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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024038818
(43)【公開日】2024-03-21
(54)【発明の名称】シリコンウェーハおよびエピタキシャルシリコンウェーハ
(51)【国際特許分類】
H01L 21/66 20060101AFI20240313BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20240313BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20240313BHJP
C30B 29/06 20060101ALI20240313BHJP
C30B 25/20 20060101ALI20240313BHJP
【ＦＩ】
H01L21/66 L
H01L21/20
H01L21/205
C30B29/06 A
C30B25/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022143120
(22)【出願日】2022-09-08
(71)【出願人】
【識別番号】302006854
【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】野中 直哉
(72)【発明者】
【氏名】古賀 孝太郎
(72)【発明者】
【氏名】鳴嶋 康人
(72)【発明者】
【氏名】小野 敏昭
(72)【発明者】
【氏名】宝来 正隆
【テーマコード（参考）】
4G077
4M106
5F045
5F152
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AA03
4G077AB01
4G077AB06
4G077BA04
4G077CF10
4G077DA01
4G077DB05
4G077EB01
4G077HA12
4M106AA01
4M106CA10
4M106CB03
4M106CB19
4M106DH51
5F045AA03
5F045AB02
5F045AC01
5F045AC05
5F045AC19
5F045AD14
5F045AD15
5F045AF03
5F045AF16
5F045BB12
5F045CA05
5F045DA59
5F045DA67
5F045EB15
5F045HA06
5F045HA16
5F152LL03
5F152LM09
5F152LN03
5F152MM04
5F152MM18
5F152NN03
5F152NQ03
(57)【要約】
【課題】シリコンウェーハにおいて、積層欠陥の原因となる転位ループ欠陥密度を少なくする。
【解決手段】ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロンを含有するシリコンウェーハを提供する。
【選択図】図５
【解決手段】ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロンを含有するシリコンウェーハを提供する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロンを含有するシリコンウェーハ。
【請求項2】
ボロン濃度が５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である請求項１に記載のシリコンウェーハ。
【請求項3】
ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロンを含有するシリコンウェーハと、
前記シリコンウェーハ表面上にシリコンエピタキシャル層と、を備え、
前記シリコンウェーハは、前記シリコンエピタキシャル層と接する表面側に前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度よりも濃度が低い低ボロン濃度層を有するエピタキシャルシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハ表面上にシリコンエピタキシャル層と、を備え、
前記シリコンウェーハは、前記シリコンエピタキシャル層と接する表面側に前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度よりも濃度が低い低ボロン濃度層を有するエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項4】
前記ボロン濃度が５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつ、
前記低ボロン濃度層のボロン濃度は前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度の０．９倍以下であり、かつ、
前記低ボロン濃度層の深さは前記シリコンウェーハと前記シリコンエピタキシャル層の境界から前記シリコンウェーハの厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下である請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
前記低ボロン濃度層のボロン濃度は前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度の０．９倍以下であり、かつ、
前記低ボロン濃度層の深さは前記シリコンウェーハと前記シリコンエピタキシャル層の境界から前記シリコンウェーハの厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下である請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項5】
請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハの酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるエピタキシャルシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハの酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項6】
請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハにＣＯＰが存在しないエピタキシャルシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハにＣＯＰが存在しないエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項7】
請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハ裏面上に酸化膜を備えるエピタキシャルシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハ裏面上に酸化膜を備えるエピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項8】
請求項７に記載のエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハの端部および裏面外周部に酸化膜がない、エピタキシャルシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハの端部および裏面外周部に酸化膜がない、エピタキシャルシリコンウェーハ。
【請求項9】
ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロン濃度が５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下を含有するシリコンウェーハであって、
前記シリコンウェーハは表面に低ボロン濃度層を有し、
前記低ボロン濃度層のボロン濃度は前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度の０．９倍以下であり、かつ、
前記低ボロン濃度層の深さは前記シリコンウェーハの表面から前記シリコンウェーハの厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下であるシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハは表面に低ボロン濃度層を有し、
前記低ボロン濃度層のボロン濃度は前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度の０．９倍以下であり、かつ、
前記低ボロン濃度層の深さは前記シリコンウェーハの表面から前記シリコンウェーハの厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下であるシリコンウェーハ。
【請求項10】
請求項９に記載のシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハの酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハの酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であるシリコンウェーハ。
【請求項11】
請求項９または請求項１０に記載のシリコンウェーハにおいて、
前記シリコンウェーハにＣＯＰが存在しないシリコンウェーハ。
前記シリコンウェーハにＣＯＰが存在しないシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコンウェーハおよびエピタキシャルシリコンウェーハに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、パワーＭＯＳトランジスタ用のエピタキシャルシリコンウェーハには、シリコンエピタキシャル層を形成する前のシリコンウェーハの抵抗率が非常に低いことが要求される。このため、抵抗率が１．２ｍΩ・ｃｍ以下となるように高濃度にリン（Ｐ）がドープされたシリコンウェーハの表面上にシリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハを提供している。
【0003】
近年、０．９ｍΩ・ｃｍ以下という抵抗率が非常に低いｎ型のシリコンウェーハの提供が要求されている。しかしながら、シリコンウェーハの抵抗率が非常に低い場合には、エピタキシャル成長処理を行うと、シリコンエピタキシャル層に積層欠陥（ＳＦ：Stacking Fault）が発生するという問題があり、シリコンエピタキシャル層に発生するＳＦ密度の低減が希求される状況下にある。
