エピタキシャルウェーハの製造方法
【課題】シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下を防止する。
【解決手段】シリコンウェーハを反応炉内で水素ベークする第１の工程（ステップＳ３）と、反応炉にシリコン原料ガス及びドーパントガスを導入することにより、水素ベークされたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成する第２の工程（ステップＳ４）とを備える。第１の工程においては、反応炉内にドーパントガスを導入し、外方拡散により低下するシリコンウェーハ表層の不純物濃度を補う。これにより、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【解決手段】シリコンウェーハを反応炉内で水素ベークする第１の工程（ステップＳ３）と、反応炉にシリコン原料ガス及びドーパントガスを導入することにより、水素ベークされたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成する第２の工程（ステップＳ４）とを備える。第１の工程においては、反応炉内にドーパントガスを導入し、外方拡散により低下するシリコンウェーハ表層の不純物濃度を補う。これにより、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に、水素ベークによって生じるシリコンウェーハ中のドーパント濃度の低下を補償することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャルウェーハは、通常、シリコンウェーハの表面にシリコンウェーハとは不純物濃度の異なるシリコンエピタキシャル層を形成することにより作製される。例えば、不純物濃度の高いシリコンウェーハの表面に不純物濃度の低いシリコン層を形成したい場合などにエピタキシャルウェーハが用いられる。或いは、ＩＧＢＴのようにシリコンウェーハの主面に対して垂直方向に電流が流れるタイプの半導体デバイスにおいては、不純物濃度の異なるシリコン層を垂直方向に積層する必要があり、このような用途においてもエピタキシャルウェーハが用いられることがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら通常のエピタキシャルウェーハとは異なり、シリコンウェーハの不純物濃度とシリコンエピタキシャル層の不純物濃度とが等しいエピタキシャルウェーハも考えられる。この種のエピタキシャルウェーハは、垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、デバイスが形成される表層領域を無欠陥にできるという利点がある。また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハにおいては、デバイス形成領域であるＳＯＩ層の表面に不純物濃度が等しいエピタキシャル層を形成することで、ＳＯＩ層の膜厚を増大させることができるという利点もある。
【０００５】
しかしながら、この種のエピタキシャルウェーハにおいては、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面において不純物濃度が低下し、この部分の抵抗値が高くなることがあった。本来、この種のエピタキシャルウェーハは、シリコンウェーハとエピタキシャル層とを同一視できる点に特徴があるところ、界面において不純物濃度が変動するとかかる特徴が損なわれてしまうという問題があった。特に、高抵抗のエピタキシャルウェーハを製造する場合において、より顕著な問題として顕在化する。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下を防止することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、シリコンウェーハの不純物濃度とエピタキシャル層の不純物濃度とが等しいエピタキシャルウェーハにおいて、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面で不純物濃度の低下が生じる原因について鋭意研究を行った。その結果、通常、エピタキシャル成長処理前には、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜除去や表面の清浄化を目的に、水素ガス雰囲気中でシリコンウェーハをエピタキャル成長処理温度以上の温度にまで昇温して短時間の熱処理（以下「水素ベーク」という）が行われ、界面における不純物濃度の低下は、このエピタキシャル成長前に行う水素ベーク時にシリコンウェーハからドーパントが外方拡散することが原因であることを見いだした。本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものである。
【０００８】
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、反応炉内に水素ガスおよびシリコンウェーハと同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入して前記シリコンウェーハを熱処理することにより、前記シリコンウェーハに前記ドーパントを内方拡散させる第１の工程と、前記第１の工程を行った後、前記反応炉内にシリコン原料ガスを導入して前記シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する第２の工程とを備え、前記エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第１の工程で導入するドーパントガスの濃度を調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、エピタキシャル成長処理前に実施する水素ベーク中に、シリコンウェーハに含まれる不純物と同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入していることから、外方拡散により低下するシリコンウェーハ表層の不純物濃度が補われる。これにより、シリコンウェーハ表層部における不純物濃度の低下が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【００１０】
前記第２の工程においては、前記エピタキシャル層の不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第２の工程で導入する前記ドーパントガスの濃度を調整することが好ましい。これによれば、外方拡散により低下するシリコンウェーハ表層部の不純物濃度が補われ、シリコンウェーハの不純物濃度とエピタキシャル層の不純物濃度とが等しく、且つ、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【００１１】
なお、本発明において、「エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの不純物濃度が第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しい」とは、不純物濃度が完全に一致していることまでを要求するものではなく、実使用上、ほぼ同一視できる範囲において不純物濃度が多少相違している場合も含む。具体的には、要求される比抵抗範囲の仕様にもよるが、概ね、第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度に対して、エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの比抵抗の差が±１０％以内となる不純物濃度差の範囲内であれば不純物濃度が等しいものと見做すことができる。
【００１２】
同様に、［エピタキシャル層の不純物濃度が第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しい」とは、不純物濃度が完全に一致していることまでを要求するものではなく、シリコンウェーハとエピタキシャル層の比抵抗の差が±１０％以内となる不純物濃度差の範囲内であれば不純物濃度が等しいものと見做すことができる。
