもよい。コーナー部および底部の各最大内径は、周壁部の内径より大きくてもよい。「膨出形状」とは、石英ルツボの外方へ膨れた形状をいう。
石英ルツボの内径は、３６インチ以上である。例えば、３６インチ、４０インチ、４４インチ、４８インチでもよい。各サイズの石英ルツボ内で形成される溶融液の量に応じて、シリコン単結晶（直胴部）の引き上げ長さを変更することができる。

結晶用シリコン原料としては、固体の多結晶シリコンなどを採用することができる。もちろん、溶融液にはボロン（Ｂ）、リン（Ｐ）などをドーパントとして投入し、その導電性を高めて抵抗率を、例えば５０ｍΩ・ｃｍ以下、好ましくは抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍ以下まで低下させてもよい。
シリコン単結晶の形状としては、例えばネック部（絞り部）、増径部（上向きコーン部）、直胴部、減径部（下向きコーン部）を有するものを採用することができる。また、ネック部がほとんどないもの、減径部が存在しないものでもよい。
直径４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハを形成可能な直胴部とは、直径がシリコンウェーハの直径と同じものである必要はなく、それより直胴部の直径が１〜３０ｍｍだけ大きいものを含む。すなわち、シリコン単結晶の直胴部に対しては、ウェーハ加工工程で、シリコンブロックに対して１〜３０ｍｍ程度の外周研削が施される。これを考慮し、例えば直径４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能なシリコン単結晶の直胴部の直径は、４５１〜４８０ｍｍに設定されている。

チョクラルスキー法としては、一般的なＣＺ法だけでなく、石英ルツボの周りに超電導磁石が配設された磁場印加方式チョクラルスキー引き上げ法（ＭＣＺ法）を採用してもよい。
酸化誘起積層欠陥潜在領域とは、シリコン単結晶のうち、高温酸化処理を施したときに酸化誘起積層欠陥が発生する領域をいう。

請求項２に記載の発明は、前記基板シリコンウェーハは、抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍ以下である請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハである。
基板シリコンウェーハの抵抗率、ひいてはシリコン単結晶の抵抗率を５０ｍΩ・ｃｍ以下とする。これにより、直径４５０ｍｍ以上のウェーハ用のシリコン単結晶の引き上げが、仮に従来、無欠陥領域とされてきた領域の成長条件で行われても、シリコン溶液中に添加されたドーパント（ボロンなど）による金属不純物（鉄や銅など）のゲッタリング能力を有する。
抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍを超えれば、溶融シリコンに添加されるボロンなどのドーパントによる汚染金属の捕獲能力が期待できなくなる。

請求項３に記載の発明は、前記基板シリコンウェーハは、抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍ以下である請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハである。

基板シリコンウェーハの抵抗率、すなわちシリコン単結晶の抵抗率を２０ｍΩ・ｃｍ以下としたので、金属不純物の捕獲能力が５０ｍΩ・ｃｍの場合より高まる。しかも、抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍを超える場合に比べて、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥（ＯＳＦ、ＣＯＰ、酸素析出核など）が発生する結晶の成長速度（引上速度、Ｖ）範囲の下限値が高まる。また、転位クラスタが発生する結晶の成長速度範囲の上限値が低下するので、従来、無欠陥領域としていた領域が得られる結晶の成長速度範囲が拡大する。
抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍを超えれば、前記従来の無欠陥領域が得られる結晶の成長速度範囲が拡大するという効果は得られない。

請求項１に記載の発明によれば、直径４５０ｍｍ以上のウェーハ用のシリコン単結晶を、ＣＯＰ領域（赤外散乱欠陥領域）、酸化誘起積層欠陥潜在領域を含まず、かつ転位クラスタ領域を含まない、従来無欠陥領域とされていた領域を形成可能な成長速度で成長させる。こうして得られたシリコン単結晶からエピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハを作製するように構成した。これにより、シリコン単結晶中でＣＯＰ、酸素析出物、ＯＳＦなどの欠陥が粗大化することが避けられる。しかも、基板シリコンウェーハの表面に粗大化したＣＯＰ、酸素析出物、ＯＳＦなどの欠陥を原因としたシリコンエピタキシャル膜の表面への微細な凹部の形成、および、シリコンエピタキシャル膜への結晶欠陥の導入が避けられる。

