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特開2024-77071ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置、及び、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法。
(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】P2024077071
(43)【公開日】2024-06-07
(54)【発明の名称】ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置、及び、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法。
(51)【国際特許分類】
H01L 21/20 20060101AFI20240531BHJP
C30B 29/38 20060101ALI20240531BHJP
C30B 29/04 20060101ALI20240531BHJP
【ＦＩ】
H01L21/20
C30B29/38 D
C30B29/38 C
C30B29/04 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022188893
(22)【出願日】2022-11-28
(71)【出願人】
【識別番号】000190149
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(74)【代理人】
【識別番号】100194881
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 俊弘
(74)【代理人】
【識別番号】100215142
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 徹
(72)【発明者】
【氏名】大槻 剛
(72)【発明者】
【氏名】阿部 達夫
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 三千登
(72)【発明者】
【氏名】水澤 康
(72)【発明者】
【氏名】松原 寿樹
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 温
【テーマコード（参考）】
4G077
5F152
【Ｆターム（参考）】
4G077BA03
4G077BE13
4G077BE15
4G077ED04
4G077ED06
4G077HA12
5F152LL02
5F152LN03
5F152LN05
5F152NN03
5F152NN30
5F152NQ02
5F152NQ09
(57)【要約】 （修正有）
【課題】ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置及びヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法を提供する。
【解決手段】表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板で１あって、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
【選択図】図１
【解決手段】表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板で１あって、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、
以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
【請求項2】
前記ドーパントはボロンであることを特徴とする、請求項１に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
【請求項3】
請求項１又は２に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板と、
前記ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面に形成された前記ヘテロエピタキシャル層と、
を備えることを特徴とする、エピタキシャル基板。
前記ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面に形成された前記ヘテロエピタキシャル層と、
を備えることを特徴とする、エピタキシャル基板。
【請求項4】
前記ヘテロエピタキシャル層を構成する材料は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドのいずれか１種であることを特徴とする、請求項３に記載のエピタキシャル基板。
【請求項5】
請求項３に記載のエピタキシャル基板を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項6】
以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する単結晶製造工程と、
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、
を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、
を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置、及び、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
シリコン基板上にダイヤモンドやＧａＮなどのシリコンと異なるヘテロエピタキシャル材料をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシャル技術は高価な材料を安価なシリコン基板上に成長させるために、低価格かつ大口径化が可能になり、非常に有効な手法である。しかしながら、シリコンとは異なる材料を成長させることから、シリコンとエピタキシャル材料の格子定数、線膨張係数が異なることによって、エピタキシャル成長後に基板にストレスが生じ、ストレスに起因して転位が発生し、さらに転位が束になってスリップとなることで、基板の反りが生じる場合があり、最悪のケースでは基板に割れが生じて破損してしまう問題がある。
【0003】
基板の反りや割れを抑制する技術としてはシリコン基板を厚くする技術があるが、それ以外の技術として、シリコン基板に着目してシリコンの特性から基板の反りや割れを抑制する試みがなされている。例えば、特許文献１には、単結晶シリコン基板上に付着させたダイヤモンド粒子を核として、化学気相成長法により、単結晶シリコン基板上に厚さが１００μｍ以上の多結晶ダイヤモンド層を成長させる際のシリコン基板として５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以下の酸素濃度の基板を使用することが開示されている。
【0004】
さらに別の方法として、シリコン基板をベースとした安価な窒化物半導体の形成に適したシリコン基板としてボロンの濃度を窒素の１０～１０７倍の濃度に制御し、厚膜の窒化物半導体エピタキシャル層を成長させた場合でも、各材料間の格子定数差および熱膨張係数差から生じる、反りや割れの発生を低減し、機械的強度や、熱的強度に優れた窒化物半導体形成用基板が提案されている（特許文献２）。
【0005】
さらに別の方法として、酸素濃度が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度以下の低酸素単結晶シリコン基板上に、炭化ケイ素薄膜、ダイヤモンド薄膜を順次積層することが提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２０－１０２５９８号公報
【特許文献2】特開２０２２－１２４０１２号公報
