DE102008062040B4 - Epitaxiewafer und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

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Abstract

Epitaxiewafer (10), der ein Siliziumsubstrat (20), einen darauf epitaktisch aufgewachsenen und Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Gettering-Epitaxiefilm (40), einen auf dem Gettering-Epitaxiefilm (40) epitaktisch aufgewachsenen Siliziumfilm-Überzug (50) und einen auf dem Siliziumfilm-Überzug (50) ausgebildeten Silizium-Hauptepitaxiefilm (60) umfasst, bei dem der Gettering-Epitaxiefilm (40) eine Kohlenstoffatomkonzentration von nicht weniger als 5,0 × 1017 Atome/cm3, jedoch nicht mehr als 1,0 × 1021 Atome/cm3 aufweist und Kohlenstoffatome zwischen dessen Siliziumgitter vorkommen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft einen Epitaxiewafer und ein Verfahren zu dessen Herstellung, und genauer einen Epitaxiewafer, der ein vorgegebenes Gettering-Mittel aufweist, das für für ein Bildgebungsbauelement oder ein Dünnschichtbauelement geeignet ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Bei einem Halbleiterprozess wird eine Einlagerung eines Schwermetalls als Verunreinigung in einen Siliziumwafer als Problem bezeichnet. Wenn das Schwermetall eingelagert wird, übt es auf beachtliche Weise einen negativen Einfluss auf die Bauelementeigenschaften aus, wie etwa eine mangelhafte Stillhaltezeit („pose time”), mangelhafte Retention, mangelhaftes Übergangsleck („junction leak”), Bruch der Isolierung des Oxidfilms und ähnliches. Es ist daher üblich, ein Gettering-Verfahren zur Unterdrückung der Diffusion des Schwermetalls in eine das Bauelement bildende (aktive) Region an einer vorderen Oberflächenseite des Siliziumwafers einzusetzen.
  • Als konventionelles Gettering-Verfahren sind ein intrinsisches Gettering-Verfahren (IG-Verfahren), das Mikrodefekte im Inneren des Siliziumwafers als Ort des Getterings (Einfangregion) nutzt, und ein extrinsisches Gettering-Verfahren (EG-Verfahren), bei dem als Ort des Getterings mechanischer Stress auf eine Oberfläche (Rückseite des Wafers gegenüber der das Bauelement bildenden Oberfläche durch einen Sandstrahlprozess oder ähnliches) ausgeübt wird oder ein polykristalliner Siliziumfilm auf der Rückseite ausgebildet wird, bekannt.
  • Mit der Weiterentwicklung der Technik elektronischer Geräte, wie etwa Mobiltelefone, digitale Fotokameras und ähnliches, wird die Dicke von Halbleiterbauelementen, die in diese elektronischen Bauelemente eingebaut werden sollen, fortdauernd verringert. Folglich wird verlangt, Siliziumwafer zu entwickeln, in denen der zuvor erwähnte Ort des Getterings in einer Region liegt, die sich näher an der aktiven Schicht des Bauelements befindet, um eine hohe Gettering-Fähigkeit zu erhalten.
  • Selbst wenn jedoch der Siliziumwafer, bei dem der Ort des Getterings näher an der aktiven Schicht des Bauelements liegt, nach dem IG-Verfahren gebildet wird im Gegensatz zum EG-Verfahren, kann durch die Wärmebehandlung eine DZ-Schicht ohne Sauerstoff-Präzipitationskeim in einer Region gebildet werden, die zwischen der Oberfläche des Wafers und nicht mehr als 10 μm darunter liegt. Die letztendliche Dicke des Halbleiterbauelements wird tendenziell zunehmend verringert, und es wird vorhergesagt, dass sie im Jahre 2010 oder später etwa 10 μm betragen wird. In diesem Fall liegt die Gettering-Region nicht im Wafer, so dass Metallverunreinigungen, die auf der Stufe des Bauelements entstehen, nicht vollständig einem Gettering unterzogen werden können. Da die in der aktiven Schicht des Bauelements entstandenen Verunreinigungen nicht ausreichend einem Gettering unterzogen werden können, können die IG- und EG-Verfahren an den Bauelementen verringerter Dicke nicht so angewendet werden, wie dies derzeit passiert.
  • Als Siliziumwafer, dessen Ort des Getterings näher an der aktiven Schicht des Bauelements liegt, sei ein Siliziumwafer erwähnt, wie er in JP-A-H05-152304 beschrieben ist, bei dem Kohlenstoffatome in eine Oberfläche eines Siliziumwafers implantiert werden, um eine Gettering-Schicht in geringer Tiefe von der Oberfläche auszubilden, und dann wird eine Epitaxieschicht auf solch einer Oberfläche des Wafers gezüchtet. Ferner sei ein Siliziumwafer erwähnt, wie er in JP-A-2006-216934 beschrieben ist, bei dem eine C, Ge, Sn und/oder Pb enthaltende Gettering-Schicht mittels CVD-Verfahren oder einem Dotierverfahren gebildet wird und dann eine Epitaxieschicht auf der Gettering-Schicht gebildet wird.