【００１３】
前記第１の工程は、前記反応炉内の温度を上昇させる昇温工程と、前記昇温工程の終了後、前記反応炉内の温度を保持する温度保持工程とを含み、前記ドーパントガスの導入を前記昇温工程から開始することが好ましい。これによれば、昇温時の外方拡散によって失われる不純物についても補うことが可能となる。
【００１４】
本発明において前記シリコンウェーハは、絶縁膜が埋め込まれたＳＯＩウェーハであることが好ましい。ＳＯＩウェーハは、製法によってはＳＯＩ層の膜厚を十分に確保することが困難であるが、本発明によれば垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、エピタキシャル層を形成することによってＳＯＩ層の膜厚を増加させることが可能となる。
【００１５】
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、酸素イオンのイオン注入と熱処理により前記絶縁膜を埋め込むことによって前記ＳＯＩウェーハを作製する工程をさらに備えることが好ましい。上記の方法は、一般的にＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)法と呼ばれる手法であって、絶縁膜を埋め込む場合、絶縁膜の埋め込み深さはイオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、最大でも１μｍ程度のＳＯＩ層しか形成できないため、これ以上の厚いＳＯＩ層を形成することができない。しかしながら、本発明によれば、このような方法で絶縁膜を埋め込む場合であっても、垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、エピタキシャル層を形成することによってＳＯＩ層の膜厚を十分に確保することが可能となる。
【００１６】
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、表面に前記絶縁膜が形成された第１のウェーハにイオン注入を行うことにより前記絶縁膜の下層にイオン注入層を埋め込む工程と、前記絶縁膜を介して前記第１のウェーハと第２のウェーハを貼り合わせることにより貼り合わせウェーハを作製する工程と、前記貼り合わせウェーハを前記イオン注入層にて剥離させることにより前記ＳＯＩウェーハを作製する工程とをさらに備えることもまた好ましい。上記の方法は、一般的にスマートカット（Smart Cut：登録商標）法と呼ばれる手法であって、イオン注入層を形成する場合、イオン注入層の形成深さはイオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、ＳＩＭＯＸ法と同様に、厚いＳＯＩ層を形成することが困難である。しかしながら、本発明によれば、このような方法でイオン注入層を形成する場合であっても、垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、エピタキシャル層を形成することによってＳＯＩ層の膜厚を十分に確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下が防止されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の構造を示す略断面図である。
【図２】本発明の好ましい第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の構造を示す略断面図である。
【図３】第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】エピタキシャル成長装置の一例を示す模式図である。
【図５】反応炉内の温度変化と各工程との関係を示す模式的なグラフである。
【図６】第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の一例を説明するための模式図である。
【図７】第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の他の例を説明するための模式図である。
【図８】比較例においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルを示すグラフである。
【図９】比較例においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における濃度プロファイルを示すグラフである。
【図１０】実施例１において反応炉内の温度変化と各工程との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルを示すグラフである。
【図１２】実施例２においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の構造を示す略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０は、シリコンウェーハ本体１１及びその表面に形成されたエピタキシャル層１２を有している。シリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物の種類及びその濃度と、エピタキシャル層１２に含まれる不純物の種類及びその濃度は実質的に同一である。しかも、シリコンウェーハ本体１１とエピタキシャル層１２との界面１３においても不純物濃度の大きな変動は存在しない。本実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の製造方法については後述する。
【００２２】
図２は、本発明の好ましい第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の構造を示す略断面図である。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０は、ＳＯＩウェーハ本体２１及びその表面に形成されたエピタキシャル層２２を有している。ＳＯＩウェーハ本体２１は、ＳＯＩ層２３、支持基板２４及びこれらの間に介在する埋め込み絶縁層２５を備えている。そして、ＳＯＩ層２３に含まれる不純物の種類及びその濃度と、エピタキシャル層２２に含まれる不純物の種類及びその濃度は実質的に同一である。しかも、ＳＯＩ層２３とエピタキシャル層２２との界面２６においても不純物濃度の大きな変動は存在しない。本実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造方法についても後述する。
【００２４】
図３は、第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
まず、シリコンウェーハ本体１１を用意し、エピタキシャル成長装置の反応炉内にロードする（ステップＳ１）。使用するエピタキシャル成長装置の構造については特に限定されない。エピタキシャル成長装置の一例を図４に示す。図４に示すエピタキシャル成長装置３０は、反応炉３１と、反応炉３１にガスを導入するためのガス導入管３２と、反応炉３１からガスを排出するためのガス排出管３３とを備える。ガス導入管３２には、バルブ３２ａ〜３２ｃを介して水素ガス（Ｈ２）、ドーパントガス及びシリコン原料ガスが供給される。代表的なドーパントガスとしては、ＰＨ３ガス、Ｂ２Ｈ６ガスなどが挙げられる。シリコン原料ガスとしては、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガスなどが挙げられる。ガス排出管３３は、バルブ３３ａを介して排気機構３４に接続されている。反応炉３１の内部には、シリコンウェーハ本体１１を載置するためのステージ３５が設けられている。また、反応炉３１の上方及び下方には、シリコンウェーハ本体１１を加熱するための加熱機構３６が設けられている。
【００２６】
