DE112005003233B4 - Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers, der ein Substrat aufweist, das durch Schneiden eines mit Stickstoff dotierten Silizium-Einkristalls erhalten wird, der durch das Czochralski-Verfahren hergestellt wird, sowie eine Epitaxieschicht, die auf dem Substrat vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst:
einen Flusssäure-Reinigungsschritt zum Reinigen des Substrats mit einer Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält;
einen Oxidfilm-Ausbildungsschritt zur Ausbildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche des Substrats, ohne ein nicht freiliegendes COP mit einem Innenwand-Oxidfilm innerhalb des Substrats zur Oberfläche des Substrats hin freizulegen; und
einen Epitaxieschicht-Ausbildungsschritt zur Ausbildung, nach Durchführung einer Wärmebehandlung auf dem Substrat, auf welchem der Oxidfilm vorgesehen ist, einer Epitaxieschicht auf dem Substrat;
wobei in dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats durch Reinigen der Oberfläche des Substrats mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung oder einer Ozonwasserlösung ausgebildet wird, ohne dabei eine SC-1 Reinigung durchzuführen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Es ist bereits ein epitaktischer Silizium-Wafer bekannt, der ein Substrat aus einem Silizium-Einkristall und einer auf einer Oberfläche des Substrats vorgesehene Epitaxieschicht aufweist.
  • Da eine Kontamination durch metallische Verunreinigungen der Epitaxieschicht des epitaktischen Silizium-Wafers die Bauteileigenschaften beeinträchtigt, wird die Kontamination durch die metallischen Verunreinigungen der Epitaxieschicht durch Gettern entfernt.
  • Speziell wird das Substrat mit Stickstoff dotiert, um Sauerstoffablagerungskerne im Innern des Substrats auszubilden, in welchen die metallischen Verunreinigungen eingefangen werden, damit sie gegettert werden.
  • Wie in 4A gezeigt, ist ein COP (durch einen Kristall hervorgerufenes Teilchen), das einen kleinen Fehler darstellt, nicht nur auf der Oberfläche des mit Stickstoff dotierten Substrats 11 vorhanden, sondern auch innerhalb des mit Stickstoff dotierten Substrats 11. Das COP 111, das zur Oberfläche des Substrats 11 hin freiliegt (das COP, das zur Substratoberfläche offen ist) wird zu einer Ursache für die Erzeugung eines SF (eines Stapelfehlers) in der Epitaxieschicht 12. Hierbei bezeichnet das Bezugszeichen 13 den Oxidfilm.
  • Wärmebehandlung stellt eine der Arten und Weisen zum Entfernen des COP 111 dar, das zur Oberfläche des Substrats 11 hin freiliegt. Wie in den 4B und 4C gezeigt, neigt jedoch in dem mit Stickstoff dotierten Substrat 11 infolge des Innenwand-Oxidfilms 112, der innerhalb des COP 111 verbleibt, die Form des COP 111 dazu, unverändert zu bleiben, so dass das COP 111 nicht nur durch Wärmebehandlung entfernt werden kann. Daher wird, wie in 4D gezeigt, der Stapelfehler 121 in der Epitaxieschicht 12 hervorgerufen.
  • Um den Innenwand-Oxidfilm 112 innerhalb des COP 111 zu entfernen wird vorgeschlagen, das Substrat 11 mit einer Flusssäurelösung zu reinigen, um den Innenwand-Oxidfilm 112 innerhalb des COP 111 zu entfernen (vergleiche beispielsweise JP 2002-020200 A ).
  • Bei diesem Verfahren können, nachdem die Oberfläche des Substrats 11 durch die Flusssäurelösung gereinigt wurde, Teilchen an der Oberfläche des Substrats 11 anhaften. Um zu verhindern, dass die Teilchen an der Oberfläche des Substrats 11 anhaften, wird ein Oxidfilm ausgebildet, durch Reinigen der Oberfläche des Substrats 11 mit SC-1 (Salmiakgeist-Wasserstoffperoxid), nach Reinigung durch die Flusssäurelösung.