  • Aus DE 10 2006 005 875 A1 ist ein Halbleitersubstrat mit einer Getterfunktion bekannt, welches eine auf einen Wafer epitaktisch aufgewachsene Getterschicht und eine darauf epitaktisch aufgewachsene aktive Schicht zur Ausbildung integrierter Schaltkreise umfasst.
  • Ferner lehrt US 2007/0020893 A1 ein defektarmes Halbleitersubstrat mit Getterfunktion und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Substrates mit Hilfe mehrerer Ionenimplantationsschritte. Das hergestellte Halbleitersubstrat umfasst eine durch Ionenimplantation hergestellte Getterschicht, welche Sandwich-förmig zwischen zwei dotierten Halbleiterschichten eingebettet ist.
  • Bei dem Siliziumwafer, der nach dem in JP-A-H05-152304 beschriebenen Verfahren hergestellt wird, ist es jedoch erforderlich, eine sehr teure Ionenimplantationsvorrichtung zu verwenden, und außerdem treten dabei Probleme auf, wie etwa Metallkontamination, Erzeugung von Partikeln und ähnliches aufgrund der Ionenimplantation durch die Ionenimplantationsvorrichtung selbst, ebenso wie ein Auftreten von Defekten, die in einem fertiggestellten Epitaxiefilm aufgrund der Partikel induziert werden. Bei dem Siliziumwafer, der nach dem in JP-A-2006-216934 beschriebenen Verfahren hergestellt wird, entsteht der Gettering-Effekt durch die Wirkung einer Gitterspannung, die Kohlenstoff in Gitterpositionen bringen, so dass es erforderlich ist, die Gettering-Schicht bei einer geringen Temperatur im Temperaturbereich von 500–750°C zu bilden, um Kohlenstoff in die Gitterpositionen zu bringen, und dadurch wird die Schichtbildungsgeschwindigkeit erheblich verringert, was bei der Massenproduktion ungünstig ist. Da all diese Siliziumwafer in diesen Patentschriften mit einen Züchtungsverfahren bei geringer Temperatur hergestellt werden, besteht ein Problem, wie etwa die Abnahme der Qualität aufgrund von Defekten, Trübung oder ähnlichem in der aktiven Schicht des Bauelements als einem finalen Epitaxiefilm.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen Epitaxiewafer bereitzustellen, der eine Gettering-Schicht mit einer hohen Gettering-Fähigkeit aufweist, ohne die Qualität einer aktiven Schicht des Bauelements negativ zu beeinflussen, selbst wenn die Gettering-Schicht in der Nähe der aktiven Schicht des Bauelements ausgebildet ist, ebenso wie ein Verfahren, diesen herzustellen.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, stellen sich die Zusammenfassung und Konstruktion der Erfindung wie folgt dar:
    • (1) Ein Epitaxiewafer, der ein Siliziumsubstrat, einen darauf epitakitsch aufgewachsenen und Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Gettering-Epitaxiefilm, einen auf dem Gettering-Epitaxiefilm epitaktisch aufgewachsenen Siliziumfilm-Überzug und einen auf dem Siliziumfilm-Überzug ausgebildeten Silizium-Hauptepitaxiefilm umfasst, bei dem der Gettering-Epitaxiefilm eine Kohlenstoffatomkonzentration von nicht weniger als 5,0 × 1017 Atome/cm3, aber nicht mehr als 1,0 × 1021 Atome/cm3 aufweist und Kohlenstoffatome zwischen dessen Siliziumgitter vorkommen.
    • (2) Ein Epitaxiewafer gemäß Punkt (1), wobei der Gettering-Epitaxiefilm eine Dicke von 0,025–5 μm aufweist.
    • (3) Ein Epitaxiewafer gemäß Punkt (1) oder (2), wobei eine Silizium-Epitaxie-Unterschicht auf dem Siliziumsubstrat ausgebildet ist.
    • (4) Ein Epitaxiewafer gemäß einem der Punkte (1)–(3), wobei die Silizium-Epitaxie-Unterschicht und/oder der Gettering-Epitaxiefilm und/oder der Siliziumfilm-Überzug ein Film mit geringem Widerstand ist, der einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 1 Ω·cm aufweist.
    • (5) Ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Epitaktisches Aufwachsen eines Gettering-Epitaxiefilms auf einem Siliziumsubstrat unter der Atmosphäre eines Gasgemisches, das Silizium, und Kohlenstoff enthält, bei einer Temperatur oberhalb von 750°C, wobei der Gettering-Epitaxiefilm Silizium und Kohlenstoff enthält und wobei die Kohlenstoffatomkonzentration im Gettering-Epitaxiefilm nicht weniger als 5,0 × 1017 Atome/cm3, jedoch nicht mehr als 1,0 × 1021 Atome/cm3 aufweist und Kohlenstoffatome zwischen dem Siliziumgitter vorkommen; Aufwachsen eines Siliziumfilm-Überzugs zur Abdeckung des Gettering-Epitaxiefilms; und Bilden eines Silizium-Hauptepitaxiefilms auf dem Siliziumfilm-Überzug.