次に、バルブ３２ａを開くことによって反応炉３１内に水素ガスを導入しながら、加熱機構３６を用いてシリコンウェーハ本体１１を所定の昇温速度で加熱する（ステップＳ２）。これにより、シリコンウェーハ本体１１が所定の温度に到達すると水素ベークが行われ、シリコンウェーハ本体１１の表面が清浄化される（ステップＳ３）。このとき、本実施形態では、バルブ３２ｂを開くことによって反応炉３１内にドーパントガスを導入する。その結果、水素ベーク中における反応炉３１内はドーパントガス雰囲気となる。バルブ３２ｂを開くタイミング、つまり、ドーパントガスの導入開始タイミングは、昇温の途中であっても構わないし、昇温の終了後であっても構わない。
【００２７】
水素ベークを行うと、その熱によってシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物が外方拡散し、表層における不純物濃度が低下する。しかしながら、本実施形態においては水素ベーク中にシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物と同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入していることから、外方拡散によってシリコンウェーハ本体１１から失われる不純物が補われ、その結果、表層における不純物濃度の低下が防止される。外方拡散量は水素ベーク条件（時間、温度）に依存するが、エピタキシャル成長処理後のシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物濃度と水素ベーク前のシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物濃度が等しくなるよう、すなわち、シリコンウェーハ本体１１の厚み方向に不純物濃度が一定となるように、水素ベーク中に導入するドーパントガスの濃度を調整することによって、界面１３における不純物濃度プロファイルの変動を最小限に抑えることが可能となる。
【００２８】
水素ベークが完了した後、バルブ３２ｃを開くことによって反応炉３１内にシリコン原料ガスを導入する（ステップＳ４）。これにより、シリコンウェーハ本体１１の表面がエピタキシャル成長し、エピタキシャル層１２が形成される。このとき、バルブ３２ｂの開度を調整することにより、エピタキシャル層１２の不純物濃度がシリコンウェーハ本体１１の不純物濃度と等しくなるようドーパントガスの濃度を調整することが好ましい。
【００２９】
エピタキシャル層を形成する際に導入するドーパントガス濃度は、エピタキシャル層１２の形成によって体積が増加する分、水素ベーク時に比べて高濃度のドーパントガスを反応炉３１内に導入することが好ましい。換言すると、水素ベーク時に反応炉３１内に導入するドーパントガスの濃度は、エピタキシャル成長処理時に反応炉３１内に導入するドーパントガスの濃度よりも低濃度に調整することが好ましい。エピタキシャル成長処理時に導入する高濃度のドーパントガスを水素ベーク時に導入した場合には、過剰のドーパントがシリコンウェーハ本体１１表面に吸着あるいは内方拡散して取り込まれて、逆に界面３１における抵抗が低くなってしまい、不純物濃度プロファイルの変動を招いてしまうことになる。
【００３０】
また、水素ベークはシリコンウェーハ本体１１の表面に存在する自然酸化膜を除去するものでなければならず、水素ベークの他の条件としては、０．３×１０５Ｐａ〜１．１×１０５Ｐａの圧力下、水素ガス雰囲気中で９００℃〜１１９０℃の温度範囲内で１５秒〜５分間保持する条件などを例示することができる。いずれにしても、エピタキシャル成長処理後のエピタキシャル層１２とシリコンウェーハ本体１１との界面１３における不純物濃度が等しくなるよう、水素ベーク時に導入するドーパントガスの濃度を調整すればよく、予め実験によって最適なドーパントガス濃度を求めておけばよい。
【００３１】
このようにしてエピタキシャル層１２が形成された後、反応炉３１内のエピタキシャルウェーハ１０を降温させ（ステップＳ５）、所定の温度まで低下した後、エピタキシャルウェーハ１０を反応炉３１から取り出す（ステップＳ６）。以上により、エピタキシャルウェーハ１０が完成する。
【００３２】
このように、本実施形態においては、水素ベーク中にドーパントガスを導入していることから、水素ベーク時の外方拡散によってシリコンウェーハ本体１１から失われる不純物がドーパントの表面吸着や内方拡散によって補われ、表層における不純物濃度の低下を防止することが可能となる。ここで、水素ベーク時における温度とエピタキシャル成長時の温度との関係は特に限定されず、図５（ａ），（ｂ）に示すように両者の温度が同じであっても構わないし、図５（ｃ），（ｄ）に示すように水素ベーク時の温度の方が高くても構わない。また、ドーパントガスの導入開始タイミングについては、図５（ａ），（ｃ）に示すように昇温工程（ステップＳ２）の終了後であっても構わないし、図５（ｂ），（ｄ）に示すように昇温工程（ステップＳ２）の途中であっても構わない。いずれにしても、シリコン原料ガスが導入されるエピタキシャル成長工程（ステップＳ４）は、反応炉内の温度が一定に保持される温度保持工程にて行われる。尚、図５（ａ）〜（ｄ）において縦軸は温度、横軸は時間である。
【００３３】
図６は、第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の一例を説明するための模式図である。
【００３４】
図６に示す例では、まずシリコンウェーハ２０ａを用意し、その一方の表面２０ｂから酸素イオンＡをイオン注入する。次いで、イオン注入後のシリコンウェーハ２０ａに例えば、酸化ガス雰囲気中で１３００℃以上の温度で３０時間以上の高温熱処理を施すことにより、表面２０ｂの下層には埋め込み絶縁膜２５が形成され、ＳＯＩウェーハ２１が完成する。その後は、図３を用いて説明した方法を用いて、ＳＯＩ層２３の表面にエピタキシャル層２２を形成する。これにより、エピタキシャルウェーハ２０が完成する。
【００３５】
上記の方法でエピタキシャルウェーハ２０を作製した場合、ＳＯＩ層２３の膜厚は酸素イオンＡの注入深さによって決まる。ここで、酸素イオンＡの注入深さは、イオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、厚いＳＯＩ層２３を形成することは困難である。しかしながら、本実施形態によれば、ＳＯＩ層２３の表面に同じ不純物濃度を有するエピタキシャル層２２を形成していることから、実質的に厚いＳＯＩ層を得ることが可能となる。
【００３６】
図７は、第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の他の例を説明するための模式図である。
【００３７】
図７に示す例では、まず表面に絶縁膜４１が形成された第１のウェーハ４０を用意し、絶縁膜４１を介して所定のイオンＢをイオン注入することにより絶縁膜４１の下層にイオン注入層４２を埋め込む。イオンＢの種類については特に限定されるものではないが、水素イオン又は希ガスイオンを選択することが好ましい。
【００３８】
次に、絶縁膜４１を介して第１のウェーハ４０と第２のウェーハ４３を貼り合わせることにより、貼り合わせウェーハ４４を作製する。そして、貼り合わせウェーハ４４をイオン注入層４２にて剥離させることによりＳＯＩウェーハ２１が完成する。その後は、図３を用いて説明した方法を用いて、ＳＯＩ層２３の表面にエピタキシャル層２２を形成する。これにより、エピタキシャルウェーハ２０が完成する。
【００３９】
上記の方法でエピタキシャルウェーハ２０を作製した場合、ＳＯＩ層２３の膜厚はイオンＢの注入深さによって決まる。イオンＢの注入深さは、イオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、厚いＳＯＩ層２３を形成することは困難である。しかしながら、本実施形態によれば、ＳＯＩ層２３の表面に同じ不純物濃度を有するエピタキシャル層２２を形成していることから、実質的に厚いＳＯＩ層を得ることが可能となる。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４１】