【0004】
本出願人は、特許文献１に記載されているように、単結晶育成時における単結晶インゴットの５７０℃±７０℃での滞在時間（熱履歴）を調整（ＳＦ核が形成される温度帯域に滞在する時間を短縮）する手法を用いることでシリコンエピタキシャル層におけるＳＦの発生を抑制する技術を見出した。また、特許文献２に記載されているように、シリコンエピタキシャル層の成長前に高温熱処理（アルゴンアニール）を施す手法を用いることにより、シリコンエピタキシャル層におけるＳＦの発生を抑制することできることを見出した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２０１４／１７５１２０号
【特許文献2】特開２０１４－０１１２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載されているように、ＳＦ核が形成される温度帯域に滞在する時間を短縮した結晶領域から切り出したシリコンウェーハ（ＳＦ核が少ないシリコンウェーハ）であれば、シリコンエピタキシャル層成長後のエピタキシャル層におけるＳＦ密度を低減することができる。
【0007】
また、特許文献２に記載されているように、ＳＦ核が形成される温度帯域の滞在時間が長い結晶領域から切り出したシリコンウェーハ（ＳＦ核が多いシリコンウェーハ）に対してアルゴンアニールを施すことでシリコンエピタキシャル層成長後のエピタキシャル層におけるＳＦ密度を低減することができる。
特許文献１，２で記載される技術はシリコンエピタキシャル層へのＳＦ発生を抑制する技術として有効ではあるものの、近年、エピタキシャルシリコンウェーハの大口径化の要求が高まり、ユーザーからは更なるＳＦ密度の低減が求められる。
特許文献１，２で記載される技術はシリコンエピタキシャル層へのＳＦ発生を抑制する技術として有効ではあるものの、近年、エピタキシャルシリコンウェーハの大口径化の要求が高まり、ユーザーからは更なるＳＦ密度の低減が求められる。
【0008】
本発明は、ＳＦの原因となる転位ループ欠陥の密度が少ないシリコンウェーハ、およびシリコンエピタキシャル層におけるＳＦの発生が少ない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する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者は、シリコンエピタキシャル層に発生するＳＦの原因について鋭意研究を重ねた結果、高濃度にリンがドープされたシリコンウェーハには、単結晶インゴットの育成過程で結晶が受ける熱履歴によって、大別して２種類の転位ループ状の欠陥（結晶配列の乱れた部分がループ状に連なった欠陥）が存在することを見出した。
【0010】
以下、転位ループ状の欠陥の知見に至る経緯について説明する。
まず、ドーパントとしてリンを高濃度に添加した直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを育成し、ＳＦ核が形成される温度帯域に滞在する時間（以下、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間と呼ぶ。）が長い結晶領域から切り出したシリコンウェーハと、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短い結晶領域から切り出したシリコンウェーハを製造した。
まず、ドーパントとしてリンを高濃度に添加した直径２００ｍｍのシリコン単結晶インゴットを育成し、ＳＦ核が形成される温度帯域に滞在する時間（以下、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間と呼ぶ。）が長い結晶領域から切り出したシリコンウェーハと、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短い結晶領域から切り出したシリコンウェーハを製造した。
【0011】
具体的には、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長いシリコンウェーハとして、５７０℃±７０℃の滞在時間が３５０分以上である単結晶インゴット直胴部のトップ側から切り出した抵抗率０．７５ｍΩ・ｃｍのシリコンウェーハと、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短いシリコンウェーハとして、５７０℃±７０℃の滞在時間が５０分以下である単結晶インゴット直胴部のボトム側から切り出した抵抗率０．７ｍΩ・ｃｍのシリコンウェーハを製造した。
各シリコンウェーハを厚み方向に劈開し、劈開断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）で観察した。その結果を図１に示す。
各シリコンウェーハを厚み方向に劈開し、劈開断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）で観察した。その結果を図１に示す。
【0012】
その結果、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長い結晶領域（トップ側の結晶領域）から切り出したシリコンウェーハには、図１（ａ）に示すような転位ループ同士が重なり合ったようなサイズの大きな複合転位ループの欠陥１が観察され、６０ｎｍサイズを超えるサイズの大きな欠陥密度が多いことを確認した。図１（ｂ）は、図１（ａ）で示す複合転位ループ欠陥２を別角度から撮影した写真であり、この複合転位ループ欠陥２は平面形状であることがわかる。
一方、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短い結晶領域（ボトム側の結晶領域）から切り出したシリコンウェーハには、図２に示すようなサイズの小さな転位ループの欠陥４が観察され、６０ｎｍサイズを超えるようなサイズの大きな複合転位ループ欠陥の密度が少ないことを確認した。
一方、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短い結晶領域（ボトム側の結晶領域）から切り出したシリコンウェーハには、図２に示すようなサイズの小さな転位ループの欠陥４が観察され、６０ｎｍサイズを超えるようなサイズの大きな複合転位ループ欠陥の密度が少ないことを確認した。
【0013】
そして、サイズの大きな複合転位ループ欠陥を起点にシリコンエピタキシャル層にＳＦが発生することが確認された。これは、複合転位ループ欠陥の有無によって、シリコンエピタキシャル層へのＳＦの発生状況が異なるものと考えられるため、本発明者らは、転位ループの発生メカニズムについて考察し、以下の結論に至った。
【0014】
本発明者らは、転位ループ欠陥の発生について以下のように仮定した。
まず、シリコン単結晶インゴットが冷却される過程で、結晶内の格子間に存在する格子間リンが格子位置に存在する格子シリコンをキックアウトさせ（格子シリコンを弾き飛ばす）、格子間シリコンが発生する。この発生した余剰の格子間シリコンが凝集して転位ループを形成し、この転位ループに格子間リンが偏析する。
まず、シリコン単結晶インゴットが冷却される過程で、結晶内の格子間に存在する格子間リンが格子位置に存在する格子シリコンをキックアウトさせ（格子シリコンを弾き飛ばす）、格子間シリコンが発生する。この発生した余剰の格子間シリコンが凝集して転位ループを形成し、この転位ループに格子間リンが偏析する。
【0015】
そして、転位ループ欠陥の発生を抑制するためには、格子間シリコンの凝集を抑制することが有効であり、格子間シリコンとペアリング可能な不純物元素を意図的に添加すれば格子間シリコンの凝集を抑制することができるのではないかと考え、単結晶の育成段階で結晶内にボロンを取り込ませることを想起した。
シリコン融液にボロンをドープ（添加）してシリコン単結晶インゴットを育成し、ボロンドープされたシリコンウェーハ内に形成される欠陥を評価したところ、シリコンウェーハ内に形成されるサイズの大きな転位ループの欠陥密度を低減できるという知見を得て、本発明を完成させたものである。
シリコン融液にボロンをドープ（添加）してシリコン単結晶インゴットを育成し、ボロンドープされたシリコンウェーハ内に形成される欠陥を評価したところ、シリコンウェーハ内に形成されるサイズの大きな転位ループの欠陥密度を低減できるという知見を得て、本発明を完成させたものである。
【0016】
本発明のシリコンウェーハは、ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロンを含有する。
【0017】
本発明で規定するシリコンウェーハの抵抗率は、シリコンウェーハ表面を四探針法で測定した値である。
【0018】
上記シリコンウェーハにおいて、ボロン濃度は５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが望ましい。
【0019】
本発明で規定するシリコンウェーハのボロン濃度は、シリコンウェーハを研磨加工により薄膜化し、シリコンウェーハ厚み中心部におけるボロン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）を用いて測定した値である。
シリコンウェーハの最表面はノイズ成分が多いため正確なボロン濃度の測定が困難なため、最表面を除くようにウェーハ表面から深さ１μｍ以上の深さ位置で測定すれば正確なボロン濃度の測定が可能となる。本発明ではより正確な値とするため、シリコンウェーハ厚み中心部の濃度で規定したものである。
シリコンウェーハの最表面はノイズ成分が多いため正確なボロン濃度の測定が困難なため、最表面を除くようにウェーハ表面から深さ１μｍ以上の深さ位置で測定すれば正確なボロン濃度の測定が可能となる。本発明ではより正確な値とするため、シリコンウェーハ厚み中心部の濃度で規定したものである。
【0020】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロンを含有するシリコンウェーハと、前記シリコンウェーハ表面上にシリコンエピタキシャル層と、を備え、前記シリコンウェーハは、前記シリコンエピタキシャル層と接する表面側に前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度よりも濃度が低い低ボロン濃度層を有する。
【0021】
上記エピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記ボロン濃度は５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であり、かつ、前記低ボロン濃度層のボロン濃度は前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度の０．９倍以下であり、かつ、前記低ボロン濃度層の深さは前記シリコンウェーハと前記シリコンエピタキシャル層の境界から前記シリコンウェーハの厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下とすることが望ましい。