    • (6) Ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers gemäß Punkt (5), wobei der Gettering-Epitaxiefilm eine Dicke von 0,025–5 μm aufweist.
    • (7) Ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers gemäß Punkt (5) oder (6), das ferner einen Schritt des Züchtens einer Silizium-Epitaxie-Unterschicht vor dem Schritt des Züchtens des Gettering-Epitaxiefilms umfasst.
    • (8) Ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers gemäß einem der Punkte (5)–(7), wobei die Silizium-Epitaxie-Unterschicht und/oder der Gettering-Epitaxiefilm und/oder der Siliziumfilm-Überzug ein Film mit geringem Widerstand ist, der einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 1 Ω·cm aufweist.
  • Erfindungsgemäß kann ein Epitaxiewafer bereitgestellt werden, der eine Gettering-Schicht mit einer hohen Gettering-Fähigkeit aufweist, ohne die Qualität einer aktiven Schicht des Bauelements negativ zu beeinflussen, selbst wenn die Gettering-Schicht in der Nähe der aktiven Schicht des Bauelements ausgebildet ist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen beschrieben, wobei:
  • 1 ein Flussdiagramm ist, das Herstellungsschritte eines erfindungsgemäßen Epitaxiewafers veranschaulicht;
  • 2 ein Graph ist, der eine Menge an dotiertem Kohlenstoff in einem Gettering-Epitaxiefilm eines in Beispiel 1 hergestellten Epitaxiewafer zeigt; und
  • 3 ein Graph ist, der eine Kohlenstoffkonzentration von einer Oberfläche eines Filmüberzugs bis in zunehmende Tiefe eines in Beispiel 1 hergestellten Epitaxiewafers zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Wie in 1 dargestellt, wird ein erfindungsgemäßer Epitaxiewafer 10 hergestellt, indem ein Gettering-Epitaxiefilm 40, der Silizium und Kohlenstoff enthält, (1(c)) auf einem Siliziumsubstrat 20 (1(a)) oder falls notwendig einer auf dem Siliziumsubstrat 20 gebildeten Silizium-Epitaxie-Unterschicht 30 (1(b)) gebildet wird und ein Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 (1(e)) als aktive Schicht des Bauelements auf dem Gettering-Epitaxiefilm 40 und einem auf dem Gettering-Epitaxiefilm 40 gebildeten Siliziumfilm-Überzug 50 (1(d)) ausgebildet wird.
  • Die Erfinder haben verschiedene Studien an einem Epitaxiewafer durchgeführt, der eine Gettering-Schicht mit einer hohen Gettering-Fähigkeit aufweist, ohne die Qualität einer aktiven Schicht eines Bauelements negativ zu beeinflussen, selbst wenn die Gettering-Schicht in der Nähe der aktiven Schicht des Bauelements ausgebildet ist, und sie fanden heraus, dass wenn der Gettering-Epitaxiefilm 40, der Silizium und Kohlenstoff enthält, bei einer Filmbildungstemperatur oberhalb von 750°C zwischen dem Siliziumsubstrat 20 und dem Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 gebildet wird und die Kohlenstoffatomkonzentration im Gettering-Epitaxiefilm auf nicht weniger als 5,0 × 1017 Atome/cm3, jedoch nicht mehr als 1,0 × 1021 Atome/cm3 eingestellt wird, Kohlenstoffatome in Positionen zwischen dem Siliziumgitter eingebracht werden und auch Kohlenstoff im Gitter als Ort des Getterings in der Nähe des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 wirkt. Ferner wurde herausgefunden, dass aufgrund dessen, dass das Filmwachstum bei einer Temperatur oberhalb derjenigen der herkömmlichen Methode erfolgt, es möglich ist, den Gettering-Epitaxiefilm 40, der eine hohe Kristallinität und eine hohe Qualität aufweist, zu bilden, ohne die Qualität zu verschlechtern, und das Auftreten von Defekten wie etwa Trübung, Dislokation und ähnliches, das aus der Verschlechterung der Kristallinität im Gettering-Epitaxiefilm 40 resultiert, durch den darauf ausgebildeten Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 unterdrückt werden kann. So entstand die Erfindung.
  • Die Dicke des Gettering-Epitaxiefilms 40 beträgt vorzugsweise 0,025–5 μm. Wenn die Dicke weniger als 0,025 μm beträgt, besteht die Gefahr, dass eine ausreichende Gettering-Fähigkeit nicht erhalten werden kann, während wenn die Dicke 5 μm übersteigt, sich die Dauer des epitaktischen Wachstum verlängert, was eine Verringerung der Produktivität mit sich bringt.
  • Wie in 1(b) dargestellt, kann die Silizium-Epitaxie-Unterschicht 30 falls notwendig auf dem Siliziumsubstrat 20 gebildet werden. Da die Silizium-Epitaxie-Unterschicht 30 als Pufferschicht fungiert, ist die Bildung der Unterschicht 30 eine wirksame Maßnahme, die Dislokation zu verringern, die aufgrund des Unterschieds der Gitterkonstante zwischen dem Substrat 20 und dem Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 entsteht.