【特許文献3】特開２００２－２６１０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
このように、シリコン基板上へのヘテロエピタキシャルを行なう場合のシリコン基板として軽元素に注目した技術があるが、実際のシリコン基板には先行技術文献に記載の酸素、ボロン、窒素以外にも炭素も含まれており、ヘテロエピタキシャル用シリコン基板の特徴は先行技術だけで規定できるものではない。
【0008】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置、及びヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法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】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、シリコン単結晶基板へのダイヤモンド成長やＧａＮ、ＡｌＮなどのヘテロエピタキシャル成長用に使用するシリコン基板に関する技術であり、より詳しくは、シリコン基板中の軽元素を最適化してヘテロエピタキシャル成長時のシリコン基板の反りや割れを抑制する技術である。
より具体的には、本発明は、表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を提供する。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
より具体的には、本発明は、表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を提供する。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
【0010】
この構成では、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板がドーパント、酸素、窒素、炭素を条件１～４のうちの１つ以上を満たすように含有しているので、基板上にヘテロエピタキシャル成長を行う際に基板に生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを、条件１～４のいずれかに規定する含有量を満たす元素が阻止する。
つまり、ドーパント、酸素、窒素、炭素のうちの１つ以上の元素により転位の伸展が抑制され、結果としてスリップの進展も抑制される。
そのため、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
ここでドーパントとは、単結晶シリコンの抵抗率を制御するために添加されるボロン、Ａｌ、Ｇａ、インジウム、リン、ヒ素、アンチモン等の不純物のことをいう。
つまり、ドーパント、酸素、窒素、炭素のうちの１つ以上の元素により転位の伸展が抑制され、結果としてスリップの進展も抑制される。
そのため、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
ここでドーパントとは、単結晶シリコンの抵抗率を制御するために添加されるボロン、Ａｌ、Ｇａ、インジウム、リン、ヒ素、アンチモン等の不純物のことをいう。
【0011】
前記ドーパントはボロンであってもよい。ドーパントがボロンであると、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板がｐ型の半導体になる。またボロンの含有量を調整することで、基板の抵抗率を制御できるものとなる。
【0012】
また、本発明は、上記に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板と、前記ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面に形成された前記ヘテロエピタキシャル層と、を備えることを特徴とする、エピタキシャル基板を提供する。
【0013】
この構成では、エピタキシャル基板のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板がドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量を条件１～４のうちの１つ以上を満たすように含有しているので、基板上にヘテロエピタキシャル成長を行った際に基板に生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを、条件１～４のいずれかに規定する含有量を満たす元素が阻止する。
そのため、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制されたものとなる。
そのため、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制されたものとなる。
【0014】
前記ヘテロエピタキシャル層を構成する材料は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドのいずれか１種であってもよい。ヘテロエピタキシャル層を構成する材料をＧａＮとすることで、半導体デバイスを形成した際にシリコン半導体デバイスよりも絶縁破壊電圧が高く、電子飽和速度が速いデバイスになる。ヘテロエピタキシャル層を構成する材料をＡｌＮ、ダイヤモンドとすることで、半導体デバイスを形成した際にシリコン半導体デバイスよりも絶縁破壊電圧が極めて高いデバイスになる。
【0015】
さらに、本発明は上記に記載のエピタキシャル基板を備えることを特徴とする半導体装置を提供する。
【0016】
この構成では、半導体装置が上記に記載のエピタキシャル基板を備えるため、ヘテロエピタキシャル成長を行った際に基板に生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを阻止され、反りや割れが抑制されたものとなっている。そのため、反りや割れが抑制され、信頼性の高い半導体装置となる。
【0017】
また、本発明は、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する単結晶製造工程と、
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法を提供する。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法を提供する。
【0018】
この構成ではヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する際に単結晶製造工程で、ドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量が条件１～４のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造しているので、この単結晶シリコンから製造したヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板上にヘテロエピタキシャル成長を行う際に基板に生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを、条件１～４のいずれかに規定する含有量を満たす元素が阻止する。
そのため、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できる。
そのため、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置、及びヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法を提供できる。
また、本発明の構成により、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなるため、大口径のシリコン基板上へのヘテロエピタキシャル成長が可能なものとなる。