例えば、本発明においてシリコンウェーハ及びエピタキシャル層に添加する不純物の種類については特に限定されず、ｐ型である場合はボロン（Ｂ）を選択することができ、ｎ型である場合はリン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）又はヒ素（Ａｓ）を選択することができる。また、本発明においてシリコンウェーハ及びエピタキシャル層に添加する不純物の濃度についても特に限定されない。
【００４２】
また、本発明において、水素ベーク中にＨＣｌガスを反応炉内に導入することによって、シリコンウェーハの表面をエッチングしても構わない。
【実施例】
【００４３】
［比較例］
比較例においては、水素ベークによる不純物の外方拡散の影響について評価した。まず、チョクラルスキー法によって育成され、直径が２００ｍｍ、厚みが７２５μｍであるリンドープのシリコンウェーハを用意した。シリコンウェーハの比抵抗は４Ωｃｍである。そして、シリコンウェーハの表面に比抵抗が４Ωｃｍであるリンドープのエピタキシャル層を形成した。
【００４４】
エピタキシャル層の形成においては、その前処理として反応炉内に水素ガスを導入して１１２５℃の温度でシリコンウェーハの水素ベークを行った。ベーク時間は、３０秒、６０秒及び１８０秒の３種類とし、水素ベーク時には反応炉内にドーパントガスは導入しなかった。その後、比抵抗が４Ωｃｍであるリンドープのエピタキシャル層が形成されるよう、シリコン原料ガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、およびドーパントガスとしてホスフィン（ＰＨ３）を反応炉内に導入し、１１２５℃でエピタキシャル成長を行った。この時のドーパントガス導入量は２２０ｃｃである。
【００４５】
エピタキシャル層が形成された後、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルをＣＶ測定法によって測定した。結果を図８に示す。また、得られた抵抗値から界面における濃度プロファイルを算出した。結果を図９に示す。
【００４６】
図８及び図９に示すように、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面において不純物濃度が低下し、これによって抵抗値が高くなっていることが確認された。そして、この傾向は水素ベークの時間が長いほど顕著であった。これは、水素ベークによってシリコンウェーハに含まれる不純物が外方拡散しているためであると考えられる。
【００４７】
［実施例１］
実施例１では、水素ベーク時間を６０秒に設定するとともに、水素ベーク中にドーパントガスとしてホスフィンを導入した。水素ベーク時のドーパントガスの導入量は、１００ｃｃ、１１０ｃｃ及び１５０ｃｃの３種類とした。ドーパントガスの導入は昇温期間の途中から開始した。より具体的には、図１０に示すように、７５０℃から１１２５℃に昇温させる昇温期間において９００℃に達した時点でドーパントガスの導入を開始し、１１２５℃に到達し温度保持期間に入ってから６０秒が経過した後、シリコン原料ガスの導入を開始した。シリコン原料ガスの導入を開始した後は、形成するシリコンエピタキシャル層の比抵抗が４Ωｃｍとなるよう、ドーパントガスの導入量を２２０ｃｃに調整した。その他の条件は、上述した比較例と同じである。
【００４８】
そして、エピタキシャル層が形成された後、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルをＣＶ測定法によって測定した。結果を図１１に示す。比較のため、図１１にはドーパントガスを導入しなかった場合のデータ（比較例のデータ）も表示してある。
【００４９】
図１１に示すように、水素ベーク中にドーパントガスを添加すると、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗値の上昇が大幅に抑制されていることが分かる。より具体的に説明すると、ドーパントガス添加量が１００ｃｃである場合には、界面近傍における抵抗値の上昇が僅かに残っており、ドーパントガス添加量が１５０ｃｃである場合には、界面近傍における抵抗値の僅かな低下が見られるものの、どちらも良好な抵抗プロファイルが得られた。特に、ドーパントガス添加量が１１０ｃｃである場合、界面近傍における抵抗プロファイルをほぼフラットにすることができた。
【００５０】
［実施例２］
実施例２では、ＳＯＩウェーハを用い、ドーパントガスであるホスフィンの導入量を１８０秒間に亘り１１０ｃｃとした他は、実施例１と同じ条件でエピタキシャル層の形成を行った。ＳＯＩ層の比抵抗は４Ωｃｍである。そして、エピタキシャル層を形成した後、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルをＣＶ測定法によって測定した。結果を図１２に示す。比較のため、図１２にはドーパントガスを導入しなかった場合のデータ（比較例のデータ）も表示してある。図１２に示すように、ＳＯＩ基板を用いた場合も、界面近傍における抵抗プロファイルはほぼフラットになった。
【符号の説明】
【００５１】
１０ エピタキシャルウェーハ
１１ シリコンウェーハ本体
１２ エピタキシャル層
１３ 界面
２０ エピタキシャルウェーハ
２０ａ シリコンウェーハ
２０ｂ シリコンウェーハの表面
２１ ウェーハ本体
２２ エピタキシャル層
２３ ＳＯＩ層
２４ 支持基板
２５ 埋め込み絶縁層
２６ 界面
３０ エピタキシャル成長装置
３１ 反応炉
３２ ガス導入管
３２ａ〜３２ｃ バルブ
３３ ガス排出管
３３ａ バルブ
３４ 排気機構
３５ ステージ
３６ 加熱機構
４０ ウェーハ
４１ 絶縁膜
４２ イオン注入層
４３ ウェーハ
４４ ウェーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明はエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に、水素ベークによって生じるシリコンウェーハ中のドーパント濃度の低下を補償することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャルウェーハは、通常、シリコンウェーハの表面にシリコンウェーハとは不純物濃度の異なるシリコンエピタキシャル層を形成することにより作製される。例えば、不純物濃度の高いシリコンウェーハの表面に不純物濃度の低いシリコン層を形成したい場合などにエピタキシャルウェーハが用いられる。或いは、ＩＧＢＴのようにシリコンウェーハの主面に対して垂直方向に電流が流れるタイプの半導体デバイスにおいては、不純物濃度の異なるシリコン層を垂直方向に積層する必要があり、このような用途においてもエピタキシャルウェーハが用いられることがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２７７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これら通常のエピタキシャルウェーハとは異なり、シリコンウェーハの不純物濃度とシリコンエピタキシャル層の不純物濃度とが等しいエピタキシャルウェーハも考えられる。この種のエピタキシャルウェーハは、垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、デバイスが形成される表層領域を無欠陥にできるという利点がある。また、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハにおいては、デバイス形成領域であるＳＯＩ層の表面に不純物濃度が等しいエピタキシャル層を形成することで、ＳＯＩ層の膜厚を増大させることができるという利点もある。
【０００５】