【0022】
低ボロン濃度層の深さはＳＩＭＳ測定により得られた深さ方向のボロン濃度プロファイルに基づく値であり、エピタキシャル層とシリコンウェーハとの境界からシリコンウェーハの厚み方向の深さ位置（幅）を意味するものである。
【0023】
本発明で規定するエピタキシャルシリコンウェーハのシリコンウェーハの抵抗率は、シリコンウェーハ裏面を四探針法で測定した値である。なお、エピタキシャルシリコンウェーハの裏面に酸化膜が設けられている場合は、裏面酸化膜を除去したシリコンウェーハ裏面を四探針法で測定した値である。
【0024】
本発明で規定するエピタキシャルシリコンウェーハのシリコンウェーハのボロン濃度は、シリコンウェーハを研磨加工により薄膜化し、シリコンウェーハ厚み中心部におけるボロン濃度をＳＩＭＳで測定した値である。
エピタキシャルシリコンウェーハの製造にあたり、シリコンウェーハはエピタキシャル成長時の高温熱処理やエピタキシャル成長処理前の高温熱処理などを受けるため、ボロンが外方拡散しシリコンウェーハ表層部のボロン濃度が低下する。
このため、エピタキシャルシリコンウェーハのシリコンウェーハのボロン濃度を測定するにはボロンの外方拡散が起きていない深さ位置で測定する必要があり、ほぼウェーハ表面からウェーハ厚み深さ方向に４０μｍ以上の深い位置で測定すれば、正確なボロン濃度の測定が可能となる。本発明ではより正確な値とするため、シリコンウェーハ厚み中心部の濃度で規定したものである。
エピタキシャルシリコンウェーハの製造にあたり、シリコンウェーハはエピタキシャル成長時の高温熱処理やエピタキシャル成長処理前の高温熱処理などを受けるため、ボロンが外方拡散しシリコンウェーハ表層部のボロン濃度が低下する。
このため、エピタキシャルシリコンウェーハのシリコンウェーハのボロン濃度を測定するにはボロンの外方拡散が起きていない深さ位置で測定する必要があり、ほぼウェーハ表面からウェーハ厚み深さ方向に４０μｍ以上の深い位置で測定すれば、正確なボロン濃度の測定が可能となる。本発明ではより正確な値とするため、シリコンウェーハ厚み中心部の濃度で規定したものである。
【0025】
上記エピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記シリコンウェーハの酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが望ましい。
本発明で規定するエピタキシャルシリコンウェーハの酸素濃度は、シリコンウェーハを研磨加工により薄膜化し、シリコンウェーハ厚み中心部における酸素濃度をＳＩＭＳにより測定した値である。エピタキシャルシリコンウェーハのシリコンウェーハの酸素濃度を測定するには酸素の外方拡散が起きていない深さ位置で測定する必要があり、ほぼウェーハ表面からウェーハ厚み深さ方向に１５０μｍ以上の深い位置で測定すれば、正確な酸素濃度の測定が可能となる。本発明ではより正確な値とするため、シリコンウェーハ厚み中心部の濃度で規定したものである。
本発明で規定するエピタキシャルシリコンウェーハの酸素濃度は、シリコンウェーハを研磨加工により薄膜化し、シリコンウェーハ厚み中心部における酸素濃度をＳＩＭＳにより測定した値である。エピタキシャルシリコンウェーハのシリコンウェーハの酸素濃度を測定するには酸素の外方拡散が起きていない深さ位置で測定する必要があり、ほぼウェーハ表面からウェーハ厚み深さ方向に１５０μｍ以上の深い位置で測定すれば、正確な酸素濃度の測定が可能となる。本発明ではより正確な値とするため、シリコンウェーハ厚み中心部の濃度で規定したものである。
【0026】
上記エピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記シリコンウェーハにＣＯＰが存在しないことが望ましい。
本発明における「ＣＯＰが存在しない」とは、以下に説明する観察評価により、ＣＯＰが検出されないシリコンウェーハを意味するものとする。すなわち、まず、ＣＺ法により育成された単結晶シリコンインゴットから切り出し加工されたシリコンウェーハに対して、ＳＣ－１洗浄（即ち、アンモニア水と過酸化水素水と超純水とを１：１：１５で混合した混合液による洗浄）を行い、洗浄後のシリコンウェーハ表面を、表面欠陥検査装置としてＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ－１を用いて観察評価し、表面ピットと推定される輝点欠陥（ＬＰＤ：Light Point Defect）を特定する。その際、観察モードはObliqueモード（斜め入射モード）とし、表面ピットの推定は、Wide/Narrowチャンネルの検出サイズ比に基づいて行うものとする。こうして特定されたＬＰＤに対し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いてＣＯＰか否かを評価する。この観察評価により、ＣＯＰが観察されないシリコンウェーハを「ＣＯＰが存在しないシリコンウェーハ」とする。
なお、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを評価する場合は、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ－２を用いて観察評価を行うことができる。
本発明における「ＣＯＰが存在しない」とは、以下に説明する観察評価により、ＣＯＰが検出されないシリコンウェーハを意味するものとする。すなわち、まず、ＣＺ法により育成された単結晶シリコンインゴットから切り出し加工されたシリコンウェーハに対して、ＳＣ－１洗浄（即ち、アンモニア水と過酸化水素水と超純水とを１：１：１５で混合した混合液による洗浄）を行い、洗浄後のシリコンウェーハ表面を、表面欠陥検査装置としてＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ－１を用いて観察評価し、表面ピットと推定される輝点欠陥（ＬＰＤ：Light Point Defect）を特定する。その際、観察モードはObliqueモード（斜め入射モード）とし、表面ピットの推定は、Wide/Narrowチャンネルの検出サイズ比に基づいて行うものとする。こうして特定されたＬＰＤに対し、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）を用いてＣＯＰか否かを評価する。この観察評価により、ＣＯＰが観察されないシリコンウェーハを「ＣＯＰが存在しないシリコンウェーハ」とする。
なお、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを評価する場合は、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ－２を用いて観察評価を行うことができる。
【0027】
上記エピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記シリコンウェーハ裏面上に酸化膜を備えることが望ましい。
【0028】
上記エピタキシャルシリコンウェーハにおいて、前記シリコンウェーハの端部および裏面外周部に酸化膜がないことが望ましい。
【0029】
本発明のシリコンウェーハは、ドーパントがリンであり、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下、かつ、ボロン濃度が５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下を含有するシリコンウェーハであって、前記シリコンウェーハは表面に低ボロン濃度層を有し、前記低ボロン濃度層のボロン濃度は前記シリコンウェーハの厚み中心部のボロン濃度の０．９倍以下であり、かつ、前記低ボロン濃度層の深さは前記シリコンウェーハの表面から前記シリコンウェーハの厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下である。
【0030】
上記シリコンウェーハにおいて、酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
【0031】
上記シリコンウェーハにおいて、前記シリコンウェーハにＣＯＰが存在しないことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【図1】ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長い結晶領域から切り出したシリコンウェーハに観察される複合転位ループの写真である。
【図2】ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短い結晶領域から切り出したシリコンウェーハに観察される転位ループの写真である。
【図3】本発明にかかるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図4】本発明にかかるエピタキシャルシリコンウェーハの一実施形態の断面図である。
【図5】実施例１および比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハの転位ループの評価結果を示すグラフである。
【図6】実施例４および５のエピタキシャルシリコンウェーハのボロン濃度プロファイルの調査結果を示すグラフである。
【図7】実施例６および７と比較例４および５のシリコンウェーハの表面でＸ線トポグラフィー写真である。
【図8】実施例８，９および比較例６，７の各シリコンウェーハ表面にエピタキシャル層を形成したときのＬＰＤ密度、抵抗率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0033】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本発明にかかるシリコンウェーハは、抵抗率調整用のドーパントであるリン（Ｐ）がドープされ抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下とされ、ボロンを含有するシリコンウェーハである。ボロン濃度は、５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが望ましい。
また、本発明にかかるエピタキシャルシリコンウェーハは、上記シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を備えたものである。
本発明にかかるシリコンウェーハは、抵抗率調整用のドーパントであるリン（Ｐ）がドープされ抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下とされ、ボロンを含有するシリコンウェーハである。ボロン濃度は、５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下であることが望ましい。