また、本発明の構成により、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなるため、大口径のシリコン基板上へのヘテロエピタキシャル成長が可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態に係るヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、およびエピタキシャル基板の概略構成を示す。
【図2】本発明の実施形態に係るヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法の概略を示す。
【図3】実施例においてヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板が含有する各種軽元素の含有量とスリップの長さの一覧を示す。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0022】
上述のように、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、エピタキシャル基板、半導体装置、及びヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法が求められていた。
【0023】
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、先行技術とは異なりシリコン基板の特徴を俯瞰的に捉え、ヘテロエピタキシャル用基板に適したシリコン単結晶基板に求められる構成を模索した。
その結果、表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板により、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できることを見出し、本発明を完成した。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
その結果、表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板により、ヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できることを見出し、本発明を完成した。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
【0024】
また、上記に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板と、前記ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面に形成された前記ヘテロエピタキシャル層と、を備えることを特徴とする、エピタキシャル基板により、反りや割れが生じるのが抑制された高品質のエピタキシャル基板を提供できることを見出し、本発明を完成した。
【0025】
さらに、上記に記載のエピタキシャル基板を備えることを特徴とする半導体装置により、反りや割れが生じるのを抑制された高品質で信頼性の高い半導体装置を提供できることを見出し、本発明を完成した。
【0026】
また、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する単結晶製造工程と、
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法により、得られたヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面にヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できることを見出し、本発明を完成した。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法により、得られたヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面にヘテロエピタキシャル層を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できることを見出し、本発明を完成した。
【0027】
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。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の構成を説明する。
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係るヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の構成を説明する。
【0028】
図１に示すように、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は表面にヘテロエピタキシャル層３を成長させるための単結晶シリコン基板である。
ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の寸法、形状は成長させるヘテロエピタキシャル層３の材料、寸法、形状に応じて適宜選択できるが、円板状のウェーハと呼ばれるものを例示できる。
ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の寸法、形状は成長させるヘテロエピタキシャル層３の材料、寸法、形状に応じて適宜選択できるが、円板状のウェーハと呼ばれるものを例示できる。
【0029】
ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす。好ましくは、２つ以上の条件、より好ましくは３つ、あるいは４つ全ての条件を満たすのが好適である。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
以下、これらの条件について説明する。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
以下、これらの条件について説明する。
【0030】
条件１は、ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上であることを規定したものである。ドーパントは公知の単結晶シリコン基板においては抵抗率を制御したり、ｎ型、ｐ型のような多数キャリアの種類を制御したりするために含有させるものであるが、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は条件１を満たす範囲でドーパントを含有することで、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
具体的には、条件１を満たすことで、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１上にヘテロエピタキシャル成長を行ってヘテロエピタキシャル層３を生成する際に、シリコンとヘテロエピタキシャル層３を構成する材料の格子定数や線膨張係数の相違に起因してヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がヘテロエピタキシャル層３に拡張するのをドーパントが阻止する。これにより転位が束になってスリップとなったり、スリップを起点に反りや割れが生じたりするのを抑制することができる。
具体的には、条件１を満たすことで、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１上にヘテロエピタキシャル成長を行ってヘテロエピタキシャル層３を生成する際に、シリコンとヘテロエピタキシャル層３を構成する材料の格子定数や線膨張係数の相違に起因してヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がヘテロエピタキシャル層３に拡張するのをドーパントが阻止する。これにより転位が束になってスリップとなったり、スリップを起点に反りや割れが生じたりするのを抑制することができる。