  • Wie in 1(d) dargestellt, wird der Siliziumfilm-Überzug 50 auf dem Gettering-Epitaxiefilm 40 gebildet. Da der Siliziumfilm-Überzug 50 als Abdeckung für den Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 dient, ist die Bildung des Films 50 eine wirksame Maßnahme, die Diffusion von Kohlenstoff, der in dem Gettering-Epitaxiefilm 40 enthalten ist, in den Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 weiter zu unterdrücken.
  • Wenn der Epitaxiewafer für ein Bildgebungsbauelement verwendet wird, liegt der spezifische Widerstand des unterhalb der aktiven Schicht des Bauelements befindlichen Films, vorzugsweise ein spezifischer Widerstand eines unterhalb einer Verarmungsschicht befindlichen Films, vorzugsweise nicht höher als 1 Ω·cm. Wenn nämlich der spezifische Widerstand solch eines Films auf der Unterseite gering gehalten wird, entweichen Elektronen von einer Photodiode rasch, so dass die Mobilität der Elektronen und somit die Eigenschaften des Bauelements verbessert werden.
  • Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren des Epitaxiewafers 10 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Wie in 1 dargestellt, umfasst das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einen Schritt (1(c)) des Züchtens eines Gettering-Epitaxiefilms 40, der Silizium und Kohlenstoff enthält, auf einem Siliziumsubstrat 20 (1(a)) unter der Atmosphäre eines Gasgemisches, das Silizium und Kohlenstoff enthält, bei einer festgelegten Temperatur und einen Schritt (1e)) der Bildung eines Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 auf dem Gettering-Epitaxiefilm 40.
  • Der erfindungsgemäße Züchtungsschritt des Gettering-Epitaxiefilms (1(c)) ist ein Schritt des Züchtens des aus Si, C und O bestehenden Gettering-Epitaxiefilms 40 auf dem Siliziumsubstrat 20, der notwendigerweise unter einer Atmosphäre eines Gasgemisches, das Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält, bei einer Temperatur oberhalb von 750°C durchgeführt wird.
  • Wenn die Temperatur 750°C übersteigt, werden Kohlenstoffatome in Positionen zwischen dem Siliziumgitter eingebracht, und somit kann Kohlenstoff, der in den Positionen zwischen dem Gitter vorkommt, als Ort des Getterings in der Nähe des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 dienen und ferner können aus Silizium- und Kohlenstoffatomen bestehende Präzipitate, die eine Getteringwirkung aufweisen, im Epitaxiefilm 60 gebildet werden. Da das Filmwachstum bei einer Temperatur oberhalb derjenigen der herkömmlichen Methode erfolgen kann, ist es ferner möglich, einen Silizium-Hauptepitaxiefilm 60, der eine hohe Qualität aufweist, auf dem Film 40 zu züchten, ohne die Qualität zu verschlechtern. Zu diesem Zeitpunkt ist die Größe der aus Silizium- und Kohlenstoffatomen bestehenden Präzipitate nicht speziell beschränkt und der Ort der Präzipitation kann im Epitaxiefilm 60 liegen.
  • Das Züchtungsverfahren des Gettering-Epitaxiefilms 40 ist nicht speziell beschränkt, sondern kann zum Beispiel erfolgen, indem ein auf organischem Silizium basierendes Gas wie etwa Methylsilangas oder Ähnliches und ein auf Silizium basierendes Gas wie etwa Monosilangas oder Ähnliches in einen Ofen in einem Temperaturbereich von 750–850°C eingeleitet wird und gleichzeitig ein Gas aus einer Wasserstoffgasflasche, das Sauerstoff in einer regulierten Konzentration aufweist, durch ein anderes Rohr in den Ofen eingeleitet wird, um einen Epitaxiefilm zu züchten, der Silizium, Kohlenstoff und Sauerstoff enthält. Andererseits werden in einem Temperaturbereich von 800–1200°C ein auf Silizium basierendes Gas wie etwa Dichlorsilan oder Trichlorsilan und ein organisches Gas wie etwa Trimethylsilan oder Ähnliches in den Ofen eingeleitet.
  • Darüber hinaus liegt die Züchtungstemperatur des Gettering-Epitaxiefilms 40 vorzugsweise oberhalb von 750°C, jedoch nicht oberhalb von 1180°C. Wenn die Temperatur nicht oberhalb von 750°C liegt, schreitet das epitaktische Wachstum nicht voran, während wenn sie 1180°C übersteigt, besteht die Gefahr, dass im Siliziumsubstrat 20 enthaltene Verunreinigungen in den Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 diffundieren.