また、本発明にかかるエピタキシャルシリコンウェーハは、上記シリコンウェーハ上にシリコンエピタキシャル層を備えたものである。
【0034】
本発明にかかるエピタキシャルシリコンウェーハを得るための、好適な製造フローを図３に示す。製造フローは、単結晶インゴット製造工程Ｓ１と、裏面酸化膜形成工程Ｓ２と、外周部酸化膜除去工程Ｓ３と、アルゴンアニール工程Ｓ４と、プリベーク工程Ｓ５と、エピタキシャル層形成工程Ｓ６を有することが望ましい。
【0035】
単結晶インゴット製造工程Ｓ１では、図示しない単結晶インゴット引き上げ装置を用いたＣＺ法（チョクラルスキー法）にて、ｎ型ドーパントとしてリンをドープした、単結晶シリコンインゴットを以下の条件を満たすように製造する。本実施形態では直径２００ｍｍ（シリコンインゴット製造後の加工ロスを考慮した直径２１０ｍｍ）の単結晶シリコンインゴットを製造する場合について説明する。なお、単結晶直径はこの例に限定されない。直径３００ｍｍの単結晶シリコンインゴットを製造する場合も同様である。なお、単結晶シリコンインゴットの製作公差は±０．５ｍｍとする。
【0036】
（リン濃度）
単結晶インゴット中のリン濃度が６×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．６４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように赤燐（リン）をドープすることで、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを得ることができる。
単結晶インゴット中のリン濃度が６×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．６４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように赤燐（リン）をドープすることで、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを得ることができる。
【0037】
また、抵抗率が低くなるほどシリコンエピタキシャル層に発生するＳＦ密度は増加することになり、抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ以下になると特にＳＦが発生し易くなるため、ボロン添加による効果がより発揮されることになる。このため、リン濃度を８．３×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上として抵抗率を０．９ｍΩ・ｃｍ以下とすることが望ましい。シリコンウェーハのリン濃度は、シリコンウェーハ厚み中心部におけるリン濃度を二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectrometry）を用いて測定した値である。リン濃度は四探針法により測定した抵抗率からＳＥＭＩ ＭＦ７２３－０３０７に規定される計算式またはグラフを用いて求めることもできる。
なお、シリコン原料を溶解する前にリンをドープすると、シリコン原料溶解時にリンが蒸発してしまい、所望とする抵抗率が得られなくなってしまうため、シリコン原料溶解後のシリコン融液に赤燐（リン）をドープすることが望ましい。
なお、シリコン原料を溶解する前にリンをドープすると、シリコン原料溶解時にリンが蒸発してしまい、所望とする抵抗率が得られなくなってしまうため、シリコン原料溶解後のシリコン融液に赤燐（リン）をドープすることが望ましい。
【0038】
（ボロン濃度）
単結晶インゴット中のボロン濃度が５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように、シリコン原料ともにボロン粉末をルツボ内に添加し溶解することで、所定濃度のボロン濃度を有する単結晶インゴットを育成することができる。
ボロン濃度を５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることで、シリコンウェーハ内に形成される転位ループ欠陥のサイズ・密度を減少させることができ、エピタキシャル成長処理後にエピタキシャル層で発生するＳＦ密度を大幅に低減することできる。
なお、ボロン濃度を高めるほどエピタキシャル層に発生するＬＰＤ密度（ＳＦ密度）の低減効果がより高められるため、特に、ボロン濃度を７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。
単結晶インゴット中のボロン濃度が５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となるように、シリコン原料ともにボロン粉末をルツボ内に添加し溶解することで、所定濃度のボロン濃度を有する単結晶インゴットを育成することができる。
ボロン濃度を５．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることで、シリコンウェーハ内に形成される転位ループ欠陥のサイズ・密度を減少させることができ、エピタキシャル成長処理後にエピタキシャル層で発生するＳＦ密度を大幅に低減することできる。
なお、ボロン濃度を高めるほどエピタキシャル層に発生するＬＰＤ密度（ＳＦ密度）の低減効果がより高められるため、特に、ボロン濃度を７×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。
【0039】
また、ｎ型ドーパントであるリンに対して、逆極性のｐ型ドーパントであるボロンを添加することから、単結晶中の抵抗率が変動することが懸念される。しかしながら、本発明で添加するボロン濃度は低く、添加するリン濃度の方が圧倒的に優勢であるため、ボロン添加による抵抗変動はほぼ無視できる程度の極僅かな変動でしかない。ただし、ボロン濃度を過度に高め過ぎてしまうと抵抗率の変動幅も大きくなってしまうため、単結晶中のボロン濃度を１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが望ましい。
【0040】
（酸素濃度）
シリコンウェーハの酸素濃度が高い場合には、デバイス耐圧特性を悪化させる傾向があることから、単結晶インゴット中の酸素濃度を低くすることが望ましく、酸素濃度を４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲にすることが望ましい。
低酸素濃度の単結晶インゴットを育成するには、シリコン融液に磁場を印加することが望ましく、周知の水平磁場あるいはカスプ磁場を印加すればよく、シリコン融液を収容するルツボの回転数を遅くする、引上げ装置炉内の圧力を低くすることなどにより、単結晶内に取り込まれる酸素濃度を所望とする濃度にまで低下させることができる。
なお、酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では、シリコンウェーハの強度が低く、高温の熱処理を受けた際にスリップ転位が発生するおそれがあるため、酸素濃度を４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。
シリコンウェーハの酸素濃度が高い場合には、デバイス耐圧特性を悪化させる傾向があることから、単結晶インゴット中の酸素濃度を低くすることが望ましく、酸素濃度を４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の範囲にすることが望ましい。
低酸素濃度の単結晶インゴットを育成するには、シリコン融液に磁場を印加することが望ましく、周知の水平磁場あるいはカスプ磁場を印加すればよく、シリコン融液を収容するルツボの回転数を遅くする、引上げ装置炉内の圧力を低くすることなどにより、単結晶内に取り込まれる酸素濃度を所望とする濃度にまで低下させることができる。
なお、酸素濃度が４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満では、シリコンウェーハの強度が低く、高温の熱処理を受けた際にスリップ転位が発生するおそれがあるため、酸素濃度を４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることが望ましい。
【0041】
この後、単結晶インゴット製造工程Ｓ１で製造した単結晶インゴットからシリコンウェーハを切り出し、所定の加工処理（研削処理、エッチング処理、研磨処理など）を施して表面粗さ・平坦度に優れる鏡面シリコンウェーハとする。
【0042】
裏面酸化膜形成工程Ｓ２では、ＣＶＤ装置を用いて以下の条件範囲で、シリコンウェーハの裏面に酸化膜（以下、裏面酸化膜という）を形成することが望ましい。
原料ガス：モノシラン（ＳｉＨ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガス
裏面酸化膜の厚さ：１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下
成膜温度：４００℃以上４５０℃以下
このような裏面酸化膜を設けることによって、オートドープ現象が抑制されエピタキシャル層の抵抗変動を抑制することができる。
原料ガス：モノシラン（ＳｉＨ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガス
裏面酸化膜の厚さ：１００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下
成膜温度：４００℃以上４５０℃以下
このような裏面酸化膜を設けることによって、オートドープ現象が抑制されエピタキシャル層の抵抗変動を抑制することができる。
【0043】
裏面酸化膜形成工程Ｓ２において、シリコンウェーハの裏面のみに酸化膜を形成することは困難であり、裏面酸化膜形成工程Ｓ２後のシリコンウェーハの端部（面取り部）には不可避的に酸化膜が形成されてしまうことになる。酸化膜表面上にエピタキシャル層を形成してしまうと、当該部位においてノジュール（粒状シリコン）が発生するおそれがあるため、シリコンウェーハの端部およびウェーハ裏面外周部に形成された酸化膜を除去しておくことが望ましい。
【0044】
このため、外周部酸化膜除去工程Ｓ３では、研磨やエッチングなどの各種手法を用いて、シリコンウェーハの端部（面取り部）およびウェーハ裏面外周部に存在する酸化膜を除去すればよく、ウェーハ裏面外周部に存在する酸化膜の除去幅は、シリコンウェーハの外縁から５ｍｍ未満であることが好ましい。
このようにシリコンウェーハの端部および裏面酸化膜の外周部を除去することによって、シリコンエピタキシャル層の成長時におけるノジュールの発生を防止することができ、ウェーハエッジ部からのパーティクル発生を防止することができる。