【0031】
ドーパントとしては、シリコン基板の抵抗率を制御するために含有させる公知の元素であればよい。例えばボロンのような軽元素を例示できる。ドーパントがボロンであると、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１がｐ型の半導体になる。またボロンの含有量を調整することで、基板の抵抗率を制御できる。
ボロン以外のドーパントとしてはヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１をｐ型半導体にできるインジウムや、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１をｎ型半導体にできるリン、ヒ素、アンチモンを例示できる。
ボロン以外のドーパントとしてはヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１をｐ型半導体にできるインジウムや、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１をｎ型半導体にできるリン、ヒ素、アンチモンを例示できる。
【0032】
条件２は、酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上であることを規定したものである。酸素はシリコン単結晶の機械的強度を向上させるものであり、抵抗率にも影響するが、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は条件２を満たす範囲で酸素を含有することで、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
具体的には、条件２を満たすことで、条件１を満たした場合と同様に、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを酸素が阻止し、反りや割れが生じるのを抑制する。この場合、酸素濃度（含有量）の基準はＡＳＴＭ’７９（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に準じるものとする。
具体的には、条件２を満たすことで、条件１を満たした場合と同様に、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを酸素が阻止し、反りや割れが生じるのを抑制する。この場合、酸素濃度（含有量）の基準はＡＳＴＭ’７９（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）に準じるものとする。
【0033】
条件３は、窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上であることを規定したものである。
窒素は公知のシリコン基板においては結晶欠陥の発生を抑制したり、酸素析出物を制御したりするために単結晶シリコン基板に含有させる場合があるが、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は条件３を満たす範囲で窒素を含有することで、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
具体的には、条件３を満たすことで、条件１を満たした場合と同様に、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを窒素が阻止し、反りや割れが生じるのを抑制する。
窒素は公知のシリコン基板においては結晶欠陥の発生を抑制したり、酸素析出物を制御したりするために単結晶シリコン基板に含有させる場合があるが、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は条件３を満たす範囲で窒素を含有することで、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
具体的には、条件３を満たすことで、条件１を満たした場合と同様に、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを窒素が阻止し、反りや割れが生じるのを抑制する。
【0034】
条件４は、炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上であることを規定したものである。
炭素は、公知の単結晶シリコン基板においては単結晶製造工程で混入するものであるが、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は条件４を満たす範囲で炭素を含有することで、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
具体的には、条件４を満たすことで、条件１を満たした場合と同様に、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを炭素が阻止し、反りや割れが生じるのを抑制する。
炭素は、公知の単結晶シリコン基板においては単結晶製造工程で混入するものであるが、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は条件４を満たす範囲で炭素を含有することで、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できるものとなる。
具体的には、条件４を満たすことで、条件１を満たした場合と同様に、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを炭素が阻止し、反りや割れが生じるのを抑制する。
【0035】
ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は、条件１～４のうち、１つ以上の条件を満たせばよいが、２つ以上の条件を満たすことで、反りや割れが生じるのを抑制する効果が、より強く得られる。より好ましくは３つ以上の条件を満たし、最も好ましくは４つの条件を満たす。
つまり、ドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量を、効果が明確にみられる含有量として条件１～４に規定された条件を個別ないしは、合わせることで、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１を、より、反りや割れの抑制に有効なヘテロエピタキシャル用の基板とすることが可能である。
つまり、ドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量を、効果が明確にみられる含有量として条件１～４に規定された条件を個別ないしは、合わせることで、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１を、より、反りや割れの抑制に有効なヘテロエピタキシャル用の基板とすることが可能である。
【0036】
なお、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１中のドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量はＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外光度分光法）またはＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）等の公知の測定方法で測定できる。
【0037】
また、条件１～４で規定する元素の含有量の上限は特に限定しないが、例えばシリコンに対する固溶限界、あるいはヘテロエピタキシャル成長を阻害しない範囲の上限である。
【0038】