  • Der erfindungsgemäße Bildungsschritt des Silizium-Hauptepitaxiefilms (1(e)) ist ein Schritt der Bildung des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 als aktive Schicht eines Bauelements auf dem Siliziumfilm-Überzug 50. Das Bildungsverfahren des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 kann ein Verfahren der Bildung eines Siliziumfilms durch epitaktisches Wachstum sein. Ebenso kann die Dicke des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 in Abhängigkeit von den Anwendungen auf verschiedene Niveaus eingestellt werden. Zum Beispiel kann die Dicke des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 2–5 μm in Speicherbauelementen und 5–30 μm in Bildgebungsbauelementen betragen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Schritt des Züchtens eines Siliziumfilm-Überzugs 50 (1(d)) zwischen dem Schritt des Züchtens des Gettering-Epitaxiefilms 40 (1(c)) und dem Schritt der Bildung des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 (1(e)) durchgeführt. Der Siliziumfilm-Überzug 50 dient als Abdeckung für den Silizium-Hauptepitaxiefilm 60, so dass die Diffusion von Kohlenstoffatomen des Gettering-Epitaxiefilms 40 in den Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 weiter unterdrückt wird. Das Bildungsverfahren des Siliziumfilm-Überzugs 50 ist nicht speziell beschränkt, sondern umfasst zum Beispiel eine Bildung durch ein chemisches Dampfabscheideverfahren (CVD), eine Bildung durch Beschichtung und Ähnliches.
  • Darüber hinaus wird bevorzugt, einen Schritt der Bildung einer Silizium-Epitaxie-Unterschicht 30 durchzuführen, indem ein Phosphingas hoher Konzentration (1(b)) vor dem Schritt des Züchtens des Gettering-Epitaxiefilms 40 (1(c)) eingeleitet wird. In diesem Fall können von einer Photodiode erzeugte Elektronen durch die Unterschicht rasch vom Photodiodenteil abgeführt werden können, so dass die Leistungsfähigkeit eines Bildgebungsbauelements verbessert wird. Die Bildung der Silizium-Epitaxie-Unterschicht 30 kann zum Beispiel durch Einleiten von Phosphingas oder Diborangas in hoher Konzentration beim Wachstum des Gettering-Epitaxiefilms 40 erfolgen.
  • Zudem wird bevorzugt, dass das Siliziumsubstrat 20 einer Wärmebehandlung bei etwa 1100°C unter einer Wasserstoffatmosphäre oder unter einer Chlorwasserstoff-Gasatmosphäre unterzogen wird, um nativen Sauerstoff oder Partikel von der Oberfläche des Substrats vor den Filmbildungsschritten (1(c) und (e)) zu entfernen. Wie bekannt ist, kann die Effizienz der Entfernung des nativen Sauerstoffs oder der Partikel von der Substratoberfläche durch die Hochtemperatur-Vorbehandlung vor dem Wachstum des Epitaxiefilms erhöht werden.
  • Obwohl das Vorhergehende nur unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, können im Rahmen der Erfindung verschieden Modifikationen erfolgen.
  • Beispiel 1
  • Acht Proben (Proben 1–8) eines p-Typ (100)-Siliziumwafers, der einen Durchmesser von 200 mm und eine anfängliche Sauerstoffkonzentration von 7,0 × 1017 Atome/cm3 (ASTM F-121, 1979) aufweist und der von einem nach dem CZ-Verfahren gezüchteten Siliziumblock geschnitten wurde, werden bereitgestellt. Solch ein Siliziumwafer wird als Wafer mit extrem geringem Sauerstoffgehalt (keine Bildung von Sauerstoffpräzipitat durch IG-Verfahren) zum Zweck der Evaluierung der Gettering-Leistungsfähigkeit eines Gettering-Epitaxiefilms selbst verwendet. Dieser Siliziumwafer ist ein Siliziumsubstrat 20 (1(a)), das in einen Epitaxie-Züchtungsofen bei 800°C gegeben wird, und die Temperatur des Siliziumsubstrats 20 wird mit einem Wasserstoffgas auf 1180°C erhöht und 60 Sekunden dort gehalten. Anschließend wird die Temperatur auf 800°C verringert und danach wird Monosilangas mit einer Flussrate von 800 cm3/min eingeleitet, um eine Unterschicht 30 zu bilden, die eine Dicke von 100 nm aufweist, und ferner wird Methylsilangas bei verschiedenen Flussraten eingeleitet, so dass sich ein Gettering-Epitaxiefilm 40 bildet, der eine Dicke von 100 nm und eine Kohlenstoffatomkonzentration eines vorgegebenen Wertes (Atome/cm3) für jede Probe aufweist (Probe 1: 0, Probe 2: 5,0 × 1017, Probe 3: 5,0 × 1019, Probe 4: 2,5 × 1020, Probe 5: 6,5 × 1020, Probe 6: 9,0 × 1020, Probe 7: 1,0 × 1021, Probe 8: 1,4 × 1021). Schließlich wird der Fluss des Methylsilangases bei 800°C gestoppt, und man lässt nur das Monosilangas einströmen, um einen Silizium-Überzug 50 zu bilden, der eine Dicke von 50 nm aufweist. Dann wird die Temperatur auf 1100°C erhöht und Dichlorsilangas wird eingeleitet, um einen Silizium-Hauptepitaxiefilm 60 zu bilden, der eine Dicke von 2 μm aufweist, wodurch ein Epitaxiewafer 10 für jede der Proben 1–8 erhalten wird.