このようにシリコンウェーハの端部および裏面酸化膜の外周部を除去することによって、シリコンエピタキシャル層の成長時におけるノジュールの発生を防止することができ、ウェーハエッジ部からのパーティクル発生を防止することができる。
【0045】
アルゴンアニール工程Ｓ４では、以下の条件範囲で熱処理を行うことが望ましい。
ガス雰囲気：アルゴンガス
熱処理温度：１１５０℃以上１２５０℃以下
熱処理時間：３０分以上１２０分以下
熱処理装置としては、複数のシリコンウェーハを一度に熱処理が行えるバッチ炉（縦型熱処理装置）を用いて熱処理することが望ましい。
ボロンドープにより、シリコンウェーハへのサイズの大きな転位ループ欠陥の発生が抑制され、シリコンウェーハに存在するサイズの小さな転位ループ欠陥はシリコンウェーハにアルゴンアニールを施すことによって消滅させることができ、エピタキシャル層へのＳＦの発生を可及的に低減することができる。
ガス雰囲気：アルゴンガス
熱処理温度：１１５０℃以上１２５０℃以下
熱処理時間：３０分以上１２０分以下
熱処理装置としては、複数のシリコンウェーハを一度に熱処理が行えるバッチ炉（縦型熱処理装置）を用いて熱処理することが望ましい。
ボロンドープにより、シリコンウェーハへのサイズの大きな転位ループ欠陥の発生が抑制され、シリコンウェーハに存在するサイズの小さな転位ループ欠陥はシリコンウェーハにアルゴンアニールを施すことによって消滅させることができ、エピタキシャル層へのＳＦの発生を可及的に低減することができる。
【0046】
また、エピタキシャル成長処理前に、シリコンウェーハに対してアルゴンアニールを実施することにより、エピタキシャル層形成工程Ｓ６時に生じるシリコンウェーハからシリコンエピタキシャル層へのボロンの拡散を低減することができる。この点について以下に説明する。
図４（ａ）はアルゴンアニールによってシリコンウェーハ表層部に形成される低ボロン濃度層を示す模式図である。
図４（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１に高温のアルゴンアニールを施すことによって、シリコンウェーハ１１の表層部のボロンは外方拡散し、表層部のボロン濃度は低下する。これにより、ボロンの外方拡散が起きていないシリコンウェーハ１１の厚み中心部Ｃのボロン濃度よりもボロン濃度が低い低ボロン濃度層１２がシリコンウェーハ１１の表裏面側に形成される。
図４（ａ）はアルゴンアニールによってシリコンウェーハ表層部に形成される低ボロン濃度層を示す模式図である。
図４（ａ）に示すように、シリコンウェーハ１１に高温のアルゴンアニールを施すことによって、シリコンウェーハ１１の表層部のボロンは外方拡散し、表層部のボロン濃度は低下する。これにより、ボロンの外方拡散が起きていないシリコンウェーハ１１の厚み中心部Ｃのボロン濃度よりもボロン濃度が低い低ボロン濃度層１２がシリコンウェーハ１１の表裏面側に形成される。
【0047】
図４（ｂ）はアルゴンアニールしたシリコンウェーハにエピタキシャル成長処理したときのボロン濃度プロファイルを示す模式図である。
図４（ｂ）に示すように、エピタキシャル層形成工程Ｓ６後のボロン濃度は、シリコンウェーハ表層部のボロン濃度が低下した濃度プロファイルを示すことになる。ここで、ボロンの外方拡散が起きていないシリコンウェーハ１１の厚み中心部Ｃのボロン濃度の０．９倍以下となる領域を低ボロン濃度層１２と定義した場合、エピタキシャル成長処理後において、シリコンエピタキシャル層１３と接するシリコンウェーハ１１の表面側に形成される低ボロン濃度層１２の深さＤを、シリコンウェーハ１１とシリコンエピタキシャル層１３の境界からシリコンウェーハ１１の厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下とすることができる。
この低ボロン濃度層１２の形成により、エピタキシャル層形成工程Ｓ６時に生じるシリコンウェーハ１１からシリコンエピタキシャル層１３へのボロンの拡散をより低減することができる。低ボロン濃度層１２の厚みはアルゴンアニールの熱処理温度、時間を調整することにより、任意に厚みを調整することができる。
図４（ｂ）に示すように、エピタキシャル層形成工程Ｓ６後のボロン濃度は、シリコンウェーハ表層部のボロン濃度が低下した濃度プロファイルを示すことになる。ここで、ボロンの外方拡散が起きていないシリコンウェーハ１１の厚み中心部Ｃのボロン濃度の０．９倍以下となる領域を低ボロン濃度層１２と定義した場合、エピタキシャル成長処理後において、シリコンエピタキシャル層１３と接するシリコンウェーハ１１の表面側に形成される低ボロン濃度層１２の深さＤを、シリコンウェーハ１１とシリコンエピタキシャル層１３の境界からシリコンウェーハ１１の厚み方向に０．７μｍ以上４．８μｍ以下とすることができる。
この低ボロン濃度層１２の形成により、エピタキシャル層形成工程Ｓ６時に生じるシリコンウェーハ１１からシリコンエピタキシャル層１３へのボロンの拡散をより低減することができる。低ボロン濃度層１２の厚みはアルゴンアニールの熱処理温度、時間を調整することにより、任意に厚みを調整することができる。
【0048】
水素および塩化水素を含むガス雰囲気下でのプリベーク工程Ｓ５では、エピタキシャル装置内（アプライドマテリアル社製：Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標））において、シリコンウェーハに対して以下の条件範囲で熱処理を行うことが望ましい。
雰囲気：水素ガス、塩化水素ガス
水素ガスの流量：４０Ｌ／分
塩化水素ガスの流量：１Ｌ／分
熱処理温度：１０５０℃以上１２５０℃以下
熱処理時間：３０秒以上３００秒以下
雰囲気：水素ガス、塩化水素ガス
水素ガスの流量：４０Ｌ／分
塩化水素ガスの流量：１Ｌ／分
熱処理温度：１０５０℃以上１２５０℃以下
熱処理時間：３０秒以上３００秒以下
【0049】
プリベーク工程Ｓ５によるシリコンウェーハ表層部の取代は、１００ｎｍ以上３００ｎｍであることが好ましく、１５０ｎｍ±１０ｎｍであることがさらに好ましい。
【0050】
エピタキシャル層形成工程Ｓ６では、プリベーク工程Ｓ５を行ったシリコンウェーハに対して以下の条件範囲でエピタキシャル層を成長させることが望ましい。
ドーパントガス：フォスフィン（ＰＨ３）ガス
原料ソースガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス
キャリアガス：水素ガス
成長温度：１０５０℃以上１１５０℃以下
エピタキシャル層の厚さ：１μｍ以上１０μｍ以下
エピタキシャル層の抵抗率：０．０１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下
リン濃度：４．４４×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上４．５３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
エピタキシャル層形成工程Ｓ６を行うことによって、シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハが製造される。
ドーパントガス：フォスフィン（ＰＨ３）ガス
原料ソースガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス
キャリアガス：水素ガス
成長温度：１０５０℃以上１１５０℃以下
エピタキシャル層の厚さ：１μｍ以上１０μｍ以下
エピタキシャル層の抵抗率：０．０１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下
リン濃度：４．４４×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上４．５３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
エピタキシャル層形成工程Ｓ６を行うことによって、シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハが製造される。
【0051】
上記プロセスフローを実施することにより、エピタキシャル層へのＳＦの発生を低減可能なシリコンウェーハの提供および、エピタキシャル層のＳＦ密度が低減されたエピタキシャルシリコンウェーハの提供を行うことができる。
具体的には、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加され、ボロンがドープされたシリコンウェーハを提供するもので、従来存在しない新規なシリコンウェーハである。
具体的には、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加され、ボロンがドープされたシリコンウェーハを提供するもので、従来存在しない新規なシリコンウェーハである。
【0052】
ボロンドープによって、サイズの大きな転位ループの欠陥密度が低減されたシリコンウェーハとなる。このシリコンウェーハは、エピタキシャル欠陥（エピタキシャル層表面で観察されるＬＰＤ／ＳＦ）の発生を低減することができる、エピタキシャル成長用バルクウェーハとして有効に機能する。
【0053】
また、シリコンウェーハの酸素濃度を４×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることによって、ボロンをドープした場合においても、デバイス耐圧の不良を防止することができる。
【0054】
また、シリコンエピタキシャル層を形成する前のシリコンウェーハにアルゴンアニールを施すことによって、シリコンウェーハの表層部のボロン濃度が低下し、シリコンエピタキシャル層形成時に生じるシリコンエピタキシャル層へのボロン拡散量を低減することができる。
シリコンエピタキシャル層へのボロン拡散量を低減させたことにより、エピタキシャルシリコンウェーハにデバイスを作製するデバイス工程における熱処理時に、シリコンエピタキシャル層中の取り込まれたボロンを起因とした欠陥発生による電気特性の劣化を抑制することができる。
シリコンエピタキシャル層へのボロン拡散量を低減させたことにより、エピタキシャルシリコンウェーハにデバイスを作製するデバイス工程における熱処理時に、シリコンエピタキシャル層中の取り込まれたボロンを起因とした欠陥発生による電気特性の劣化を抑制することができる。
【0055】
なお、上記実施形態ではシリコンウェーハの抵抗率を０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下としたが、より低抵抗化されたシリコンウェーハとして、抵抗率は０．９ｍΩ・ｃｍ以下とすることが好ましい。抵抗率が低くなるほどエピタキシャル層へのＳＦ発生が顕著となるため、本発明のボロンドープの効果がより発揮される。
【0056】