しかしながら、この種のエピタキシャルウェーハにおいては、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面において不純物濃度が低下し、この部分の抵抗値が高くなることがあった。本来、この種のエピタキシャルウェーハは、シリコンウェーハとエピタキシャル層とを同一視できる点に特徴があるところ、界面において不純物濃度が変動するとかかる特徴が損なわれてしまうという問題があった。特に、高抵抗のエピタキシャルウェーハを製造する場合において、より顕著な問題として顕在化する。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下を防止することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、シリコンウェーハの不純物濃度とエピタキシャル層の不純物濃度とが等しいエピタキシャルウェーハにおいて、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面で不純物濃度の低下が生じる原因について鋭意研究を行った。その結果、通常、エピタキシャル成長処理前には、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜除去や表面の清浄化を目的に、水素ガス雰囲気中でシリコンウェーハをエピタキャル成長処理温度以上の温度にまで昇温して短時間の熱処理（以下「水素ベーク」という）が行われ、界面における不純物濃度の低下は、このエピタキシャル成長前に行う水素ベーク時にシリコンウェーハからドーパントが外方拡散することが原因であることを見いだした。本発明は、このような技術的知見に基づきなされたものである。
【０００８】
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、反応炉内に水素ガスおよびシリコンウェーハと同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入して前記シリコンウェーハを熱処理することにより、前記シリコンウェーハに前記ドーパントを内方拡散させる第１の工程と、前記第１の工程を行った後、前記反応炉内にシリコン原料ガスを導入して前記シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する第２の工程とを備え、前記エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第１の工程で導入するドーパントガスの濃度を調整することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、エピタキシャル成長処理前に実施する水素ベーク中に、シリコンウェーハに含まれる不純物と同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入していることから、外方拡散により低下するシリコンウェーハ表層の不純物濃度が補われる。これにより、シリコンウェーハ表層部における不純物濃度の低下が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【００１０】
前記第２の工程においては、前記エピタキシャル層の不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第２の工程で導入する前記ドーパントガスの濃度を調整することが好ましい。これによれば、外方拡散により低下するシリコンウェーハ表層部の不純物濃度が補われ、シリコンウェーハの不純物濃度とエピタキシャル層の不純物濃度とが等しく、且つ、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下が抑制されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【００１１】
なお、本発明において、「エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの不純物濃度が第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しい」とは、不純物濃度が完全に一致していることまでを要求するものではなく、実使用上、ほぼ同一視できる範囲において不純物濃度が多少相違している場合も含む。具体的には、要求される比抵抗範囲の仕様にもよるが、概ね、第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度に対して、エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの比抵抗の差が±１０％以内となる不純物濃度差の範囲内であれば不純物濃度が等しいものと見做すことができる。
【００１２】
同様に、［エピタキシャル層の不純物濃度が第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しい」とは、不純物濃度が完全に一致していることまでを要求するものではなく、シリコンウェーハとエピタキシャル層の比抵抗の差が±１０％以内となる不純物濃度差の範囲内であれば不純物濃度が等しいものと見做すことができる。
【００１３】
前記第１の工程は、前記反応炉内の温度を上昇させる昇温工程と、前記昇温工程の終了後、前記反応炉内の温度を保持する温度保持工程とを含み、前記ドーパントガスの導入を前記昇温工程から開始することが好ましい。これによれば、昇温時の外方拡散によって失われる不純物についても補うことが可能となる。
【００１４】
本発明において前記シリコンウェーハは、絶縁膜が埋め込まれたＳＯＩウェーハであることが好ましい。ＳＯＩウェーハは、製法によってはＳＯＩ層の膜厚を十分に確保することが困難であるが、本発明によれば垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、エピタキシャル層を形成することによってＳＯＩ層の膜厚を増加させることが可能となる。
【００１５】
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、酸素イオンのイオン注入と熱処理により前記絶縁膜を埋め込むことによって前記ＳＯＩウェーハを作製する工程をさらに備えることが好ましい。上記の方法は、一般的にＳＩＭＯＸ(Separation by Implanted Oxygen)法と呼ばれる手法であって、絶縁膜を埋め込む場合、絶縁膜の埋め込み深さはイオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、最大でも１μｍ程度のＳＯＩ層しか形成できないため、これ以上の厚いＳＯＩ層を形成することができない。しかしながら、本発明によれば、このような方法で絶縁膜を埋め込む場合であっても、垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、エピタキシャル層を形成することによってＳＯＩ層の膜厚を十分に確保することが可能となる。
【００１６】
本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、表面に前記絶縁膜が形成された第１のウェーハにイオン注入を行うことにより前記絶縁膜の下層にイオン注入層を埋め込む工程と、前記絶縁膜を介して前記第１のウェーハと第２のウェーハを貼り合わせることにより貼り合わせウェーハを作製する工程と、前記貼り合わせウェーハを前記イオン注入層にて剥離させることにより前記ＳＯＩウェーハを作製する工程とをさらに備えることもまた好ましい。上記の方法は、一般的にスマートカット（Smart Cut：登録商標）法と呼ばれる手法であって、イオン注入層を形成する場合、イオン注入層の形成深さはイオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、ＳＩＭＯＸ法と同様に、厚いＳＯＩ層を形成することが困難である。しかしながら、本発明によれば、このような方法でイオン注入層を形成する場合であっても、垂直方向における不純物濃度差を持たせることなく、エピタキシャル層を形成することによってＳＯＩ層の膜厚を十分に確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明によれば、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面における不純物濃度の低下が防止されたエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の好ましい第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の構造を示す略断面図である。
