JPH10144697A

JPH10144697A - シリコンウエーハ及びその製造方法

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Publication number: JPH10144697A
Application number: JP30861296A
Authority: JP
Inventors: Lee Tsuon; リーツォン; Atsushi Yoshikawa; 淳吉川; Katsuhiro Chagi; 勝弘茶木; Yoshio Kirino; 好生桐野; Hiroshi Shirai; 宏白井; Tateo Hayashi; 健郎林
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1996-11-06
Filing date: 1996-11-06
Publication date: 1998-05-29

Abstract

(57)【要約】【課題】ボロンを含むシリコンウエーハの表層のボロ
ン濃度を制御するための方法、及び表層部にボロン濃度
低減層を形成したシリコンウエーハを提供する。【解決手段】ボロン濃度が１×１０¹⁵〜１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3のボロン含有シリコンウエーハを用い、水素分圧１
ｍｍＨ₂Ｏ〜３０ａｔｏｍの雰囲気中、８００℃〜１３
００℃で、１分間以上アニール処理することを特徴とす
るシリコンウエーハの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体デバイス
等の製造に用いられるシリコンウエーハ及びその製造方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエーハに含有させるＰ型不純
物としては、ボロン(Boron) が用いられる。従来、シリ
コンウエーハ中のボロン分布は、doping拡散あるいはイ
オン注入によって制御するのが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法では、シリコンウエーハ表層部のボロン濃度を制
御し、表層部にボロン濃度低減層を形成することが難し
かった。

【０００４】このため、いわゆるＰtypeのウエーハは、
ボロンを拡散したウエーハを切断分離したり、ウエーハ
厚の１／２にも及ぶ研磨を行って製造していた。しか
し、これらの製法は、複雑な工程を必要とし、コスト高
であった。

【０００５】一方、シリコンウエーハの表面にエピタキ
シャル層を形成する場合に、オートドーピングが問題に
なることがあった。オートドーピングとは、エピタキシ
ャル成長中に基板から蒸発した不純物が成長層中にとり
込まれる現象である。

【０００６】オートドーピングは、基板中の不純物濃度
が高いほど、また界面に近いほど、影響が大きくなる。
従って、ボロンを比較的高濃度で拡散したウエーハにエ
ピタキシャル処理を行う場合には、ボロンがオートドー
ピングされるため高純度のエピタキシャル層を形成する
ことが難しかった。

【０００７】このような従来技術の問題点に鑑み、本発
明は、ボロンを含むシリコンウエーハの表層のボロン濃
度を制御するための方法、及び、表層部に低ボロン濃度
層を形成したシリコンウエーハを提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願第１発明は、ボロン
濃度が１×１０¹⁵〜１×１０²⁰ｃｍ^-3のボロン含有シリ
コンウエーハを用い、水素分圧１ｍｍＨ₂Ｏ〜３０ａｔ
ｏｍの雰囲気中、８００℃〜１３００℃で、１分間以上
アニール処理することを特徴とするシリコンウエーハの
製造方法を要旨としている。

【０００９】本願第２発明は、ボロン濃度が１×１０¹⁵
〜１×１０²⁰ｃｍ^-3のボロン含有シリコンウエーハを用
い、水素分圧１ｍｍＨ₂Ｏ〜３０ａｔｏｍの雰囲気中、
８００℃〜１３００℃で、１分間以上アニール処理し、
しかる後に、エピタキシャル処理を行うことを特徴とす
るシリコンウエーハの製造方法を要旨としている。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

【００１１】本発明は、ボロンの外方拡散のアニール雰
囲気依存性に基づくものである。

【００１２】すなわち、本発明者達は、ボロンを含むシ
リコンウエーハをアルゴン雰囲気でアニール処理しても
ボロン分布を制御できないが、水素含有雰囲気中でアニ
ール処理することによってウエーハ表層部のボロンを外
方拡散できることを見い出だした。

【００１３】本発明者達は、ウエーハに含まれるボロン
がアルゴン雰囲気で殆ど拡散せず、水素雰囲気で拡散す
る理由を、次のように考察した。

【００１４】ボロンを含むシリコンウエーハをアルゴン
中で処理すると、ウエーハ表面にＢ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂の
ようなガラスが形成され、表面で熱力学的な平衡状態が
生じる。その際、ガラスの密度は２ｇ／ｃｍ³程度と比
較的小さい。しかし、ＳｉＯ₂でのボロンの拡散速度
は、１２００℃で１０ｎｍ〜２００ｎｍ／ｈｏｕｒ程度
であり、同条件下で生成可能な自然酸化膜の厚さ（＜１
ｎｍ）の十倍以上である。このため、ウエーハ表面の酸
化膜は、拡散の大きな妨げにはならないと考えられる。