さらに、本実施形態のシリコンウェーハは、抵抗率が１．２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンをドープしたシリコン融液から単結晶インゴットから製造される。リンが高濃度に添加されていることにより、単結晶インゴットの製造過程で酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Oxidation induced Stacking Fault）が発生するＯＳＦリング領域がインゴット中心で消滅した、ＣＯＰが存在しない結晶領域となる。すなわち、本実施形態のシリコンウェーハは、リンの高濃度添加によりＣＯＰが存在しないウェーハとすることができ、エピタキシャル層にＣＯＰを起因とした欠陥の発生を防止することができる。
【実施例0057】
以下、本発明の実施例および比較例の実験条件および評価結果について説明する。
＜転位ループ評価＞
以下の実施例１および比較例２について、転位ループに関する評価を行った。
＜実施例１＞
実施例１では、図３を参照して説明したエピタキシャルシリコンウェーハの製造フローの条件範囲にてエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。単結晶インゴットの育成条件は、シリコン原料を溶解する前にボロン粉末を添加すると共に、単結晶インゴット直胴部の上端で抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍとなるように原料溶解後のシリコン融液にリンを添加して単結晶インゴットを製造した。
ボロンを添加した単結晶インゴット直胴部のトップ側のインゴット位置からサンプルウェーハを切り出し、所定の加工処理を施して鏡面シリコンウェーハを製作した。このシリコンウェーハの抵抗率を四探針法で測定したところ、抵抗率は０．７５ｍΩ・ｃｍであり、シリコンウェーハのボロン濃度は１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
＜転位ループ評価＞
以下の実施例１および比較例２について、転位ループに関する評価を行った。
＜実施例１＞
実施例１では、図３を参照して説明したエピタキシャルシリコンウェーハの製造フローの条件範囲にてエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。単結晶インゴットの育成条件は、シリコン原料を溶解する前にボロン粉末を添加すると共に、単結晶インゴット直胴部の上端で抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍとなるように原料溶解後のシリコン融液にリンを添加して単結晶インゴットを製造した。
ボロンを添加した単結晶インゴット直胴部のトップ側のインゴット位置からサンプルウェーハを切り出し、所定の加工処理を施して鏡面シリコンウェーハを製作した。このシリコンウェーハの抵抗率を四探針法で測定したところ、抵抗率は０．７５ｍΩ・ｃｍであり、シリコンウェーハのボロン濃度は１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
【0058】
＜比較例１＞
上記実施例１と比較して、単結晶インゴットの育成段階でボロンドープを行わないこと以外は、実施例１と同一の製造条件でシリコンウェーハを製造した。実施例１と同様に、抵抗率が０．７５ｍΩ・ｃｍのサンプルウェーハを切り出し、所定の加工処理を施して鏡面シリコンウェーハを製作した。
上記実施例１と比較して、単結晶インゴットの育成段階でボロンドープを行わないこと以外は、実施例１と同一の製造条件でシリコンウェーハを製造した。実施例１と同様に、抵抗率が０．７５ｍΩ・ｃｍのサンプルウェーハを切り出し、所定の加工処理を施して鏡面シリコンウェーハを製作した。
【0059】
実施例１および比較例１のシリコンウェーハを厚み方向に劈開し、劈開断面を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）で観察した。図５は、実施例１および比較例１のシリコンウェーハの転位ループの評価結果を示すグラフである。図５の横軸は転位ループサイズであり、縦軸は転位ループ密度である。
図５（ａ）はボロンをドープしなかった比較例１のシリコンウェーハの結果を示すもので、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長くなる結晶トップ側で切り出したサンプルウェーハであるため、１００ｎｍを超える大きな転位ループ欠陥が多数観察された。
一方、図５（ｂ）はボロンを高濃度にドープした実施例１のシリコンウェーハの結果を示すもので、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長くなる結晶トップ側で切り出したサンプルウェーハであるため、サイズの小さな転位ループが多数観察されたものの、１００ｎｍを超える大きな転位ループの密度が大きく低下することが確認できた。
すなわち、ボロンドープによりシリコンウェーハに形成されるサイズの大きな転位ループの密度が低下することが確認された。
図５（ａ）はボロンをドープしなかった比較例１のシリコンウェーハの結果を示すもので、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長くなる結晶トップ側で切り出したサンプルウェーハであるため、１００ｎｍを超える大きな転位ループ欠陥が多数観察された。
一方、図５（ｂ）はボロンを高濃度にドープした実施例１のシリコンウェーハの結果を示すもので、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長くなる結晶トップ側で切り出したサンプルウェーハであるため、サイズの小さな転位ループが多数観察されたものの、１００ｎｍを超える大きな転位ループの密度が大きく低下することが確認できた。
すなわち、ボロンドープによりシリコンウェーハに形成されるサイズの大きな転位ループの密度が低下することが確認された。
【0060】
〔ＬＰＤ密度評価〕
ＳＦ核が形成される温度帯域の滞在時間が長くなるインゴット直胴部のトップ側から切り出したサンプルシリコンウェーハを用いてシリコンエピタキシャル層を形成した場合、エピタキシャル層でＳＦが多発しＬＰＤ密度が増加するため、本実験では直胴部のトップ側から切り出した以下の実施例２、３および比較例２、３のサンプルシリコンウェーハを作成し、エピタキシャル層形成後のエピタキシャル層表面で観察されるＬＰＤ密度を測定した。
以下、各実施例および各比較例における共通処理工程として実施した、裏面酸化膜形成工程およびエピタキシャル層形成工程の具体的条件は以下の通りである。
［裏面酸化膜形成条件］
各シリコンウェーハの裏面（エピタキシャル膜の形成面と反対の面）に、以下の条件にて裏面酸化膜を形成した。
原料ガス：モノシラン（ＳｉＨ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガス
成膜方法：ＣＶＤ法
成膜温度：４００℃
裏面酸化膜の厚さ：５５０ｎｍ
各シリコンウェーハの面取り部および裏面外周部に存在する酸化膜をエッチング処理により除去した。
［水素ベーク処理条件］
雰囲気：水素ガス
熱処理温度：１２００℃
熱処理時間：３０秒
［エピタキシャル膜成長条件］
ドーパントガス：フォスフィン（ＰＨ３ ）ガス
原料ソースガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス
キャリアガス：水素ガス
成長温度：１０８０℃
エピタキシャル膜の厚さ：４μｍ
抵抗率（ エピタキシャル膜抵抗率）：０．３Ω・ｃｍ
＜比較例２＞
ボロンドープを行わず、転位ループが多数観察された比較例１のシリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
ＳＦ核が形成される温度帯域の滞在時間が長くなるインゴット直胴部のトップ側から切り出したサンプルシリコンウェーハを用いてシリコンエピタキシャル層を形成した場合、エピタキシャル層でＳＦが多発しＬＰＤ密度が増加するため、本実験では直胴部のトップ側から切り出した以下の実施例２、３および比較例２、３のサンプルシリコンウェーハを作成し、エピタキシャル層形成後のエピタキシャル層表面で観察されるＬＰＤ密度を測定した。
以下、各実施例および各比較例における共通処理工程として実施した、裏面酸化膜形成工程およびエピタキシャル層形成工程の具体的条件は以下の通りである。
［裏面酸化膜形成条件］
各シリコンウェーハの裏面（エピタキシャル膜の形成面と反対の面）に、以下の条件にて裏面酸化膜を形成した。
原料ガス：モノシラン（ＳｉＨ４）と酸素（Ｏ２）の混合ガス
成膜方法：ＣＶＤ法
成膜温度：４００℃
裏面酸化膜の厚さ：５５０ｎｍ
各シリコンウェーハの面取り部および裏面外周部に存在する酸化膜をエッチング処理により除去した。
［水素ベーク処理条件］
雰囲気：水素ガス
熱処理温度：１２００℃
熱処理時間：３０秒
［エピタキシャル膜成長条件］
ドーパントガス：フォスフィン（ＰＨ３ ）ガス
原料ソースガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス
キャリアガス：水素ガス
成長温度：１０８０℃
エピタキシャル膜の厚さ：４μｍ
抵抗率（ エピタキシャル膜抵抗率）：０．３Ω・ｃｍ
＜比較例２＞
ボロンドープを行わず、転位ループが多数観察された比較例１のシリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
【0061】
＜比較例３＞
比較例１のシリコンウェーハにアルゴンアニール（アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理）を施した後、シリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
比較例１のシリコンウェーハにアルゴンアニール（アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理）を施した後、シリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
【0062】
＜実施例２＞
ボロンドープを行った実施例１のシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施さずに、シリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
ボロンドープを行った実施例１のシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施さずに、シリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
【0063】
＜実施例３＞