このように、本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は、条件１～４のうちの１つ以上を満たす。そのため、ヘテロエピタキシャル層３を生成する際にヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１に転位が生じても、生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを阻止でき、反りや割れが生じるのを抑制できる。
以上が本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の説明である。
以上が本発明のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の説明である。
【0039】
次に図１を参照して本発明のエピタキシャル基板５の構成について説明する。
図１に示すようにエピタキシャル基板５はヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１と、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の表面に形成されたヘテロエピタキシャル層３を備える。
図１に示すようにエピタキシャル基板５はヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１と、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の表面に形成されたヘテロエピタキシャル層３を備える。
【0040】
ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の構成の説明に記載の通り、条件１～４のうちの１つ以上を満たすシリコン単結晶基板である。
ヘテロエピタキシャル層３は、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の表面にヘテロエピタキシャル成長により形成された層である。
ヘテロエピタキシャル層３は、シリコンとは異なる材料で、かつヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の表面にヘテロエピタキシャル成長できる材料で構成されていればよい。このような材料としてはＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドのいずれか１種を例示できる。
ヘテロエピタキシャル層３は、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の表面にヘテロエピタキシャル成長により形成された層である。
ヘテロエピタキシャル層３は、シリコンとは異なる材料で、かつヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の表面にヘテロエピタキシャル成長できる材料で構成されていればよい。このような材料としてはＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドのいずれか１種を例示できる。
【0041】
ヘテロエピタキシャル層３を構成する材料をＧａＮとすることで、半導体デバイスを形成した際にシリコン半導体デバイスよりも絶縁破壊電圧が高く、電子飽和速度が速いデバイスになる。ヘテロエピタキシャル層３を構成する材料をＡｌＮ、ダイヤモンドとすることで、半導体デバイスを形成した際にシリコン半導体デバイスよりも絶縁破壊電圧が極めて高いデバイスになる。
【0042】
なお、ヘテロエピタキシャル層３の成長方法としては気相成長法等の公知の方法を用いればよい。
【0043】
このように、本発明のエピタキシャル基板５は、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１がドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量を条件１～４のうちの１つ以上を満たすように含有しているので、条件１～４のいずれかを満たす元素が、基板上にヘテロエピタキシャル成長を行った際に基板に生じた転位がエピタキシャル層に拡張するのを阻止する。
そのため、エピタキシャル基板５はヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制されたものとなる。
以上が本発明のエピタキシャル基板５の構成の説明である。
そのため、エピタキシャル基板５はヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制されたものとなる。
以上が本発明のエピタキシャル基板５の構成の説明である。
【0044】
次に図１を参照して本発明の半導体装置７の構成を説明する。
図１に示すように、本発明の半導体装置７はエピタキシャル基板５を備える。
エピタキシャル基板５の構成は、エピタキシャル基板５の構成の説明に記載の通りである。
このエピタキシャル基板５のヘテロエピタキシャル層３にデバイスを形成し、必要に応じてダイシング等で所望の寸法、形状に成形したものが半導体装置７である。
図１に示すように、本発明の半導体装置７はエピタキシャル基板５を備える。
エピタキシャル基板５の構成は、エピタキシャル基板５の構成の説明に記載の通りである。
このエピタキシャル基板５のヘテロエピタキシャル層３にデバイスを形成し、必要に応じてダイシング等で所望の寸法、形状に成形したものが半導体装置７である。
【0045】
このように、本発明の半導体装置７はエピタキシャル基板５を備えるため、ヘテロエピタキシャル成長を行った際に基板に生じた転位がヘテロエピタキシャル層３に拡張するのを阻止され、反りや割れが抑制されたものとなる。そのため、反りや割れが抑制され、高品質で信頼性の高い半導体装置７となる。
以上が本発明の半導体装置７の構成の説明である。
以上が本発明の半導体装置７の構成の説明である。
【0046】
次に図２を参照してヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の製造方法の概要を説明する。
まず、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する（図２のＳ１、単結晶製造工程）。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
まず、以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する（図２のＳ１、単結晶製造工程）。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
【0047】
具体的な製造方法としてチョクラルスキー法や帯域溶融法等の公知の製造方法を用いて丸棒状の単結晶シリコンのインゴットを製造すればよい。
なお、単結晶製造工程においては、製造された単結晶シリコンが条件１～４の１つ以上を満たすようにするため、ドーパント、酸素、窒素、炭素を必要に応じて原料のシリコンに所定量となるように添加する。ただし、酸素についてはチョクラルスキー法で単結晶シリコンを製造する場合は石英坩堝から混入するため、必ずしも原料に添加する必要はない。単結晶育成中に坩堝回転速度や対流を制御することによって、酸素含有量を調整できる。
また、炭素についても単結晶製造工程で混入するものであるため、必ずしも原料に添加する必要はないが、原料に添加することで、より多くの炭素を高精度で単結晶中に導入することができる。
なお、単結晶製造工程においては、製造された単結晶シリコンが条件１～４の１つ以上を満たすようにするため、ドーパント、酸素、窒素、炭素を必要に応じて原料のシリコンに所定量となるように添加する。ただし、酸素についてはチョクラルスキー法で単結晶シリコンを製造する場合は石英坩堝から混入するため、必ずしも原料に添加する必要はない。単結晶育成中に坩堝回転速度や対流を制御することによって、酸素含有量を調整できる。