【００１５】一方、ボロンの原子半径はシリコン原子の
７５％程度であり、シリコン格子位置にあるボロン原子
に伴うシリコン格子の体積の変化は、ほぼ−６（±２）
×１０²⁴ｃｍ^-3／ａｔｏｍになる。そのため、濃度差に
よる化学自由エネルギーは、表面付近におけるボロン原
子シリコン格子の体積の変化による鏡像力を受けている
ので、相殺できるものと考えられる。その結果、シリコ
ン格子位置にある外来原子がシリコン原子より大きい場
合にはボロンの外方拡散を支配する限界条件が異なるこ
とが判明した。

【００１６】さて、水素含有雰囲気でシリコンウエーハ
をアニール処理すると、シリコン格子に入っている水素
原子は暫くボロン原子を結合し、ボロン−水素対を形成
するものと考えられる。このボロン−水素対に伴うシリ
コン格子の体積変化はおよそ＋２．５（±０．５×１０
²⁴ｃｍ^-3／ａｔｏｍ）であり、ボロンの外方拡散を支配
する限界条件が、シリコン格子にあるシリコン原子より
大きい外来原子と同じになる。

【００１７】本発明は、以上のような知見に基づいて成
されたものであり、ボロン濃度が１×１０¹⁵〜１×１０
²⁰ｃｍ^-3のボロン含有シリコンウエーハを用い、水素分
圧１ｍｍＨ₂Ｏ〜３０ａｔｏｍの雰囲気中、８００℃〜
１３００℃で、１分間以上アニール処理することを特徴
としている。

【００１８】シリコンウエーハのボロン濃度を１×１０
¹⁵以上１×１０²⁰ｃｍ^-3以下とした理由を述べる。ボロ
ン濃度が１×１０¹⁵未満の場合には、アニール処理でボ
ロンを外方拡散することが難しい。また、ボロン濃度が
１×１０²⁰ｃｍ^-3を超える場合には、成長過程中で結晶
のdopingが難しくなる。

【００１９】水素分圧を１ｍｍＨ₂Ｏ以上３０ａｔｏｍ
以下とした理由を述べる。水素分圧が１ｍｍＨ₂Ｏ未満
の場合には、シリコン格子間における水素原子濃度が低
くなるため、ボロン−水素対を形成し難くなる。また、
３０ａｔｏｍを超える水素分圧を得るためには、大掛か
りな熱処理装置を準備する必要があって、コスト高を招
く。

【００２０】アニール処理温度を８００℃以上１３００
℃以下にした理由を述べる。処理温度が８００℃未満の
場合には、ボロンの拡散速度が遅く、処理時間が長くな
る。また、処理温度が１３００℃を超える場合には、石
英炉芯管の寿命が短くなりコスト高に繋がる。

【００２１】このような熱処理を行うことによって、表
層にボロンの濃度が表面に向かって漸減していくボロン
濃度低減層を有するボロン含有シリコンウエーハを製造
することができる。ボロン濃度低減層の肉厚は１μｍ以
上であり、そのボロン濃度は表面近傍において、ウエー
ハ中心部のボロン濃度の１０％以下である。また、バル
ク部すなわち、ウエーハ深さ方向中心部のボロン濃度
は、アニール処理を行う前の濃度とほぼ同一であり、１
×１０¹⁵〜１×１０²⁰ｃｍ^-3である。以下の実施例１で
示すように、ボロン濃度低減層では、ボロン濃度は緩や
かに変化する。

【００２２】ボロン濃度低減層の表面近傍の特に好まし
いボロン濃度はバルク部の濃度の５％以下にまで減少し
ていることが好ましい。たとえばバルク部の濃度が１×
１０¹⁹ａｔｏｍｓ／ｃｍ³の場合には表面近傍では５×
１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度以下となる。特に好まし
い肉厚は１〜２μｍである。

【００２３】ボロン濃度低減層のボロン濃度及びその肉
厚は、熱処理条件を変えることにより調整可能である。
すなわち、アニール処理温度、処理時間、雰囲気の水素
濃度を前記範囲の中で適宜設定することにより、所望の
ボロン濃度と肉厚を得ることができる。

【００２４】前記熱処理によって、ボロンだけでなく、
表層部の酸素析出物（ＢＭＤ）も外方拡散することがで
きる。ＢＭＤ濃度は、例えば実質的に検出限界以下まで
低減することが好ましい。なお、バルク部のＢＭＤ濃度
は、通常、１×１０²〜１×１０⁴個／ｃｍ^-3程度であ
る。このように、ボロン濃度低減層では、一般にＢＭＤ
濃度も低減される。