請求項２に記載の発明によれば、基板シリコンウェーハの抵抗率を５０ｍΩ・ｃｍ以下としたので、金属不純物の捕獲能力を高めることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、基板シリコンウェーハの抵抗率を２０ｍΩ・ｃｍ以下としたので、金属不純物の捕獲能力がさらに高まるとともに、無欠陥領域としている領域が得られる結晶の成長速度範囲が拡大する。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハとして最適となる。

この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハ用のシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶成長装置の断面図である。 従来のエピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハ用のシリコン単結晶を成長させる条件でシリコン単結晶を成長させたときの各種のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生する温度領域を示した断面図である。 この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハ用のシリコン単結晶を成長させる速度を変化させた場合の結晶軸を含む垂直面での欠陥分布を示す断面図である。 この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの抵抗率と金属不純物のゲッタリング能力との関係を示すグラフである。 この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの側面図である。

符号の説明

１６ 石英ルツボ、
２６ 溶融液、
５０ エピタキシャルシリコンウェーハ、
５１ 基板シリコンウェーハ、
５２ シリコンエピタキシャル膜
Ｃ 種結晶、
Ｓ シリコン単結晶、
Ｓ３ 直胴部。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１において、１０はこの発明の実施例１に係るシリコン単結晶を成長させるシリコン単結晶成長装置（以下、結晶成長装置）で、この結晶成長装置１０は、中空円筒形状のチャンバ１１を備えている。チャンバ１１は、メインチャンバ１２と、メインチャンバ１２上に連設固定され、メインチャンバ１２より小径なプルチャンバ１３とからなる。メインチャンバ１２内の中心部には、ルツボ１４が、回転および昇降が可能な支持軸（ペディスタル）１５の上に固定されている。ルツボ１４は、内側の石英ルツボ１６と外側の黒鉛ルツボ１７を組み合わせた二重構造である。ルツボ１４は、４５０ｍｍのシリコンウェーハを引き上げ可能な外径が３６インチ（９１４．４ｍｍ）、中心軸上の深さ（高さ）が５００ｍｍのものである。

ルツボ１４の外側には、加熱抵抗式のヒータ２１が周壁部と同心円状に配置されている。ヒータ２１の外側には、円筒状の保温筒２２がメインチャンバ１２の内面に沿って配置されている。メインチャンバ１２の底面上には、円形の保温板２３が配置されている。メインチャンバ１２の外側には、水平磁場を形成するため、一対の超伝導磁石２４が対向設置されている。
ルツボ１４の中心線上には、支持軸１５と同一軸心で回転および昇降が可能な引き上げ軸（ワイヤでも可能）２５が、プルチャンバ１３を通って吊設されている。引き上げ軸２５の下端には、種結晶Ｃが装着されている。
メインチャンバ１２の上壁の一部には、溶融液２６の液面２６ａ付近におけるシリコン単結晶Ｓを撮像する、耐熱構造を有したＣＣＤカメラ（光学カメラ）３０が吊設されている。また、保温筒２２の上端部には、シリコン単結晶Ｓを取り囲む空間に、輻射熱を遮蔽する遮蔽体３１が設けられている。

次に、この結晶成長装置１０を用いたシリコン単結晶成長方法を具体的に説明する。製造されるシリコン単結晶Ｓの直胴部Ｓ３の直径は、４５０ｍｍのシリコンウェーハを形成可能な４６５ｍｍである。
まず、ルツボ１４内に結晶用シリコン原料を４２０ｋｇ投入し、不純物としてのボロンを、シリコン単結晶の抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍとなる分量だけ投入する。そして、チャンバ１１内を５０Ｔｏｒｒに減圧し、不活性ガスとして２００Ｌ／ｍｉｎのＡｒガスを導入する。次に、ルツボ１４内の投入物をヒータ２１により溶解し、ルツボ１４内に溶融液２６を形成する。
次いで、引き上げ軸２５の下端に装着された種結晶Ｃを溶融液２６に浸漬し、ルツボ１４および引き上げ軸２５を互いに逆方向へ回転させつつ、引き上げ軸２５を軸方向に引き上げ、種結晶Ｃの下方にシリコン単結晶Ｓを成長させる。このとき、引き上げ中のシリコン単結晶Ｓの液面付近をＣＣＤカメラ３０により常時撮像し、その撮像データに基づき、図示しない画像処理装置の直径計測手段により、引き上げ直後のシリコン単結晶Ｓの直径を常時計測する。この計測結果に基づき、シリコン単結晶Ｓの引き上げ速度およびヒータ２１によるシリコン単結晶Ｓの加熱温度を、適宜制御する。