  • In der US 6 200 872 B1 wird das Freilegen der Oberfläche eines Siliziumsubstrats beschrieben, das eine D-HF- und SC-1-Behandlung umfasst.
  • Die DE 699 13 731 T2 beschreibt die Präparierung eines Satzes von epitaktischen Siliziumwafern, die in einer Waferkassette bzw. einem solchen Magazin, einem Schiffchen oder einem anderen Waferträger zusammengestellt sind, wobei jeder Wafer eine Epitaxialschicht aufweist, die im Wesentlichen frei von eingewachsenen Störstellen bzw. Fehlstellen ist, die durch das Vorhandensein von angehäuften Silizium-Zwischengitterplatzstörstellen bzw. -fehlstellen auf einer Oberfläche eines Substrats hervorgerufen werden, auf dem die Epitaxialschicht aufgewachsen ist.
  • Die EP 1 132 951 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen, insbesondere Schritte, die ein Reinigen eines Siliziumsubstrats vor der Bildung eines Gateoxids beinhalten.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Allerdings kann bei diesem Verfahren, obwohl der Innenwand-Oxidfilm 112 innerhalb des COP 111 durch die Flusssäurelösung entfernt wird, die Anzahl an Stapelfehlern auf der Epitaxieschicht des epitaktischen Silizium-Wafers nicht ausreichend verringert werden.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers, bei welchem die Anzahl an Stapelfehlern der Epitaxieschicht auf dem epitaktischen Silizium-Wafer ausreichend verringert werden kann.
  • MASSNAHMEN ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
  • Als Ergebnis verschiedener, umfangreicher Untersuchungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die Oberfläche des Substrats dadurch geätzt wird, dass die Oberfläche des Substrats mit dem SC-1 (Salmiakgeist-Wasserstoffperoxid) gereinigt wird, nach der Reinigung durch die Flusssäurelösung.
  • Um die Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen zu beschreiben: Durch Behandlung des Substrats 11, wie in 5A gezeigt, mit der Flusssäurelösung werden der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 und der Innenwand-Oxidfilm 112 innerhalb des COP 111 (111A), das zur Oberfläche des Substrats 11 geöffnet ist, entfernt, wie in 5B gezeigt ist.
  • Dann wird, wie in 5C gezeigt, wenn die Oberfläche des Substrats 11 durch das SC-1 (Salmiakgeist-Wasserstoffperoxid) gereinigt wird, der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet, und wird gleichzeitig die Oberfläche des Substrats 11 geätzt, so dass das COP 111 (111B) innerhalb des Substrats 11 auf der Oberfläche des Substrats 11 freigelegt wird.
  • Der Innenwand-Oxidfilm 112 innerhalb des COP 111A, der zur Oberfläche des Substrats 11 freiliegt, wenn das Substrat 11 durch die Flusssäurelösung gereinigt wird, wird durch Reinigen durch die Flusssäurelösung entfernt, jedoch wird der Innenwand-Oxidfilm 112 des COP 111B, der im Innern des Substrats 11 vergraben ist, nicht durch das Reinigen mit der Flusssäurelösung entfernt.