  • Von jeder der so erhaltenen Proben wird die Menge an dotiertem Kohlenstoff im Gettering-Epitaxiefilm mittels eines SIMS-Messgeräts gemessen. Ein Teil der gemessenen Ergebnisse ist in 2 dargestellt, aus der man erkennen kann, dass die Menge an dotiertem Kohlenstoff des Gettering-Epitaxiefilms 40 mit steigender Flussmenge an Methylsilangas ansteigt. Andererseits zeigt 3 das Ergebnis einer Messung der Kohlenstoffkonzentration von der Oberfläche eines Überzugs bis in zunehmende Tiefe mittels SIMS-Messung nach der Bildung des Getteringfilms 40 und des Überzugs 50 bei einer Flussrate an Methylsilangas von 12 cm3/min, woran man erkennen kann, dass die Kohlenstoffkonzentration im Getteringfilm etwa 1,8 Atom-% beträgt (9,0 × 1020 Atome/cm3).
  • Bei den Proben werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen. Das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl nur in Probe 8 (Kohlenstoffkonzentration: 1,4 × 1021 Atome/cm3), bei der Methylsilangas mit 20 cm3/min einströmte, nicht weniger als 100 beträgt, und nicht mehr als 50 in den anderen Proben 1–7.
  • Beispiel 2
  • Epitaxiewafer 10 der Proben 1–8 werden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass eine Silizium-Epitaxieunterschicht 30 gezüchtet wird, indem Phosphingas einer hohen Konzentration bei einem Schritt der Bildung einer Silizium-Epitaxieunterschicht (1(b)) eingeleitet wird. Das Ergebnis der Evaluierung der Silizium-Epitaxieunterschicht 30 in den erhaltenen Proben bestätigt, dass die Unterschicht einen spezifischen Widerstand von 0,1 Ω·cm und eine Dicke von 100 nm aufweist.
  • Bei jeder der Proben 1–8 werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen. Das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl nur in Probe 8 (Kohlenstoffkonzentration: 1,4 × 1021 Atome/cm3), bei der Methylsilangas mit 20 cm3/min einströmte, nicht weniger als 100 beträgt, und nicht mehr als etwa 50 in den anderen Proben 1–7.
  • Beispiel 3
  • Epitaxiewafer 10 der Proben 1–8 werden in den gleichen Schritten wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Schritt der Bildung der Epitaxieunterschicht 30 (1(b)) nicht durchgeführt wird. Es wurde nach der Messung bestätigt, dass die Menge an dotiertem Kohlenstoff des Gettering-Epitaxiefilms die gleiche ist wie in Beispiel 1.
  • Bei jeder der Proben werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen. Das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl nur in Probe 8 (Kohlenstoffkonzentration: 1,4 × 1021 Atome/cm3), bei der Methylsilangas mit 20 cm3/min einströmte, nicht weniger als 100 beträgt, und nicht mehr als etwa 50 in den anderen Proben 1–7.
  • nicht erfindungsgemäßes Beispiel 4
  • Epitaxiewafer 10 der Proben 1–8 werden in den gleichen Schritten wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Schritt der Bildung des Siliziumfilm-Überzugs 50 (1(d)) nicht durchgeführt wird. Es wurde nach der Messung bestätigt, dass die Menge an dotiertem Kohlenstoff des Gettering-Epitaxiefilms die gleiche ist wie in Beispiel 1.
  • Bei jeder der Proben werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen. Das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl nur in Probe 8 (Kohlenstoffkonzentration: 1,4 × 1021 Atome/cm3), bei der Methylsilangas mit 20 cm3/min einströmte, nicht weniger als 100 beträgt, und nicht mehr als etwa 50 in den anderen Proben 1–7.
  • nicht erfindungsgemäßes Beispiel 5
  • Epitaxiewafer 10 der Proben 1–8 werden mit den gleichen Schritten wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Schritt der Bildung der Epitaxieunterschicht 30 (1(b)) und der Schritt der Bildung des Siliziumfilm-Überzugs 50 (1(d)) nicht durchgeführt werden. Es wurde nach der Messung bestätigt, dass die Menge an dotiertem Kohlenstoff des Gettering-Epitaxiefilms die gleiche ist wie in Beispiel 1.
  • Bei jeder der Proben werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen. Das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl nur in Probe 8 (Kohlenstoffkonzentration: 1,4 × 1021 Atome/cm3), bei der Methylsilangas mit 20 cm3/min einströmte, nicht weniger als 100 beträgt, und nicht mehr als etwa 50 in den anderen Proben 1–7.