【００２５】低濃度層を有するボロン含有シリコンウエ
ーハは、いわゆるＰｔｙｐｅの拡散ウエーハと同等のも
のであり、従来法のようにボロン拡散後に切断分離した
り、ウエーハ厚の１／２にも及ぶ研磨を行う必要は全く
ない。従って、本発明方法によれば、Ｐｔｙｐｅシリコ
ンウエーハを低コストで量産可能である。

【００２６】さて、このようなシリコンウエーハを基板
とし、これにエピタキシャル処理を施せば、オートドー
プの少ない高品質のエピタキシャル層を形成することが
可能である。すなわち、ウエーハ表層にボロン低濃度層
があるため、ボロンのオートドープを抑制することがで
き、純度の高いエピタキシャル層を形成できる。この場
合には、エピタキシャル層に含まれる酸素も大幅に低減
できる。

【００２７】以下、本発明の実施例１について説明す
る。

【００２８】実施例１で用いた試料は、ボロン濃度３×
１０¹⁸ｃｍ^-3、ＣＺ、（１００）、シリコンウエーハで
ある。この試料を４分割して標準的な洗浄を行い、その
後で熱処理を施した。熱処理は、水素雰囲気において、
それぞれ１２００℃で２時間行った。

【００２９】一方、比較例１では、アルゴン雰囲気にお
いて、他の条件は同じにして熱処理を行った。また、熱
処理を省略したウエーハを比較例２とした。

【００３０】そして、実施例１、比較例１及び比較例２
のウエーハにおいて、ＳＩＭＳ(secondary ion mass sp
ectrum) によりボロンの深さ方向の分布を測定し、図１
に示した。なお、図１（Ａ）のグラフは（Ｂ）のグラフ
の左端部分（深さが浅い部分）のボロン分布を深さ方向
に拡大したものである。

【００３１】図１から分るように、アルゴン雰囲気中で
熱処理した比較例１ではボロン分布の変化が殆ど認めら
れず、熱処理を省略した比較例２と大体同じボロン分布
が測定された。

【００３２】これに対して、水素雰囲気中で熱処理した
実施例１では、ボロンの外方拡散が生じ、表層部のボロ
ン濃度がかなり低下していた。

【００３３】これらの結果は、ボロンの外方拡散の雰囲
気依存性を示すものである。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、表層にボロン濃度低減
層を有するボロン含有シリコンウエーハを、低コストで
容易に製造することができる。

【００３５】また、このシリコンウエーハにエピタキシ
ャル処理を施した場合には、ボロンのオートドープが少
ない良好なエピタキシャル層を形成することができる。

【００３６】このようにして製造した高品質のシリコン
ウエーハを用いれば、高集積デバイスを歩留まり良く製
造することが可能である。

【００３７】なお、本発明は前述の実施例に限定されな
い。例えば、シリコン格子位置にあるシリコン原子より
大きい他の外来原子（ドーパント）の外方拡散に適用す
ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と比較例におけるボロン分布の
様子を示すグラフで、（Ａ）のグラフは（Ｂ）のグラフ
の左端部分（深さが浅い部分）のボロン分布を深さ方向
に拡大したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桐野好生神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者白井宏神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者林健郎神奈川県秦野市曽屋30番地東芝セラミックス株式会社開発研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボロン濃度が１×１０¹⁵〜１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3のボロン含有シリコンウエーハを用い、水素分圧１
ｍｍＨ₂Ｏ〜３０ａｔｏｍの雰囲気中、８００℃〜１３
００℃で、１分間以上アニール処理することを特徴とす
るシリコンウエーハの製造方法。
【請求項２】ボロン濃度が１×１０¹⁵〜１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3のボロン含有シリコンウエーハを用い、水素分圧１
ｍｍＨ₂Ｏ〜３０ａｔｏｍの雰囲気中、８００℃〜１３
００℃で、１分間以上アニール処理し、しかる後に、エ
ピタキシャル処理を行うことを特徴とするシリコンウエ
ーハの製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の方法で製造したシリコ
ンウエーハにおいてウエーハ深さ方向中心部のボロン濃
度の１０％以下まで漸減していくボロン濃度低減層をウ
エーハ表層部に形成したことを特徴とするシリコンウエ
ーハ。
【請求項４】ボロン濃度低減層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請求項３に記載のシリ
コンウエーハ。