  • Mittels Durchführung der Wärmebehandlung, wie in den 5D und 5E gezeigt, nach Reinigung mit dem SC-I, verschwindet das COP 111A, dessen Innenwand-Oxidfilm 112 entfernt wurde, jedoch bleibt die Form des COP 111B, dessen Innenwand-Oxidfilm 112 nicht entfernt wurde, unverändert, und verschwindet daher nicht. Anders ausgedrückt verschwindet infolge der Tatsache, dass der Innenwand-Oxidfilm 112 nur schwer durch die Wärmebehandlung verringert werden kann, der Innenwand-Oxidfilm 112 nicht, so dass eine Wanderung von Atomen aus Silizium während der Wärmebehandlung behindert wird, und die Form des COP 111B unverändert bleibt. Wenn die Form des COP 111B unverändert bleibt, so wird, wie in 5F gezeigt, eine Fehlanpassung infolge des COP 111B bei der Ausbildung der Epitaxieschicht 12 hervorgerufen, und wird der Stapelfehler 121 der Epitaxieschicht 12 hervorgerufen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage der voranstehenden Erkenntnisse entwickelt. Es wird bereitgestellt:
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers, welcher ein Substrat aufweist, das durch Schneiden eines mit Stickstoff dotierten Silizium-Einkristalls erhalten wird, das mit dem Czochralski-Verfahren hergestellt wurde, und eine auf dem Substrat vorgesehene Epitaxieschicht, wobei das Verfahren umfasst: einen Flusssäure-Reinigungsschritt zum Reinigen des Substrats mit einer Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält; einen Oxidfilm-Ausbildungsschritt zur Ausbildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche des Substrats, ohne ein nicht freiliegendes COP mit einem Innenwand-Oxidfilm innerhalb des Substrats zur Oberfläche des Substrats hin freizulegen; und einen Epitaxieschicht-Ausbildungsschritt, zur Ausbildung einer Epitaxieschicht auf dem Substrat, nach Durchführung einer Wärmebehandlung mit dem Substrat, auf welchem der Oxidfilm vorgesehen ist. Bei dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt wird der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats dadurch ausgebildet, dass die Oberfläche des Substrats mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung oder einer Ozonwasserlösung gereinigt wird, ohne dabei eine SC-1 Reinigung durchzuführen.
  • Bei einer derartigen Vorgehensweise wird bei dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt, nachdem das Substrat durch die Flüssigkeit gereinigt wurde, welche Flusssäure enthält, der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet, ohne das COP innerhalb des Substrats zur Oberfläche des Substrats hin freizulegen. Anders ausgedrückt, wird der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats im Wesentlichen ohne Ätzung der Oberfläche des Substrats ausgebildet.
  • Wenn der Oxidfilm ausgebildet wird, wird daher das COP innerhalb des Substrats nicht zur Oberfläche des Substrats hin freigelegt.
  • Da das COP, das nicht durch die Flüssigkeit gereinigt wurde, welche Flusssäure enthält, nicht zur Oberfläche hin freigelegt wird, kann das COP, das zur Oberfläche des Substrats hin freiliegt, sicher mittels Durchführung der Wärmebehandlung ausgeschaltet werden.
  • Da das COP auf der Oberfläche des Substrats sicher mittels Durchführung der Wärmebehandlung ausgeschaltet werden kann, kann darüber hinaus, wenn die Epitaxieschicht auf dem Substrat ausgebildet wird, der Stapelfehler der Epitaxieschicht, der durch den zur Oberfläche des Substrats hin freiliegenden Fehler hervorgerufen wird, verringert werden.
  • Bei einer derartigen Vorgehensweise kann in dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt, durch Reinigen der Oberfläche des Substrats mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung (beispielsweise wässrigem Wasserstoffperoxid oder einer gemischten Lösung aus Wasserstoffperoxid und Salzsäure) oder mit einer Ozonwasserlösung der Oxidfilm ausgebildet werden, ohne den Fehler innerhalb des Substrats zur Oberfläche des Substrats hin freizulegen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass in dem Flusssäure-Reinigungsschritt das Substrat unter Verwendung einer sich drehenden Reinigungsvorrichtung gereinigt wird, welche aufweist: einen Tröpfelabschnitt zum Tröpfeln der Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält, auf eine Oberfläche des Substrats; einen Halteabschnitt zum Halten der anderen Oberfläche des Substrats; und einen Drehabschnitt zum Drehen des Substrats so, dass eine Achse durch die Oberfläche des Substrats, das von dem Halteabschnitt gehalten wird, als eine Drehzentrumsachse hindurchgeht, wobei der Tröpfelabschnitt die Flusssäure enthaltende Flüssigkeit abtröpfeln lässt, um das Substrat zu reinigen, während das Substrat mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute oder weniger durch den Drehabschnitt gedreht wird.