シリコン単結晶Ｓの成長過程では、まず絞り工程により転位が除去され、ネック部Ｓ１が形成される。絞り工程に続く増径工程により増径部Ｓ２が形成され、その増径停止により直胴部Ｓ３の形成が開始される。このとき、磁場印加の有無や製品となるシリコン単結晶Ｓの酸素濃度等の品質を所望のものとするため、印加磁場強度や引き上げ軸２５の回転速度、ルツボ１４の回転速度が設定、調整される。ここでは、磁場を０．４テスラ印加、引き上げ軸２５の回転速度を８ｒｐｍ、ルツボ１４の回転速度を０．１ｒｐｍと一定の条件で、ネック部Ｓ１を形成した後、ヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を変化させて上向きコーン形状の増径部Ｓ２を形成する。増径部Ｓ２の直径が所定径（３８５ｍｍ）に達した時点で、さらにヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を変化させ、直胴部Ｓ３へ移行して、同様にヒータ２１の電力と引き上げ軸２５の上昇速度を調整して直胴部Ｓ３を形成する。

直胴部Ｓ３を引き上げ中に、図示しない結晶Ｓの直径計測手段と位置検知器から計算で求めた結晶重量またはその重量を換算した直胴長が、設定通りの重量または直胴長に達した時点で、ヒータ２１の電力を調整する。これにより、下向きコーン形状の減径部が除々に形成され、最終的には下向きコーンの頂点で、シリコン単結晶Ｓの成長が終了する。
得られたシリコン単結晶Ｓの直胴部Ｓ３に対しては、ウェーハ加工工程で、外周研削、ブロック切断、スライス、研磨が施されて直径４５０ｍｍのシリコンウェーハが作製される。これを基板シリコンウェーハ５１とし（図５）、その後、基板シリコンウェーハ５１の表面にシリコンエピタキシャル膜５２が成長され、半導体装置の材料である直径４５０ｍｍのエピタキシャルシリコンウェーハ５０が作製される。

ところで、シリコン単結晶Ｓの成長時には、成長界面で原子空孔、格子間シリコンなどの点欠陥がシリコン単結晶Ｓ中に取り込まれ、これを原因としてシリコン単結晶Ｓの冷却過程で、種々のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生している。原子空孔が格子間シリコンに比べて過剰にシリコン単結晶Ｓ中に取り込まれる場合には、引き上げ中のシリコン単結晶Ｓが所定の温度領域に滞在する時間に応じて、欠陥のサイズ、密度が決定される（図２）。さらに、同一のシリコン単結晶引き上げ装置において、シリコン単結晶Ｓの成長速度（Ｖ）を除々に低下させれば点欠陥が取り込まれる濃度が変化する。これにより、原子空孔が過剰であった領域から、原子空孔と格子間シリコンとがつり合った領域、さらには格子間シリコンが過剰な領域へと変化する（図３）。なお、図２中の点欠陥濃度と面内分布は、１１００℃〜１０５０℃でＣＯＰ（Ｖｏｉｄ）が形成され、１０５０℃〜９００℃で酸化誘起積層欠陥核が形成され、９００℃を超えれば酸素析出核が形成される。また、シリコン単結晶Ｓのうち、溶融液との界面付近では、点欠陥の拡散／対消滅が発生する。

しかも、実施例１では直径４５０ｍｍという大口径なシリコンウェーハ用のシリコン単結晶Ｓが引き上げられる。このように、引き上げる直胴部Ｓ３の直径が大きくなれば、シリコン単結晶Ｓだけでなく、シリコン単結晶引き上げ装置も大型化し、熱容量が増大して成長速度が、例えば直径３００ｍｍのシリコンウェーハ用のシリコン単結晶Ｓの場合と同じであっても、シリコン単結晶Ｓは徐冷される。これにより、シリコン単結晶Ｓ中の温度勾配が小さくなり、シリコン単結晶Ｓの引き上げ時にｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が発生する温度領域に長時間滞在することとなる。その結果、原子空孔が格子間シリコンより過剰にシリコン単結晶Ｓ中に取り込まれる場合には、シリコン単結晶Ｓ中でＣＯＰ、酸素析出物、ＯＳＦなど欠陥が粗大化し、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハに適したシリコンウェーハを作製することが困難となる。