また、炭素についても単結晶製造工程で混入するものであるため、必ずしも原料に添加する必要はないが、原料に添加することで、より多くの炭素を高精度で単結晶中に導入することができる。
【0048】
単結晶製造工程が終了すると、次に単結晶製造工程で製造した単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１を製造する（図２のＳ２、基板製造工程）。
具体的には丸棒状の単結晶シリコンの外周を直径が均一になるように研削し、その後ワイヤーソー等を用いて棒の軸方向に垂直に単結晶シリコンを切断して円板状にする。さらにエッチングや表面研磨で表面形状を整えることで、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１が完成する。
具体的には丸棒状の単結晶シリコンの外周を直径が均一になるように研削し、その後ワイヤーソー等を用いて棒の軸方向に垂直に単結晶シリコンを切断して円板状にする。さらにエッチングや表面研磨で表面形状を整えることで、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１が完成する。
【0049】
このように本発明の製造方法ではヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１を製造する際に単結晶製造工程で、ドーパント、酸素、窒素、炭素の含有量を条件１～４のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造している。そのため、この単結晶シリコンから切り出して製造したヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１上にヘテロエピタキシャル成長を行う際に基板に生じた転位がヘテロエピタキシャル層３に拡張するのを、条件１～４のいずれかを満たす元素が阻止する。
そのため、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できる。
以上がヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の製造方法の概要の説明である。
そのため、ヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合に反りや割れが生じるのを抑制できる。
以上がヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１の製造方法の概要の説明である。
【実施例0050】
以下、本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
条件１～４の１つ以上を満たすヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１を製造してヘテロエピタキシャル層３を成長させ、条件１～４のいずれも満たさない単結晶シリコン基板にヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合と割れの有無を比較した。具体的な手順は以下の通りである。
条件１～４の１つ以上を満たすヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１を製造してヘテロエピタキシャル層３を成長させ、条件１～４のいずれも満たさない単結晶シリコン基板にヘテロエピタキシャル層３を成長させた場合と割れの有無を比較した。具体的な手順は以下の通りである。
【0051】
（ボロンの含有量とスリップ・割れの関係（実施例１、２、比較例１））
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、ボロンを２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する３種類のボロンドープのシリコン単結晶基板（比較例１、実施例１、実施例２）を製造した。酸素の含有量はいずれの基板も２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、炭素の含有量はいずれの基板も２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、窒素はドープしなかった。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。なお、スリップ長を求めた理由は、割れは定量的な評価が難しい一方で、一般にはスリップ長が短いほど割れが生じにくくなるため、スリップ長を割れの生じやすさの指標としたためである。ボロンの含有量とスリップ・割れの関係を表１に示す。表１に示すようにボロンの含有量が２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、ボロンの含有量が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、ボロンを２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する３種類のボロンドープのシリコン単結晶基板（比較例１、実施例１、実施例２）を製造した。酸素の含有量はいずれの基板も２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、炭素の含有量はいずれの基板も２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、窒素はドープしなかった。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。なお、スリップ長を求めた理由は、割れは定量的な評価が難しい一方で、一般にはスリップ長が短いほど割れが生じにくくなるため、スリップ長を割れの生じやすさの指標としたためである。ボロンの含有量とスリップ・割れの関係を表１に示す。表１に示すようにボロンの含有量が２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、ボロンの含有量が１．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
【0052】
【表1】
【0053】
（酸素の含有量とスリップ・割れの関係（実施例３、実施例４、比較例２））
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、酸素を２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から２．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する３種類のボロンドープのシリコン単結晶基板（比較例２、実施例３、実施例４）を得た。ボロンの含有量はいずれの基板も２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、炭素の含有量はいずれの基板も２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、窒素はドープしなかった。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。酸素の含有量とスリップ・割れの関係を表２に示す。表２に示すように酸素の含有量が２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、酸素の含有量が５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、酸素を２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から２．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する３種類のボロンドープのシリコン単結晶基板（比較例２、実施例３、実施例４）を得た。ボロンの含有量はいずれの基板も２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、炭素の含有量はいずれの基板も２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、窒素はドープしなかった。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。酸素の含有量とスリップ・割れの関係を表２に示す。表２に示すように酸素の含有量が２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、酸素の含有量が５．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