ボロンドープを行った実施例１のシリコンウェーハにアルゴンアニール（アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理）を施した後、シリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。実施例２，３、比較例２，３ともエピタキシャル成長処理条件は同一条件である。
ボロンドープを行った実施例１のシリコンウェーハにアルゴンアニール（アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理）を施した後、シリコンウェーハ表面上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。実施例２，３、比較例２，３ともエピタキシャル成長処理条件は同一条件である。
【0064】
比較例２のエピタキシャルシリコンウェーハのシリコンエピタキシャル層表面のＬＰＤ密度を表面欠陥検査装置（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ－１）を用いて測定した。具体的には、Ｎｏｒｍａｌモード（ＤＣＮモード）で測定し、エピタキシャル膜表面で観察される９０ｎｍサイズ以上のＬＰＤ密度を測定した。測定エリアは、エピタキシャルシリコンウェーハの最外周から径方向内側に３ｍｍまでの環状領域を除くエピタキシャル層表面とした。カウントされたＬＰＤ個数はＳＦ個数と見做すことができる。その結果、検出個数が多すぎてオーバーフロー（１０万個／ウェーハ以上）してしまい、ＬＰＤ測定そのものが行えなかった。
シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した比較例３では、比較例２に比べてＬＰＤ密度を低減できたものの、２８０個／ウェーハのＬＰＤが観察された。以下、各実施例および各比較例のＬＰＤ密度を比較例２の測定条件と同条件で測定した。
シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した比較例３では、比較例２に比べてＬＰＤ密度を低減できたものの、２８０個／ウェーハのＬＰＤが観察された。以下、各実施例および各比較例のＬＰＤ密度を比較例２の測定条件と同条件で測定した。
【0065】
実施例２のエピタキシャルシリコンウェーハのシリコンエピタキシャル層表面のＬＰＤ密度を測定したところ、９万個／ウェーハ以上のＬＰＤが観察された。これは、ボロンドープによりシリコンウェーハには大きなサイズの複合転位ループの密度は少なくなったものの、１００ｎｍ未満のサイズの小さな転位ループが多数存在することによるものと推測される。
【0066】
エピタキシャル成長処理前に、シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した実施例３では、エピタキシャル層表面のＬＰＤ密度は大きく低下し、１２０個／ウェーハのＬＰＤ密度となった。これは、アルゴンアニールにより、シリコンウェーハ表層部に存在する１００ｎｍ未満のサイズの小さな転位ループが消失したことによるものと考えられる。
【0067】
以上より、ボロンをドープするとともに、シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した場合には、シリコンエピタキシャル層へのＳＦ発生の低減効果が高まり、エピタキシャル層形成後のＬＰＤ密度を比較例３と比べて１／２程度にまで低下できることが明らかとなった。
【0068】
〔ボロン濃度プロファイル評価〕
ボロンドープを行うと、シリコンエピタキシャル層形成時などの熱処理により、シリコンエピタキシャル層へのボロン拡散を生じてしまうため、シリコンエピタキシャル層へのボロン拡散の挙動に関する評価を行った。
＜実施例４＞
実施例１と同じシリコンウェーハ（ウェーハ厚み中心部のボロン濃度：１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を準備し、アルゴンアニールを施すことなく実施例２と同様のシリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
＜実施例５＞
実施例４と同様のシリコンウェーハに実施例３と同様のアルゴンアニールを施した後、シリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
ボロンドープを行うと、シリコンエピタキシャル層形成時などの熱処理により、シリコンエピタキシャル層へのボロン拡散を生じてしまうため、シリコンエピタキシャル層へのボロン拡散の挙動に関する評価を行った。
＜実施例４＞
実施例１と同じシリコンウェーハ（ウェーハ厚み中心部のボロン濃度：１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）を準備し、アルゴンアニールを施すことなく実施例２と同様のシリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
＜実施例５＞
実施例４と同様のシリコンウェーハに実施例３と同様のアルゴンアニールを施した後、シリコンエピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
【0069】
図６は、実施例４および実施例５のエピタキシャルシリコンウェーハについて二次イオン質量分析法を用いて測定したボロン濃度プロファイルの調査結果を示すグラフである。図６の横軸はエピタキシャルシリコンウェーハ表面からの深さであり、縦軸はボロン濃度である。エピタキシャルシリコンウェーハ表面から深さ４μｍに、シリコンエピタキシャル層とシリコンウェーハの界面があることがわかる。
【0070】
シリコンウェーハにアルゴンアニールを施さなかった実施例４は、低ボロン濃度層の幅は０．２μｍ未満であった。一方、シリコンエピタキシャル層の形成前にアルゴンアニールを施した実施例５は、シリコンエピタキシャル層とシリコンウェーハの界面からウェーハの深さ方向に、厚さ１．４μｍの低ボロン濃度層が形成され、シリコンエピタキシャル層のボロン濃度はシリコンウェーハとの界面部近傍を除き、ほぼエピタキシャル層全域に亘り、ボロン濃度が検出限界以下（２×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下）であることが確認された。
なお、低ボロン濃度層の厚みはアルゴンアニール条件に依存し、アルゴンアニールにおける熱処理温度、時間を調整することにより任意に低ボロン濃度層の厚みを調整することができる。シリコンウェーハ表層部に所定厚みの低ボロン濃度層を形成しておくことにより、シリコンウェーハからエピタキシャル層へのボロンの拡散量を低減することができる。
なお、低ボロン濃度層の厚みはアルゴンアニール条件に依存し、アルゴンアニールにおける熱処理温度、時間を調整することにより任意に低ボロン濃度層の厚みを調整することができる。シリコンウェーハ表層部に所定厚みの低ボロン濃度層を形成しておくことにより、シリコンウェーハからエピタキシャル層へのボロンの拡散量を低減することができる。
【0071】
例えば、その他の条件は全て実施例５と同条件とし、１１５０℃×１０分の熱処理条件に変更した場合は０．７μｍ、１２００℃×１０分の場合は１．２μｍ、１１５０℃×６０分の場合は１．１μｍ、１２００℃×６０分の場合は１．８μｍ、１３００℃×６０分の場合は４．８μｍであった。すなわち、アルゴンアニールにおける熱処理温度、時間を調整することにより任意に低ボロン濃度層の厚みを調整することができる。シリコンウェーハ表層部に所定厚みの低ボロン濃度層を形成しておくことにより、シリコンウェーハからエピタキシャル層へのボロンの拡散量を低減することができる。
【0072】
〔スリップ転位評価〕
以下の比較例４，５、実施例６，７について、ボロンドープ、アルゴンアニールの有無によるスリップ転位（シリコンの結晶面に沿った欠陥）発生の有無について調査した。
なお、比較例４，５、実施例６，７のシリコンウェーハに共通する仕様・条件を以下に列挙する。
抵抗率：０．８２ｍΩ・ｃｍ
ボロン濃度：１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
また、アルゴンアニールを施す比較例５、実施例７におけるアルゴンアニールは、アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理である。
また、以下の説明における「エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理」とは、エピタキシャル装置（アプライドマテリアル社製：Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標））内に原料ソースガスは導入せずに行う熱処理であり、水素ガス雰囲気内で１１５０℃で１分の熱処理を意味する。
＜比較例４＞
ボロンドープを行わなかったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施すことなく、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った（熱処理のみでシリコンエピタキシャル層は成長させなかった。）。
＜比較例５＞
ボロンドープを行わなかったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施し、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った。
＜実施例６＞
ボロンドープを行ったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施すことなく、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った。
＜実施例７＞
ボロンドープを行ったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施し、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った。
以下の比較例４，５、実施例６，７について、ボロンドープ、アルゴンアニールの有無によるスリップ転位（シリコンの結晶面に沿った欠陥）発生の有無について調査した。
なお、比較例４，５、実施例６，７のシリコンウェーハに共通する仕様・条件を以下に列挙する。
抵抗率：０．８２ｍΩ・ｃｍ
ボロン濃度：１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３
また、アルゴンアニールを施す比較例５、実施例７におけるアルゴンアニールは、アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理である。