【図２】本発明の好ましい第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の構造を示す略断面図である。
【図３】第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【図４】エピタキシャル成長装置の一例を示す模式図である。
【図５】反応炉内の温度変化と各工程との関係を示す模式的なグラフである。
【図６】第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の一例を説明するための模式図である。
【図７】第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の他の例を説明するための模式図である。
【図８】比較例においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルを示すグラフである。
【図９】比較例においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における濃度プロファイルを示すグラフである。
【図１０】実施例１において反応炉内の温度変化と各工程との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルを示すグラフである。
【図１２】実施例２においてシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の構造を示す略断面図である。
【００２１】
図１に示すように、本実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０は、シリコンウェーハ本体１１及びその表面に形成されたエピタキシャル層１２を有している。シリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物の種類及びその濃度と、エピタキシャル層１２に含まれる不純物の種類及びその濃度は実質的に同一である。しかも、シリコンウェーハ本体１１とエピタキシャル層１２との界面１３においても不純物濃度の大きな変動は存在しない。本実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の製造方法については後述する。
【００２２】
図２は、本発明の好ましい第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の構造を示す略断面図である。
【００２３】
図２に示すように、本実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０は、ＳＯＩウェーハ本体２１及びその表面に形成されたエピタキシャル層２２を有している。ＳＯＩウェーハ本体２１は、ＳＯＩ層２３、支持基板２４及びこれらの間に介在する埋め込み絶縁層２５を備えている。そして、ＳＯＩ層２３に含まれる不純物の種類及びその濃度と、エピタキシャル層２２に含まれる不純物の種類及びその濃度は実質的に同一である。しかも、ＳＯＩ層２３とエピタキシャル層２２との界面２６においても不純物濃度の大きな変動は存在しない。本実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造方法についても後述する。
【００２４】
図３は、第１の実施形態によるエピタキシャルウェーハ１０の製造工程を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
まず、シリコンウェーハ本体１１を用意し、エピタキシャル成長装置の反応炉内にロードする（ステップＳ１）。使用するエピタキシャル成長装置の構造については特に限定されない。エピタキシャル成長装置の一例を図４に示す。図４に示すエピタキシャル成長装置３０は、反応炉３１と、反応炉３１にガスを導入するためのガス導入管３２と、反応炉３１からガスを排出するためのガス排出管３３とを備える。ガス導入管３２には、バルブ３２ａ〜３２ｃを介して水素ガス（Ｈ２）、ドーパントガス及びシリコン原料ガスが供給される。代表的なドーパントガスとしては、ＰＨ３ガス、Ｂ２Ｈ６ガスなどが挙げられる。シリコン原料ガスとしては、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガスなどが挙げられる。ガス排出管３３は、バルブ３３ａを介して排気機構３４に接続されている。反応炉３１の内部には、シリコンウェーハ本体１１を載置するためのステージ３５が設けられている。また、反応炉３１の上方及び下方には、シリコンウェーハ本体１１を加熱するための加熱機構３６が設けられている。
【００２６】
次に、バルブ３２ａを開くことによって反応炉３１内に水素ガスを導入しながら、加熱機構３６を用いてシリコンウェーハ本体１１を所定の昇温速度で加熱する（ステップＳ２）。これにより、シリコンウェーハ本体１１が所定の温度に到達すると水素ベークが行われ、シリコンウェーハ本体１１の表面が清浄化される（ステップＳ３）。このとき、本実施形態では、バルブ３２ｂを開くことによって反応炉３１内にドーパントガスを導入する。その結果、水素ベーク中における反応炉３１内はドーパントガス雰囲気となる。バルブ３２ｂを開くタイミング、つまり、ドーパントガスの導入開始タイミングは、昇温の途中であっても構わないし、昇温の終了後であっても構わない。
【００２７】
水素ベークを行うと、その熱によってシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物が外方拡散し、表層における不純物濃度が低下する。しかしながら、本実施形態においては水素ベーク中にシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物と同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入していることから、外方拡散によってシリコンウェーハ本体１１から失われる不純物が補われ、その結果、表層における不純物濃度の低下が防止される。外方拡散量は水素ベーク条件（時間、温度）に依存するが、エピタキシャル成長処理後のシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物濃度と水素ベーク前のシリコンウェーハ本体１１に含まれる不純物濃度が等しくなるよう、すなわち、シリコンウェーハ本体１１の厚み方向に不純物濃度が一定となるように、水素ベーク中に導入するドーパントガスの濃度を調整することによって、界面１３における不純物濃度プロファイルの変動を最小限に抑えることが可能となる。
【００２８】
水素ベークが完了した後、バルブ３２ｃを開くことによって反応炉３１内にシリコン原料ガスを導入する（ステップＳ４）。これにより、シリコンウェーハ本体１１の表面がエピタキシャル成長し、エピタキシャル層１２が形成される。このとき、バルブ３２ｂの開度を調整することにより、エピタキシャル層１２の不純物濃度がシリコンウェーハ本体１１の不純物濃度と等しくなるようドーパントガスの濃度を調整することが好ましい。
【００２９】
エピタキシャル層を形成する際に導入するドーパントガス濃度は、エピタキシャル層１２の形成によって体積が増加する分、水素ベーク時に比べて高濃度のドーパントガスを反応炉３１内に導入することが好ましい。換言すると、水素ベーク時に反応炉３１内に導入するドーパントガスの濃度は、エピタキシャル成長処理時に反応炉３１内に導入するドーパントガスの濃度よりも低濃度に調整することが好ましい。エピタキシャル成長処理時に導入する高濃度のドーパントガスを水素ベーク時に導入した場合には、過剰のドーパントがシリコンウェーハ本体１１表面に吸着あるいは内方拡散して取り込まれて、逆に界面３１における抵抗が低くなってしまい、不純物濃度プロファイルの変動を招いてしまうことになる。