  • Bei dem Flusssäure-Reinigungsschritt wird, wenn die Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält, auf die Oberfläche des Substrats getröpfelt wird, um die Oberfläche des Substrats zu reinigen, der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats entfernt, und wird die Oberfläche des Substrats wasserabstoßend.
  • In dem Zustand, in welchem die Oberfläche des Substrats wasserabstoßend wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats größer ist als 10 Umdrehungen pro Minute, wird die Flusssäure enthaltende Flüssigkeit, die auf die Oberfläche des Substrats getröpfelt wird, nach außen abgeführt, infolge der Drehung des Substrats, so dass der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats und der Innenwand-Oxidfilm des Fehlers, der zur Oberfläche des Substrats hin freiliegt, nicht sicher durch die Flusssäure enthaltende Flüssigkeit entfernt werden können.
  • Zur Lösung dieses Problems neigt bei der vorliegenden Erfindung infolge der Tatsache, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats auf 10 Umdrehungen pro Minute oder weniger eingestellt ist, die Flusssäure enthaltende Flüssigkeit, die auf die Oberfläche des Substrats getröpfelt wird, weniger dazu, nach außerhalb des Substrats entfernt zu werden, und bleibt die Flusssäure enthaltende Flüssigkeit auf der Oberfläche des Substrats, so dass der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats und der Innenwand-Oxidfilm des Fehlers, der zur Oberfläche des Substrats hin freiliegt, sicher entfernt werden können.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Flussdiagramm, das einen Prozess zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
    • 2A ist eine schematische Darstellung, welche einen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers zeigt;
    • 2B ist eine schematische Darstellung, die einen anderen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers zeigt;
    • 2C ist eine schematische Darstellung, die noch einen anderen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers zeigt;
    • 2D ist eine schematische Darstellung, die noch einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers zeigt;
    • 2E ist eine schematische Darstellung, die noch einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers zeigt;
    • 2F ist eine schematische Darstellung, die noch einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers zeigt;
    • 3 ist eine schematische Darstellung, die eine Reinigungsvorrichtung zeigt, die bei einem Verfahren zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers eingesetzt wird;
    • 4A ist eine schematische Darstellung, die einen der Schritte zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 4B ist eine schematische Darstellung, die einen anderen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 4C ist eine schematische Darstellung, die noch einen anderen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 4D ist eine schematische Darstellung, die noch einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 5A ist eine schematische Darstellung, die einen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 5B ist eine schematische Darstellung, die einen anderen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 5C ist eine schematische Darstellung, die noch einen anderen der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 5D ist eine schematische Darstellung, die einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt;
    • 5E ist eine schematische Darstellung, die einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt; und
    • 5F ist eine schematische Darstellung, die noch einen weiteren der Schritte zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach dem Stand der Technik zeigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    epitaktischer Silizium-Wafer
    3
    sich drehende Reinigungsvorrichtung
    11
    Substrat
    12
    Epitaxieschicht
    13
    Oxidfilm
    31
    Halteabschnitt
    32
    Drehabschnitt
    33
    Tröpfelabschnitt
    34
    Gas
    35
    Flusssäurelösung
    112
    Innenwand-Oxidfilm
    121
    Stapelfehler
    311
    innere Spannvorrichtung
    312
    äußere Spannvorrichtung
    313
    Hydraulikzylinder
    313A
    Zylinder
    313B
    Kolben
    321
    Drehwelle
    321A
    Loch
    321B
    Drehzentrumsachse
    331
    Düse
    111 (111A, 111B)
    COP
    T
    Auslasskanal
    T1
    Auslass
  • BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers einen Flusssäure-Reinigungsschritt (Schritt S1), einen Oxidfilm-Ausbildungsschritt (Schritt S2) und einen Epitaxieschicht-Ausbildungsschritt (Schritt S3).