また、以下の説明における「エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理」とは、エピタキシャル装置（アプライドマテリアル社製：Ｃｅｎｔｕｒａ（登録商標））内に原料ソースガスは導入せずに行う熱処理であり、水素ガス雰囲気内で１１５０℃で１分の熱処理を意味する。
＜比較例４＞
ボロンドープを行わなかったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施すことなく、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った（熱処理のみでシリコンエピタキシャル層は成長させなかった。）。
＜比較例５＞
ボロンドープを行わなかったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施し、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った。
＜実施例６＞
ボロンドープを行ったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施すことなく、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った。
＜実施例７＞
ボロンドープを行ったシリコンウェーハに対してアルゴンアニールを施し、エピタキシャル層成長条件に対応した熱処理を行った。
【0073】
それぞれのシリコンウェーハに対して、Ｘ線トポグラフィーにてウェーハ表面で観察されるスリップ転位の有無を確認した。その結果、図７に示すように、何れのシリコンウェーハにもスリップ転位は確認されず、高濃度にボロンドープを行った場合においても、スリップ転位が発生しないことを確認できた。
【0074】
〔抵抗率とボロン濃度とＬＰＤ密度に関する検証〕
以下の比較例６，７、実施例８，９について、抵抗率とボロン濃度とＬＰＤ密度との相関関係を検証するため、複数の条件でシリコンウェーハを製造し、各シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を形成し、エピタキシャル層表面で観察されるＬＰＤ密度の測定を行った。
なお、以下の比較例７、実施例９におけるアルゴンアニールは、アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理である。
＜比較例６＞
ボロンドープは行わず、単結晶インゴット直胴部の上端の抵抗率が１．２ｍΩ・ｃｍとなるようにリンをドープして抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施さずに、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
＜比較例７＞
比較例６と同様に、ボロンドープは行わず、抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。ボロンドープは行わず、各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した後、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
以下の比較例６，７、実施例８，９について、抵抗率とボロン濃度とＬＰＤ密度との相関関係を検証するため、複数の条件でシリコンウェーハを製造し、各シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を形成し、エピタキシャル層表面で観察されるＬＰＤ密度の測定を行った。
なお、以下の比較例７、実施例９におけるアルゴンアニールは、アルゴンガス雰囲気中で１２００℃×３０分の熱処理である。
＜比較例６＞
ボロンドープは行わず、単結晶インゴット直胴部の上端の抵抗率が１．２ｍΩ・ｃｍとなるようにリンをドープして抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施さずに、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
＜比較例７＞
比較例６と同様に、ボロンドープは行わず、抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．２ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。ボロンドープは行わず、各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した後、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
【0075】
＜実施例８＞
比較例６と同様に、抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．０ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。単結晶インゴット直胴部の上端のボロン濃度が１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、単結晶インゴット直胴部の下端（固化率１）のボロン濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにボロンドープを行った。ただし、各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施さずに、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
＜実施例９＞
比較例６と同様に、抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．０ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。単結晶インゴット直胴部の上端のボロン濃度が１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、単結晶インゴット直胴部の下端（固化率１）のボロン濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにボロンドープを行い、各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した後、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
比較例６と同様に、抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．０ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。単結晶インゴット直胴部の上端のボロン濃度が１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、単結晶インゴット直胴部の下端（固化率１）のボロン濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにボロンドープを行った。ただし、各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施さずに、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
＜実施例９＞
比較例６と同様に、抵抗率範囲が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．０ｍΩ・ｃｍ以下の単結晶インゴットを育成し、単結晶インゴットから抵抗率が異なる複数のシリコンウェーハを製造した。単結晶インゴット直胴部の上端のボロン濃度が１．２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、単結晶インゴット直胴部の下端（固化率１）のボロン濃度が７．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３となるようにボロンドープを行い、各シリコンウェーハにアルゴンアニールを施した後、厚さ４μｍのエピタキシャル層を形成した。
【0076】
図８は、実施例８、実施例９および比較例６、比較例７の各エピタキシャルシリコンウェーハそれぞれについて、シリコンウェーハの抵抗率とエピタキシャル層表面で観察されたＬＰＤ密度の関係を示すグラフである。図８の横軸は、育成したインゴット直胴部の全体長さの固化量を１としたときの、シリコンウェーハが切り出された位置をインゴット直胴部の固化率で示したものである。
【0077】
図８に示されるように、ボロンドープを行い、かつ、エピタキシャル成長処理前にアルゴンアニールを施さなかった実施例８では、固化率に係わらず、ボロンドープを行わず、シリコンウェーハにアルゴンアニールを施さなかった比較例６のＬＰＤ密度の測定結果と同等のＬＰＤ密度が観察され、ボロンドープによるＬＰＤ低減効果は確認されなかった。
【0078】
一方、ボロンドープを行い、かつ、エピタキシャル成長処理前にシリコンウェーハにアルゴンアニールを施した実施例９では、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が長くなるトップ側の結晶領域から切り出したシリコンウェーハを用いた場合であっても、ＬＰＤ密度を１２０個／ウェーハ以下とすることができた。また、ＳＦ核発生温度帯域滞在時間が短くなるボトム側の結晶領域（固化率０．６以上の結晶領域）から切り出したシリコンウェーハを用いた場合には、ＬＰＤ密度をすべて１０個／ウェーハ以下とすることができた。これは、高濃度のボロンドープにより転位ループ欠陥の微細化を図るとともに、シリコンウェーハにアルゴンアニールを施すことによって微細化した転位ループ欠陥を消滅させたことによるもので、高濃度のボロンドープとアルゴンアニールの相乗効果によってＳＦの低減効果が得られたものと推測される。
【0079】
ボロンドープを行わず、エピタキシャル成長処理前にシリコンウェーハにアルゴンアニールを施した比較例７では、比較例６と比較するとＬＰＤ密度を減少させることができたが、トップ側の結晶領域から切り出したシリコンウェーハを用いた場合は、ＬＰＤ密度が１００個／ウェーハから３００個／ウェーハとなった。
【0080】
以上の結果より、ボロンドープを行い、かつ、エピタキシャル成長処理前にシリコンウェーハにアルゴンアニールを施すことで、単結晶インゴットの全ての結晶領域でエピタキシャル層表面で観察されるＬＰＤ密度を少なくとも１２０個／ウェーハとすることができることがわかった。
【符号の説明】
【0081】
１０…エピタキシャルシリコンウェーハ、１１…シリコンウェーハ、１２…低ボロン濃度層、１３…エピタキシャル層、Ｃ…中心部、Ｄ…深さ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】