  • Beispiel 6
  • Epitaxiewafer werden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Gettering-Epitaxiefilm so gebildet wird, dass er eine Kohlenstoffkonzentration von 5,0 × 1019 Atomen/cm3 aufweist und die Dicke dieses Films auf jeweils 0,001 μm, 0,025 μm, 0,05 μm, 0,1 μm, 0,5 μm, 1 μm und 2 μm verändert wird.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine Probe eines Epitaxiewafers wird unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Schritt der Bildung des Gettering-Epitaxiefilms 40 (1(c)) nicht durchgeführt wird. Bei der so erhaltenen Probe werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen, wobei das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl nicht mehr als 50 beträgt.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Epitaxiewafer 10 der Proben 1–8 werden auf die gleiche Art und Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, abgesehen davon, dass der Gettering-Epitaxiefilm 40 bei der Bildung des Gettering-Epitaxiefilms (1(c)) bei 750°C gezüchtet wird. Von jeder der Proben werden die LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, auf der Wafer-Oberfläche unter Verwendung eines Teilchenzählers gemessen, wobei das Ergebnis zeigt, dass die LPD-Anzahl in allen Proben 1–8 nicht weniger als 100 beträgt.
  • Evaluierungsverfahren
  • Die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen Proben werden anhand der folgenden Evaluierungspunkte (1) und (2) evaluiert.
  • (1) Evaluierung 1 der Gettering-Fähigkeit (Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration)
  • Bei den in den Beispielen 1, 3 und 5 und den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen Proben wird eine Oberflächenkontamination mit einer Nickelkonzentration von 1 × 1012 Atomen/cm2 unter Verwendung eines Rotationsbeschichtungs-Kontaminationsverfahrens durchgeführt. Nachdem die Probe ferner einer Wärmebehandlung bei 1000°C für 1 Stunde unterzogen wird, erfolgt ein selektives Ätzen (mit einer Wright-Ätzlösung), um eine Oberflächendefektdichte der Probe zu ermitteln. Die Evaluierungsergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
    • O:
    nicht mehr als 1000 Atome/cm2
    Δ:
    mehr als 1000 Atome/cm2, jedoch nicht mehr als 10000 Atome/cm2
    X:
    mehr als 10000 Atome/cm2
  • (2) Evaluierung 2 der Gettering-Fähigkeit (Bestimmung der Dicke)
  • Bei der in Beispiel 5 erhaltenen Probe wird die Oberflächenkontamination mit einer Nickelkonzentration von 1 × 1012 Atomen/cm2 unter Verwendung eines Rotationsbeschichtungs-Kontaminationsverfahrens durchgeführt. Nachdem die Probe ferner einer Wärmebehandlung bei 1000°C für 1 Stunde unterzogen wird, erfolgt ein selektives Ätzen (mit einer Wright-Ätzlösung), um eine Oberflächendefektdichte der Probe zu ermitteln. Das Evaluierungsergebnis ist in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 1
    Gettering-Epitaxiefilm Siliziumfilm-Überzug Silizium-Epitaxieunterschicht Oberflächendefektdichte
    Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4 Probe 5 Probe 6 Probe 7 Probe 8
    Beispiel vorhanden vorhanden vorhanden - O O O O O O O
    Beispiel 3 vorhanden vorhanden nein - O O O O O O O
    Beispiel4 vorhanden nein vorhanden - O O O O O O O
    Beispiel 5 vorhanden nein nein - O O O O O O O
    Vergleichsbeispiel 1 nein vorhanden vorhanden X - - - - - - -
    Vergleichsbeispiel 2 vorhanden vorhanden vorhanden - O O O O O O O
    Tabelle 2
    Gettering-Epitaxie-film Silizium-film-Überzug Silizium-Epitaxieunterschicht Oberflächendefektdichte
    Dicke des Gettering-Epitaxiefilms (μm)
    0,001 0,025 0,1 0,5 1 2
    Beispiel 6 vorhanden vorhanden vorhanden X O O O O O
  • (3) LPD-Evaluierung am finalen epitaktisch gewachsenen Film
  • Bei den Proben der Beispiele und Vergleichsbeispiele wird die LPD-Anzahl gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt.
    • O:
    Die Anzahl an LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, beträgt nicht mehr als 50.
    X:
    Die Anzahl an LPD, die eine Größe von nicht weniger als 0,13 μm aufweisen, beträgt nicht weniger als 50.
    Tabelle 3
    Gettering-Epitaxiefilm Siliziumfilm-Überzug Silizium-Epitaxieunterschicht LPD
    Probe 1 Probe 2 Probe 3 Probe 4 Probe 5 Probe 6 Probe 7 Probe 8
    Beispiel 1 vorhanden vorhanden vorhanden O O O O O O O X
    Beispiel 3 vorhanden vorhanden nein O O O O O O O X
    Beispiel 4 vorhanden nein vorhanden O O O O O O O X
    Beispiel 5 vorhanden nein nein O O O O O O O X
    Vergleichsbeispiel 1 nein vorhanden vorhanden O - - - - - - -
    Vergleichsbeispiel 2 vorhanden vorhanden vorhanden X X X X X X X X
  • Wie man an den Ergebnissen in Tabelle 1 erkennt, zeigen alle Beispielproben einen guten Gettering-Effekt. Weiterhin kann man an den Ergebnissen in Tabelle 2 erkennen, dass die Probe von Beispiel 6 eine gute Oberflächendefektdichte besitzt, abgesehen von der Gettering-Dicke von 0,001 μm.