【００３０】
また、水素ベークはシリコンウェーハ本体１１の表面に存在する自然酸化膜を除去するものでなければならず、水素ベークの他の条件としては、０．３×１０５Ｐａ〜１．１×１０５Ｐａの圧力下、水素ガス雰囲気中で９００℃〜１１９０℃の温度範囲内で１５秒〜５分間保持する条件などを例示することができる。いずれにしても、エピタキシャル成長処理後のエピタキシャル層１２とシリコンウェーハ本体１１との界面１３における不純物濃度が等しくなるよう、水素ベーク時に導入するドーパントガスの濃度を調整すればよく、予め実験によって最適なドーパントガス濃度を求めておけばよい。
【００３１】
このようにしてエピタキシャル層１２が形成された後、反応炉３１内のエピタキシャルウェーハ１０を降温させ（ステップＳ５）、所定の温度まで低下した後、エピタキシャルウェーハ１０を反応炉３１から取り出す（ステップＳ６）。以上により、エピタキシャルウェーハ１０が完成する。
【００３２】
このように、本実施形態においては、水素ベーク中にドーパントガスを導入していることから、水素ベーク時の外方拡散によってシリコンウェーハ本体１１から失われる不純物がドーパントの表面吸着や内方拡散によって補われ、表層における不純物濃度の低下を防止することが可能となる。ここで、水素ベーク時における温度とエピタキシャル成長時の温度との関係は特に限定されず、図５（ａ），（ｂ）に示すように両者の温度が同じであっても構わないし、図５（ｃ），（ｄ）に示すように水素ベーク時の温度の方が高くても構わない。また、ドーパントガスの導入開始タイミングについては、図５（ａ），（ｃ）に示すように昇温工程（ステップＳ２）の終了後であっても構わないし、図５（ｂ），（ｄ）に示すように昇温工程（ステップＳ２）の途中であっても構わない。いずれにしても、シリコン原料ガスが導入されるエピタキシャル成長工程（ステップＳ４）は、反応炉内の温度が一定に保持される温度保持工程にて行われる。尚、図５（ａ）〜（ｄ）において縦軸は温度、横軸は時間である。
【００３３】
図６は、第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の一例を説明するための模式図である。
【００３４】
図６に示す例では、まずシリコンウェーハ２０ａを用意し、その一方の表面２０ｂから酸素イオンＡをイオン注入する。次いで、イオン注入後のシリコンウェーハ２０ａに例えば、酸化ガス雰囲気中で１３００℃以上の温度で３０時間以上の高温熱処理を施すことにより、表面２０ｂの下層には埋め込み絶縁膜２５が形成され、ＳＯＩウェーハ２１が完成する。その後は、図３を用いて説明した方法を用いて、ＳＯＩ層２３の表面にエピタキシャル層２２を形成する。これにより、エピタキシャルウェーハ２０が完成する。
【００３５】
上記の方法でエピタキシャルウェーハ２０を作製した場合、ＳＯＩ層２３の膜厚は酸素イオンＡの注入深さによって決まる。ここで、酸素イオンＡの注入深さは、イオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、厚いＳＯＩ層２３を形成することは困難である。しかしながら、本実施形態によれば、ＳＯＩ層２３の表面に同じ不純物濃度を有するエピタキシャル層２２を形成していることから、実質的に厚いＳＯＩ層を得ることが可能となる。
【００３６】
図７は、第２の実施形態によるエピタキシャルウェーハ２０の製造工程の他の例を説明するための模式図である。
【００３７】
図７に示す例では、まず表面に絶縁膜４１が形成された第１のウェーハ４０を用意し、絶縁膜４１を介して所定のイオンＢをイオン注入することにより絶縁膜４１の下層にイオン注入層４２を埋め込む。イオンＢの種類については特に限定されるものではないが、水素イオン又は希ガスイオンを選択することが好ましい。
【００３８】
次に、絶縁膜４１を介して第１のウェーハ４０と第２のウェーハ４３を貼り合わせることにより、貼り合わせウェーハ４４を作製する。そして、貼り合わせウェーハ４４をイオン注入層４２にて剥離させることによりＳＯＩウェーハ２１が完成する。その後は、図３を用いて説明した方法を用いて、ＳＯＩ層２３の表面にエピタキシャル層２２を形成する。これにより、エピタキシャルウェーハ２０が完成する。
【００３９】
上記の方法でエピタキシャルウェーハ２０を作製した場合、ＳＯＩ層２３の膜厚はイオンＢの注入深さによって決まる。イオンＢの注入深さは、イオン注入時の加速エネルギーによって制限されるため、厚いＳＯＩ層２３を形成することは困難である。しかしながら、本実施形態によれば、ＳＯＩ層２３の表面に同じ不純物濃度を有するエピタキシャル層２２を形成していることから、実質的に厚いＳＯＩ層を得ることが可能となる。
【００４０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４１】
例えば、本発明においてシリコンウェーハ及びエピタキシャル層に添加する不純物の種類については特に限定されず、ｐ型である場合はボロン（Ｂ）を選択することができ、ｎ型である場合はリン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）又はヒ素（Ａｓ）を選択することができる。また、本発明においてシリコンウェーハ及びエピタキシャル層に添加する不純物の濃度についても特に限定されない。
【００４２】
また、本発明において、水素ベーク中にＨＣｌガスを反応炉内に導入することによって、シリコンウェーハの表面をエッチングしても構わない。
【実施例】
【００４３】
［比較例］
比較例においては、水素ベークによる不純物の外方拡散の影響について評価した。まず、チョクラルスキー法によって育成され、直径が２００ｍｍ、厚みが７２５μｍであるリンドープのシリコンウェーハを用意した。シリコンウェーハの比抵抗は４Ωｃｍである。そして、シリコンウェーハの表面に比抵抗が４Ωｃｍであるリンドープのエピタキシャル層を形成した。
【００４４】
エピタキシャル層の形成においては、その前処理として反応炉内に水素ガスを導入して１１２５℃の温度でシリコンウェーハの水素ベークを行った。ベーク時間は、３０秒、６０秒及び１８０秒の３種類とし、水素ベーク時には反応炉内にドーパントガスは導入しなかった。その後、比抵抗が４Ωｃｍであるリンドープのエピタキシャル層が形成されるよう、シリコン原料ガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス、およびドーパントガスとしてホスフィン（ＰＨ３）を反応炉内に導入し、１１２５℃でエピタキシャル成長を行った。この時のドーパントガス導入量は２２０ｃｃである。
【００４５】
エピタキシャル層が形成された後、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルをＣＶ測定法によって測定した。結果を図８に示す。また、得られた抵抗値から界面における濃度プロファイルを算出した。結果を図９に示す。
【００４６】
図８及び図９に示すように、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面において不純物濃度が低下し、これによって抵抗値が高くなっていることが確認された。そして、この傾向は水素ベークの時間が長いほど顕著であった。これは、水素ベークによってシリコンウェーハに含まれる不純物が外方拡散しているためであると考えられる。
【００４７】
［実施例１］
実施例１では、水素ベーク時間を６０秒に設定するとともに、水素ベーク中にドーパントガスとしてホスフィンを導入した。水素ベーク時のドーパントガスの導入量は、１００ｃｃ、１１０ｃｃ及び１５０ｃｃの３種類とした。ドーパントガスの導入は昇温期間の途中から開始した。より具体的には、図１０に示すように、７５０℃から１１２５℃に昇温させる昇温期間において９００℃に達した時点でドーパントガスの導入を開始し、１１２５℃に到達し温度保持期間に入ってから６０秒が経過した後、シリコン原料ガスの導入を開始した。シリコン原料ガスの導入を開始した後は、形成するシリコンエピタキシャル層の比抵抗が４Ωｃｍとなるよう、ドーパントガスの導入量を２２０ｃｃに調整した。その他の条件は、上述した比較例と同じである。