  • Wie in 2F gezeigt, weist ein epitaktischer Silizium-Wafer 1 ein Substrat 11 und eine auf dem Substrat 11 vorgesehene Epitaxieschicht 12 auf.
  • Das Substrat 11 des epitaktischen Silizium-Wafers 1 wird dadurch hergestellt, dass man einen Block aus einem mit Stickstoff dotierten Silizium-Einkristall durch ein CZ-Verfahren aufwachsen lässt, und den Block schneidet.
  • Die Konzentration an Stickstoff innerhalb des Substrats 11 kann auf einen derartigen Pegel eingestellt werden, dass ein OSF-Kern (durch Oxidieren hervorgerufener Stapelfehler) nicht zur Oberfläche des Substrats hin freiliegt. Speziell wird die Konzentration an Stickstoff innerhalb des Substrats 11 vorzugsweise auf 1 × 1014 Atome/cm3 oder weniger eingestellt.
  • Das Substrat, das durch das CZ-Verfahren aufgewachsen ist und geschnitten wurde, wird Bearbeitungsvorgängen wie Abschrägung, Oberflächenschleifen, Polieren und dergleichen unterworfen, so dass es zu einem Substrat 11 wird, das eine spiegelnd bearbeitete Oberfläche aufweist.
  • Wie in 2A gezeigt, liegt ein COP 111 (111A), also ein Fehler, zur Oberfläche des Substrats 11 hin frei. Weiterhin ist auch ein COP 111 (111B) innerhalb des Substrats 11 vorhanden. Ein Innenwand-Oxidfilm 112 ist innerhalb jedes der COPs 111 (111A, 111B) vorhanden.
  • Weiterhin ist ein Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 vorhanden.
  • (Flusssäure-Reinigungsschritt)
  • Die Oberfläche des Substrats 11, mit welcher die voranstehend geschilderten Bearbeitungsvorgänge vorgenommen wurden, wird mit einer Flusssäurelösung gereinigt (Schritt S1).
  • Wie in 2B gezeigt, werden der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11, und der Oxidfilm 112 in dem COP 111A, der zur Oberfläche des Substrats 11 hin freiliegt, dadurch entfernt, dass sie durch die Flusssäurelösung gereinigt werden.
  • Eine in 3 gezeigte, sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 wird zur Durchführung des Flusssäure-Reinigungsschritts verwendet.
  • Die sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 weist einen Halteabschnitt 31 zum Haltern des Substrats 11 auf, einen Drehabschnitt 32 zum Drehen des Halteabschnitts 31, und einen Tröpfelabschnitt 33 zum Tröpfeln der Flusssäurelösung 35 auf eine Oberfläche des Substrats 11.
  • Der Halteabschnitt 31 stößt gegen die andere Oberfläche des Substrats 11 an. Der Halteabschnitt 31 weist eine innere Spannvorrichtung 311 auf, welche das Substrat 11 haltert, und eine äußere Spannvorrichtung 312, die außerhalb der inneren Spannvorrichtung 311 angeordnet ist.
  • Die innere Spannvorrichtung 311 weist die Form eines hohlen Kegelstumpfes auf. Der Durchmesser einer oberen Oberfläche (der Oberfläche an der Seite des Substrats 11) der inneren Spannvorrichtung 311 ist größer als jener einer unteren Oberfläche.
  • Die äußere Spannvorrichtung 312 weist die Form eines hohlen Kegelstumpfes auf, der größer ist als die innere Spannvorrichtung 311. Eine obere Oberfläche der äußeren Spannvorrichtung 312 an der Seite des Substrats 11 ist offen. Daher wird ein Zwischenraum zwischen der äußeren Spannvorrichtung 312 und der inneren Spannvorrichtung 311 hervorgerufen. Gas 34, das ins Innere einer Drehwelle 321 eingespritzt wird, wird durch die Drehwelle 321 zum Zwischenraum hin ausgestoßen. Daher bildet der Zwischenraum ein Teil eines nachstehend erläuterten Auslasskanals T für das Gas 34. Das Gas 34 wird von einem Auslass T1 des Auslasskanals T zum Umfangsabschnitt des Substrats 11 abgelassen, das auf der inneren Spannvorrichtung 311 angebracht ist.