そこで、実施例１では、シリコン単結晶Ｓの引き上げ速度を調整し、引き上げ中のシリコン単結晶内での点欠陥の原子空孔と格子間シリコンとがつり合う無欠陥領域の形成条件でシリコン単結晶Ｓを成長させた。これにより、シリコン単結晶Ｓから得られた基板シリコンウェーハは、シリコンエピタキシャル膜が成長されるウェーハ表面に粗大化した欠陥が存在せず、シリコンエピタキシャル膜の成長に支障がない。また、シリコン単結晶Ｓの引き上げ中、溶融液２６に所定量のボロンをドープして、シリコン単結晶Ｓの抵抗率を５０ｍΩ・ｃｍとしたので、この抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍを超える場合に比べて、金属不純物の捕獲能力が高まる。
なお、ボロンのドープ量を変更して、シリコン単結晶Ｓの抵抗率を２０ｍΩ・ｃｍとしてもよい。この場合、金属不純物の捕獲能力がさらに高まるとともに、無欠陥領域としている領域が得られる結晶の成長速度範囲が拡大するので、エピタキシャルシリコンウェーハの基板シリコンウェーハとして最適となる。

ここで、図４のグラフを参照して、シリコン単結晶Ｓの引き上げ時に溶融シリコンにボロンを添加することで、基板シリコンウェーハにドーピングされたボロンによる鉄のゲッタリング特性の挙動を説明する。
第１のテストフローでは、まず直径４５０ｍｍの基板シリコンウェーハに対して、シリコンエピタキシャル膜の表面を１×１０^１１（１ｅ１１）ｃｍ^−２の鉄によって汚染し、この汚染されたエピタキシャルシリコンウェーハに所定の熱シュミレーションを施した。次に、エピタキシャルシリコンウェーハをゲッタ熱処理Ａｒガスの雰囲気下、６００℃、２時間の熱処理を施し、さらにＡｌショットキーコンタクトを形成した後、ＤＬＴＳ（Ｄｅｅｐ Ｌｅｖｅｌ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）法によるＦｅ−Ｂペアの測定を実施した。

また、第２のテストフローでは、まず直径４５０ｍｍのエピタキシャルシリコンウェーハに対して、シリコンエピタキシャル膜の表面を８×１０^１１（８ｅ１１）ｃｍ^−２の鉄によって汚染し、この汚染されたエピタキシャルシリコンウェーハをＡｒガスの雰囲気下で１０００℃、２時間熱処理した。その後、エピタキシャルシリコンウェーハに対して、ゲッタ熱処理（Ａｒガスの雰囲気下で６００℃、１０分間の熱処理）、Ａｌショットキーコンタクトの形成を順次施し、最後にＤＬＴＳ法によるシリコンエピタキシャル膜のＦｅ−Ｂペアを測定した。その結果を図４のグラフに示す。
図４のグラフから明らかなように、基板シリコンウェーハ（シリコン単結晶）の抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍ（０．０５Ω・ｃｍ）以下の場合には、基板シリコンウェーハ中のボロンが鉄と結合し、シリコンエピタキシャル膜の表面ではＤＬＴＳ法による検出限界（限界値３×１０^１０（３ｅ１０）ｃｍ^−２）以下となり、ゲッタリング能力が高いことがわかった。特に、基板シリコンウェーハの抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍ（０．０２Ω・ｃｍ）以下（例えば８ｍΩ・ｃｍ）の場合には、抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍを超える場合に比べて、ｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥（ＯＳＦ、ＣＯＰ、酸素析出核など）が発生する結晶の成長速度（引上速度、Ｖ）範囲の下限値が高まる。しかも、転位クラスタが発生する結晶の成長速度範囲の上限値が低下するので、従来、無欠陥領域としていた領域が得られる結晶の成長速度範囲が拡大するというさらに好適な効果が得られた。これに対して、基板シリコンウェーハの抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍを超える領域では、ボロンのゲッタリング能力が低下することがわかった。

この発明は、ＭＰＵ等のプロセッサー、ＤＲＡＭやＦｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ等のメモリーデバイスなどの基板となる大口径のエピタキシャルシリコンウェーハとして有用である。

Claims (3)

1. チョクラルスキー法より引き上げたシリコン単結晶から得られた基板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長させたエピタキシャルシリコンウェーハであって、
   前記エピタキシャルシリコンウェーハの直径は４５０ｍｍ以上で、
   前記基板シリコンウェーハは、前記シリコン単結晶内に発生するＣＯＰ領域および酸化誘起積層欠陥潜在領域を含まず、かつ転位クラスタ領域を含まない前記シリコン単結晶から形成されたシリコンウェーハであるエピタキシャルシリコンウェーハ。
2. 前記基板シリコンウェーハは、抵抗率が５０ｍΩ・ｃｍ以下である請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
3. 前記基板シリコンウェーハは、抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍ以下である請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。

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