  • Andererseits weist die Probe von Vergleichsbeispiel 2 einen Gettering-Effekt gleicher Größe auf wie jene der Beispielproben, allerdings ist deren LPD-Anzahl größer als jene der Beispielproben, wie man an den Ergebnissen in Tabelle 3 erkennt. Wenn die tatsächlichen LPD ferner mittels eines Atomkraftmikroskops untersucht werden, zeigt sich, dass die LDP in den Beispielproben Partikel auf der Epitaxie-Oberfläche sind, während ein größerer Teil der LPD in der Probe von Vergleichsbeispiel 2 ein vertiefungsartiger Defekt oder ein Epitaxiedefekt ist, der als Stapelfehler bezeichnet wird, was eine Verschlechterung der Eigenschaften des Bauelements verursacht. Aufgrund dieser Tatsache lässt sich verstehen, dass die Proben von Vergleichsbeispiel 2 im Vergleich zu den Beispielproben eine mangelhafte Kristallinität besitzen. Es wird angenommen, das dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass, obwohl das Epitaxiewachstum beim Bildungsschritt des Silizium-Hauptepitaxiefilms 60 in Vergleichsbeispiel 2 bei 110°C durchgeführt wird, die Temperatur beim Züchten des Gettering-Epitaxiefilms 40 750°C beträgt, weshalb die Kristallinität schlecht ist und die Qualität des Kristalls sich nicht einmal beim weiteren Epitaxiewachstum bei 1100°C verbessert.
  • Erfindungsgemäß kann selbst wenn die Gettering-Schicht sich in der Nähe der aktiven Schicht eines Bauelements befindet, ein Epitaxiewafer bereitgestellt werden, der eine Gettering-Schicht mit einer hohen Gettering-Fähigkeit aufweist, ohne die Qualität der aktiven Schicht des Bauelements zu beeinträchtigen.

Claims (8)

  1. Epitaxiewafer (10), der ein Siliziumsubstrat (20), einen darauf epitaktisch aufgewachsenen und Silizium und Kohlenstoff enthaltenden Gettering-Epitaxiefilm (40), einen auf dem Gettering-Epitaxiefilm (40) epitaktisch aufgewachsenen Siliziumfilm-Überzug (50) und einen auf dem Siliziumfilm-Überzug (50) ausgebildeten Silizium-Hauptepitaxiefilm (60) umfasst, bei dem der Gettering-Epitaxiefilm (40) eine Kohlenstoffatomkonzentration von nicht weniger als 5,0 × 1017 Atome/cm3, jedoch nicht mehr als 1,0 × 1021 Atome/cm3 aufweist und Kohlenstoffatome zwischen dessen Siliziumgitter vorkommen.
  2. Epitaxiewafer (10) gemäß Anspruch 1, wobei der Gettering-Epitaxiefilm (40) eine Dicke von 0,025–5 μm aufweist.
  3. Epitaxiewafer (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Silizium-Epitaxie-Unterschicht (30) auf dem Siliziumsubstrat (20) ausgebildet ist.
  4. Epitaxiewafer (10) gemäß einem der Ansprüche 1–3, wobei die Silizium-Epitaxie-Unterschicht (30) und/oder der Gettering-Epitaxiefilm (40) und/oder der Siliziumfilm-Überzug (50) ein Film mit geringem Widerstand ist, der einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 1 Ω·cm aufweist.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers (10), umfassend die folgenden Schritte: – Epitaktisches Aufwachsen eines Gettering-Epitaxiefilms (40) auf einem Siliziumsubstrat (20) unter der Atmosphäre eines Gasgemisches, das Silizium und Kohlenstoff enthält, bei einer Temperatur oberhalb von 750°C, wobei der Gettering-Epitaxiefilm (40) Silizium und Kohlenstoff enthält und wobei die Kohlenstoffatomkonzentration im Gettering-Epitaxiefilm (40) nicht weniger als 5,0 × 1017 Atome/cm3, jedoch nicht mehr als 1,0 × 1021 Atome/cm3 aufweist und Kohlenstoffatome zwischen dem Siliziumgitter vorkommen; – Epitaktisches Aufwachsen eines Siliziumfilm-Überzugs (50) zur Abdeckung des Gettering-Epitaxiefilms (40); und – Epitaktisches Bilden eines Silizium-Hauptepitaxiefilms (60) auf dem Siliziumfilm-Überzug (50).
  6. Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers (10) gemäß Anspruch 5, wobei der Gettering-Epitaxiefilm (40) eine Dicke von 0,025–5 μm aufweist.
  7. Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers (10) gemäß Anspruch 5 oder 6, das ferner einen Schritt des epitaktischen Aufwachsens einer Silizium-Epitaxie-Unterschicht (30) vor dem Schritt des epitaktischen Aufwachsens des Gettering-Epitaxiefilms (40) umfasst.
  8. Verfahren Zur Herstellung eines Epitaxiewafers (10) gemäß einem der Ansprüche 5–7, wobei die Silizium-Epitaxie-Unterschicht (30) und/oder der Gettering-Epitaxiefilm (40) und/oder der Siliziumfilm-Überzug (50) ein Film mit geringem Widerstand ist, der einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 1 Ω·cm aufweist.
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