  • Die äußere Spannvorrichtung 312 kann relativ zur inneren Spannvorrichtung 311 in Vertikalrichtung (Richtung des Pfeils Y) bewegt werden. So ist beispielsweise die äußere Spannvorrichtung 312 mit Hydraulikzylindern 313 oder dergleichen versehen, um die äußere Spannvorrichtung 312 nach oben und unten zu bewegen. Zylinder 313A der Hydraulikzylinder 313 sind an der äußeren Oberfläche einer unteren Oberfläche der äußeren Spannvorrichtung 312 angebracht, und Kolben 313B gehen durch die untere Oberfläche der äußeren Spannvorrichtung 312 hindurch. Enden an den Spitzen der Kolben 313B sind auf der unteren Oberfläche der inneren Spannvorrichtung 311 befestigt. Daher kann die äußere Spannvorrichtung 312 relativ zur inneren Spannvorrichtung 311 in Vertikalrichtung bewegt werden.
  • Der Drehabschnitt 32 dreht die innere Spannvorrichtung 311 des Halteabschnitts 31. Der Drehabschnitt 32 weist eine Drehwelle 321 auf, die auf der unteren Oberfläche der inneren Spannvorrichtung 311 angebracht ist, sowie eine Antriebsvorrichtung (nicht gezeigt) zum Drehen der Drehwelle 321.
  • Die Drehwelle 321 ist ein hohles Bauteil. Ein oberes Ende der Drehwelle 321 ist an der unteren Oberfläche der inneren Spannvorrichtung 311 befestigt. Eine Drehzentrumsachse 321B der Drehwelle 321 geht durch das Zentrum in der Ebene der Oberfläche des Substrats hindurch.
  • Weiterhin ist ein Loch 321A in der Nähe des oberen Endes der Drehwelle 321 vorhanden. Das Gas 34, das von einem unteren Ende der Drehwelle 321 eingespritzt wird, fließt durch das Innere der Drehwelle 321, und füllt den Zwischenraum zwischen der inneren Spannvorrichtung 311 und der äußeren Spannvorrichtung 312 durch das Loch 321A aus. Das Gas 34 wird vom Auslass T1 abgegeben. Anders ausgedrückt, bilden das Innere der Drehwelle 321 und der Zwischenraum zwischen der inneren Spannvorrichtung 311 und der äußeren Spannvorrichtung 312 den Auslasskanal T für das Gas 34.
  • Da das Gas 34 von dem Auslass T1 des Auslasskanals T abgegeben wird, wird hierbei ein Unterdruck an der Seite der anderen Oberfläche des Substrats 11 erzeugt. Infolge dieses Unterdrucks stößt die andere Oberfläche des Substrats 11 gegen die obere Oberfläche der inneren Spannvorrichtung 311 an, sodass das Substrat 11 an der inneren Spannvorrichtung 311 befestigt wird.
  • Hierbei wird beispielsweise trockener Sauerstoff als das Gas 34 verwendet.
  • Der Tröpfelabschnitt 33 weist eine Düse 331 zum Auftröpfeln der Flusssäurelösung 35 auf das Substrat 11 auf. Die Düse 331 ist der inneren Spannvorrichtung 311 zugewandt. Eine Auslassöffnung der Düse 331 ist im Zentrum der Ebene des Substrats 11 angeordnet, also koaxial zur Drehzentrumsachse 321B.
  • Wenn daher die Flusssäurelösung 35 von der Düse 331 heruntertröpfelt, während sich das Substrat 11 dreht, breitet sich die Flusssäurelösung 35 vom Zentrum zum Umfangsabschnitt des Substrats 11 aus, infolge der Zentrifugalkraft, und wird, wie in 3 gezeigt, zur Seite der anderen Oberfläche des Substrats 11 gedreht, die durch den Umfangsabschnitt hindurchgeht.