【００４８】
そして、エピタキシャル層が形成された後、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルをＣＶ測定法によって測定した。結果を図１１に示す。比較のため、図１１にはドーパントガスを導入しなかった場合のデータ（比較例のデータ）も表示してある。
【００４９】
図１１に示すように、水素ベーク中にドーパントガスを添加すると、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗値の上昇が大幅に抑制されていることが分かる。より具体的に説明すると、ドーパントガス添加量が１００ｃｃである場合には、界面近傍における抵抗値の上昇が僅かに残っており、ドーパントガス添加量が１５０ｃｃである場合には、界面近傍における抵抗値の僅かな低下が見られるものの、どちらも良好な抵抗プロファイルが得られた。特に、ドーパントガス添加量が１１０ｃｃである場合、界面近傍における抵抗プロファイルをほぼフラットにすることができた。
【００５０】
［実施例２］
実施例２では、ＳＯＩウェーハを用い、ドーパントガスであるホスフィンの導入量を１８０秒間に亘り１１０ｃｃとした他は、実施例１と同じ条件でエピタキシャル層の形成を行った。ＳＯＩ層の比抵抗は４Ωｃｍである。そして、エピタキシャル層を形成した後、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗プロファイルをＣＶ測定法によって測定した。結果を図１２に示す。比較のため、図１２にはドーパントガスを導入しなかった場合のデータ（比較例のデータ）も表示してある。図１２に示すように、ＳＯＩ基板を用いた場合も、界面近傍における抵抗プロファイルはほぼフラットになった。
【符号の説明】
【００５１】
１０ エピタキシャルウェーハ
１１ シリコンウェーハ本体
１２ エピタキシャル層
１３ 界面
２０ エピタキシャルウェーハ
２０ａ シリコンウェーハ
２０ｂ シリコンウェーハの表面
２１ ウェーハ本体
２２ エピタキシャル層
２３ ＳＯＩ層
２４ 支持基板
２５ 埋め込み絶縁層
２６ 界面
３０ エピタキシャル成長装置
３１ 反応炉
３２ ガス導入管
３２ａ〜３２ｃ バルブ
３３ ガス排出管
３３ａ バルブ
３４ 排気機構
３５ ステージ
３６ 加熱機構
４０ ウェーハ
４１ 絶縁膜
４２ イオン注入層
４３ ウェーハ
４４ ウェーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内に水素ガスおよびシリコンウェーハと同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入して前記シリコンウェーハを熱処理することにより、前記シリコンウェーハに前記ドーパントを内方拡散させる第１の工程と、
前記第１の工程を行った後、前記反応炉内にシリコン原料ガスを導入して前記シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する第２の工程と、を備え、
前記エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第１の工程で導入するドーパントガスの濃度を調整することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記エピタキシャル層の不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第２の工程で導入するドーパントガスの濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程は、前記反応炉内の温度を上昇させる昇温工程と、前記昇温工程の終了後、前記反応炉内の温度を保持する温度保持工程とを含み、前記第１の工程における前記ドーパントガスの導入を前記昇温工程から開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記シリコンウェーハは、絶縁膜が埋め込まれたＳＯＩウェーハであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
酸素イオンのイオン注入と熱処理により前記絶縁膜を埋め込むことによって前記ＳＯＩウェーハを作製する工程をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
表面に前記絶縁膜が形成された第１のウェーハにイオン注入を行うことにより前記絶縁膜の下層にイオン注入層を埋め込む工程と、前記絶縁膜を介して前記第１のウェーハと第２のウェーハを貼り合わせることにより貼り合わせウェーハを作製する工程と、前記貼り合わせウェーハを前記イオン注入層にて剥離させることにより前記ＳＯＩウェーハを作製する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１】
反応炉内に水素ガスおよびシリコンウェーハと同一導電型のドーパントを含むドーパントガスを導入して前記シリコンウェーハを熱処理することにより、前記シリコンウェーハに前記ドーパントを内方拡散させる第１の工程と、
前記第１の工程を行った後、前記反応炉内にシリコン原料ガスを導入して前記シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する第２の工程と、を備え、
前記エピタキシャル層形成後のシリコンウェーハの不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第１の工程で導入するドーパントガスの濃度を調整することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記エピタキシャル層の不純物濃度が前記第１の工程前のシリコンウェーハの不純物濃度と等しくなるよう、前記第２の工程で導入するドーパントガスの濃度を調整することを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記第１の工程は、前記反応炉内の温度を上昇させる昇温工程と、前記昇温工程の終了後、前記反応炉内の温度を保持する温度保持工程とを含み、前記第１の工程における前記ドーパントガスの導入を前記昇温工程から開始することを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記シリコンウェーハは、絶縁膜が埋め込まれたＳＯＩウェーハであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
酸素イオンのイオン注入と熱処理により前記絶縁膜を埋め込むことによって前記ＳＯＩウェーハを作製する工程をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
表面に前記絶縁膜が形成された第１のウェーハにイオン注入を行うことにより前記絶縁膜の下層にイオン注入層を埋め込む工程と、前記絶縁膜を介して前記第１のウェーハと第２のウェーハを貼り合わせることにより貼り合わせウェーハを作製する工程と、前記貼り合わせウェーハを前記イオン注入層にて剥離させることにより前記ＳＯＩウェーハを作製する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６４８１４（Ｐ２０１２−１６４８１４Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０７７（Ｐ２０１１−２４０７７）
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月７日（２０１１．２．７）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]