【0054】
【表2】
【0055】
（窒素の含有量とスリップ・割れの関係（実施例５、実施例６、比較例３））
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、窒素を１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から９．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する、３種類のボロンドープのシリコン単結晶基板（比較例３、実施例５、実施例６）を製造した。ボロンの含有量は２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素の含有量は２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素の含有量は２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。窒素の含有量とスリップ・割れの関係を表３に示す。表３に示すように窒素の含有量が１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、窒素の含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、窒素を１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から９．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する、３種類のボロンドープのシリコン単結晶基板（比較例３、実施例５、実施例６）を製造した。ボロンの含有量は２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素の含有量は２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、炭素の含有量は２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とした。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。窒素の含有量とスリップ・割れの関係を表３に示す。表３に示すように窒素の含有量が１．０×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、窒素の含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
【0056】
【表3】
【0057】
（炭素の含有量とスリップ・割れの関係（実施例７、実施例８、比較例４））
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、炭素を２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する、ボロンドープの単結晶シリコン基板（比較例４、実施例７、実施例８）を製造した。ボロンの含有量は２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素の含有量は２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、窒素はドープしなかった。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。炭素の含有量とスリップ・割れの関係を表４に示す。表４に示すように炭素の含有量が２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、炭素の含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、炭素を２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から５．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の間で異なる量で含有する、ボロンドープの単結晶シリコン基板（比較例４、実施例７、実施例８）を製造した。ボロンの含有量は２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、酸素の含有量は２．０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３とし、窒素はドープしなかった。この基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。この時に、割れの有無を目視で確認した。炭素の含有量とスリップ・割れの関係を表４に示す。表４に示すように炭素の含有量が２．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の基板では割れが生じていたが、含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の基板は割れが生じておらず、スリップ長も短くなっていた。そのため、炭素の含有量が５．０×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であれば割れが抑制できることがわかった。
【0058】
【表4】
【0059】
なお、割れ、欠けは定量的な評価が難しいため、スリップ長で評価をおこなった結果、具体的には実施例１～８および比較例１～４の元素含有量とスリップ長の関係をグラフにしたものを図３に示す。図３に示すように、含有する軽元素の種類・含有量を振った直径３００ｍｍのシリコン基板にヘテロエピタキシャル層３を成長させたあとに、Ｘ線トポグラフィーでスリップの長さを評価した結果から、シリコンに含まれる軽元素の種類や含有量によってスリップの出方に大きな差がみられるが、含有量が多くなるとスリップが抑制される傾向になることがわかった。またスリップが抑制されることにより、反りも抑制されることが示唆された。
元素別では酸素と炭素の効果が大きいが、他の元素でも有効であることがわかる。すなわち、ヘテロエピタキシャル用の基板は何でも良いわけではなく、強度はじめ特性に応じたシリコン基板設計が必要であることがこの結果から分かった。
元素別では酸素と炭素の効果が大きいが、他の元素でも有効であることがわかる。すなわち、ヘテロエピタキシャル用の基板は何でも良いわけではなく、強度はじめ特性に応じたシリコン基板設計が必要であることがこの結果から分かった。
【0060】
（条件１～条件４を組み合わせた場合（実施例９～１２、比較例５））
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、ボロン、酸素、窒素、炭素を以下の要件を満たすように含有させたシリコン単結晶基板を製造した。
比較例５：ボロン、酸素、窒素、炭素のいずれも含有量が条件１～４を満たさないもの
実施例９：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、１つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの（４通り）