  • Für die Konzentration der Flusssäurelösung 35 gibt es keine spezielle Einschränkung, so dass diese beispielsweise 1 % bis 10 % betragen kann.
  • Das Verfahren zum Reinigen des Substrats 11 unter Verwendung der sich drehenden Reinigungsvorrichtung 3 wird nachstehend geschildert.
  • Zuerst wird das Substrat 11 auf der inneren Spannvorrichtung 311 angebracht. Dann wird das Gas 34 in das Innere der Drehwelle 321 eingespritzt. Das Gas 34 fließt durch das Innere der Drehwelle 321 und den Zwischenraum zwischen der inneren Spannvorrichtung 311 und der äußeren Spannvorrichtung 312, und wird dann von dem Auslass T1 abgegeben.
  • Dann wird die Drehwelle 321 gedreht, und dann lässt man die Flusssäurelösung 35 von der Düse 331 des Tröpfelabschnitts 33 heruntertröpfeln.
  • Hierbei ist die Umdrehungsgeschwindigkeit der Drehwelle 21 (also die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats 11) auf 10 Umdrehungen pro Minute oder weniger eingestellt, bevorzugt auf 2 Umdrehungen pro Minute oder weniger.
  • Die Flusssäurelösung 35 breitet sich vom Zentrum zum Umfangsabschnitt des Substrats 11 aus, und wird zur Seite der anderen Oberfläche des Substrats 11 abgelenkt, wobei sie durch den Umfangsabschnitt hindurchgelangt.
  • Hierbei kann die Menge an Flusssäurelösung 35, die zur Seite der anderen Oberfläche des Substrats 11 abgelenkt wird, dadurch eingestellt werden, dass die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats 11 gesteuert wird, die Zufuhrmenge an Flusssäurelösung 35, die Viskosität der Flusssäurelösung 35, und der Auslassdruck des Gases, das von dem Auslass T1 abgegeben wird.
  • (Oxidfilm-Ausbildungsschritt)
  • Als nächstes wird ein Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet, wie in 2C gezeigt ist (Schritt S2) .
  • Da das Substrat 11, das mit der Flusssäurelösung 35 gereinigt wurde, keinen Oxidfilm auf seiner Oberfläche aufweist, und daher Teilchen dort anhaften können, ist es erforderlich, einen Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 zu erzeugen.
  • Bei dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt wird der Oxidfilm unter Verwendung der sich drehenden Reinigungsvorrichtung 3 ausgebildet, die in dem Flusssäure-Reinigungsschritt eingesetzt wird.
  • Im Einzelnen wird das Substrat 11 auf der inneren Spannvorrichtung 311 angebracht, und wird das Gas 34 in das Innere der Drehwelle 321 eingespritzt, so dass das Gas 34 durch das Innere der Drehwelle 321 und den Zwischenraum zwischen der inneren Spannvorrichtung 311 und der äußeren Spannvorrichtung 312 fließt, und vom Auslass T1 abgegeben wird.
  • Dann wird die Drehwelle 321 zur Drehung veranlasst, und lässt man dann das Ozonwasser von der Düse 311 des Tröpfelabschnitts 13 heruntertröpfeln.
  • Hierbei ist die Umdrehungsgeschwindigkeit der Drehwelle 321 (also die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats 11) auf etwa 500 Umdrehungen pro Minute eingestellt.
  • Das Auftröpfeln des Ozonwassers wird nach etwa 60 Sekunden beendet, nachdem mit dem Auftröpfeln des Ozonwassers begonnen wurde.
  • Dann lässt man das Substrat 11 weiterhin mit einer Geschwindigkeit von etwa 500 Umdrehungen pro Minute drehen, um ein Schleudertrocknen durchzuführen, und damit ist der Oxidfilm-Ausbildungsschritt beendet.