実施例１０：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、２つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの（６通り）
実施例１１：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、３つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの（４通り）
実施例１２：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、４つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの
これらの基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。以上の結果を表５に示す。表５に示すように条件１～４を満たす元素数が増えるほど、平均スリップ長が短くなっており、条件１～４を組み合わせることにより、反りや割れを抑制する効果がより高くなることが分かった。
直径３００ｍｍ、表面が（１１１）面、ボロン、酸素、窒素、炭素を以下の要件を満たすように含有させたシリコン単結晶基板を製造した。
比較例５：ボロン、酸素、窒素、炭素のいずれも含有量が条件１～４を満たさないもの
実施例９：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、１つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの（４通り）
実施例１０：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、２つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの（６通り）
実施例１１：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、３つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの（４通り）
実施例１２：ボロン、酸素、窒素、炭素のうち、４つの含有量が条件１～４のいずれかを満すもの
これらの基板上に、３μｍ厚のＧａＮを成長させたのちにＸ線トポグラフィーを用いて基板内にあるスリップの長さの平均値を求めた。以上の結果を表５に示す。表５に示すように条件１～４を満たす元素数が増えるほど、平均スリップ長が短くなっており、条件１～４を組み合わせることにより、反りや割れを抑制する効果がより高くなることが分かった。
【0061】
【表5】
【0062】
以上の結果から、条件１～４の１つ以上を満たすヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板１は、条件１～４のいずれも満たさない単結晶シリコン基板と比べてスリップ長が短く、割れを抑制できることが分かった。
また、条件１～４のうち、条件を満たす数が多くなるほどスリップ長が短くなり、割れを抑制する効果が高まることが分かった。
また、条件１～４のうち、条件を満たす数が多くなるほどスリップ長が短くなり、割れを抑制する効果が高まることが分かった。
【0063】
本明細書は、以下の態様を包含する。
［１］：表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、
以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
［２］：前記ドーパントはボロンであることを特徴とする、上記［１］に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
［３］：上記［１］又は上記［２］に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板と、
前記ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面に形成された前記ヘテロエピタキシャル層と、
を備えることを特徴とするエピタキシャル基板
［４］：前記ヘテロエピタキシャル層を構成する材料は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドのいずれか１種であることを特徴とする、上記［３］に記載のエピタキシャル基板。
［５］：上記［３］又は［４］に記載のエピタキシャル基板を備えることを特徴とする半導体装置。
［６］：以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する単結晶製造工程と、
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、
を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法。
［１］：表面にヘテロエピタキシャル層を成長させるための、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板であって、
以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たすことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
［２］：前記ドーパントはボロンであることを特徴とする、上記［１］に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板。
［３］：上記［１］又は上記［２］に記載のヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板と、
前記ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の表面に形成された前記ヘテロエピタキシャル層と、
を備えることを特徴とするエピタキシャル基板
［４］：前記ヘテロエピタキシャル層を構成する材料は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ダイヤモンドのいずれか１種であることを特徴とする、上記［３］に記載のエピタキシャル基板。
［５］：上記［３］又は［４］に記載のエピタキシャル基板を備えることを特徴とする半導体装置。
［６］：以下の４つの条件のうちの１つ以上を満たす単結晶シリコンを製造する単結晶製造工程と、
条件１：ドーパント含有量が１．０×１０１６ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件２：酸素含有量が５．０×１０１７ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件３：窒素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
条件４：炭素含有量が５．０×１０１５ａｔоｍｓ／ｃｍ３以上
前記単結晶製造工程で製造した前記単結晶シリコンからヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板を製造する基板製造工程と、
を含むことを特徴とする、ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板の製造方法。
【0064】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、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、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。
【符号の説明】
【0065】
１…ヘテロエピタキシャル用単結晶シリコン基板、 ３…ヘテロエピタキシャル層 ５…エピタキシャル基板、 ７…半導体装置。
【図1】
【図2】
【図3】