  • (Epitaxieschicht-Ausbildungsschritt)
  • Als nächstes wird die Epitaxieschicht 12 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet (Schritt S3).
  • Zuerst wird, wie in 2E gezeigt, eine Wärmebehandlung mit dem Substrat 11 durchgeführt. Es wird beispielsweise die Wärmebehandlung auf dem Substrat 11 unter einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt.
  • Durch diese Wärmebehandlung wird der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 entfernt. Weiterhin wird das COP 111A auf der Oberfläche des Substrats 11 eingeebnet, und daher von der Substratoberfläche entfernt.
  • Dann wird die Epitaxieschicht 12 auf der Oberfläche des Substrats 11 erzeugt.
  • Im Einzelnen wird das Substrat 11 auf einer Epitaxieschicht-Wachstumsvorrichtung (nicht gezeigt) angebracht, um die Epitaxieschicht 12 auf dem Substrat 11 durch Einsatz eines metallorganischen Dampfablagerungsverfahrens (MOCVD-Verfahrens), eines Molekularstrahl-Epitaxieverfahrens (MBE-Verfahrens) oder dergleichen auszubilden.
  • Auf diese Weise wird der epitaktische Silizium-Wafer 1 hergestellt.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Vorteile erreicht werden.
    1. (1) In dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt wird nach Reinigen des Substrats 11 durch die Flusssäurelösung 35 die Oberfläche des Substrats 11 durch das Ozonwasser gereinigt, um den Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 auszubilden. Durch Reinigen der Oberfläche des Substrats 11 mit dem Ozonwasser kann der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet werden, ohne dass das COP 111B als der Fehler innerhalb des Substrats 11 zur Oberfläche des Substrats 11 freigelegt wird. Anders ausgedrückt, kann der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 so ausgebildet werden, dass im Wesentlichen die Oberfläche des Substrats 11 nicht geätzt wird.
  • Bei der Ausbildung des Oxidfilms 13 wird daher das COP 111B als der Fehler innerhalb des Substrats 11 nicht zur Oberfläche des Substrats 11 freigelegt.
  • Da das COP 111B, das nicht durch die Flusssäurelösung 35 gereinigt wurde, nicht zur Oberfläche hin freigelegt wird, verbleibt das COP 111B nicht auf der Oberfläche des Substrats 11 infolge der Wärmebehandlung in der nächsten Stufe.
  • Da die Wärmebehandlung sicher das COP 111A auf der Oberfläche des Substrats 11 ausschaltet, und das COP 111B innerhalb des Substrats 11 nicht auf der Oberfläche des Substrats 11 verbleibt, können dann, wenn die Epitaxieschicht 12 auf dem Substrat 11 ausgebildet wird, Fehler auf der Epitaxieschicht 12 verringert werden.
  • Bei dem Flusssäure-Reinigungsschritt wird, wenn die Flusssäurelösung 35 auf die Oberfläche des Substrats 11 getröpfelt wird, um die Oberfläche des Substrats 11 zu reinigen, der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 entfernt, und wird die Oberfläche des Substrats 11 wasserabstoßend.
  • In diesem Zustand wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats 11 größer ist als 10 Umdrehungen pro Minute, die Flusssäurelösung 35, die auf die Oberfläche des Substrats 11 getröpfelt wurde, nach außen infolge der Drehung des Substrats 11 entfernt, so dass der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 und der Innenwand-Oxidfilm 112 des COP 111 auf der Oberfläche des Substrats 11 nicht sicher durch die Flusssäurelösung 35 entfernt werden können.
  • Andererseits neigt, da die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats 11 auf 10 Umdrehungen pro Minute oder niedriger bei der vorliegenden Ausführungsform eingestellt ist, die Flusssäurelösung 35, die auf die Oberfläche des Substrats 11 getröpfelt wurde, weniger dazu, nach außerhalb von dem Substrat 11 verteilt zu werden, und bleibt die Flusssäurelösung 35 auf der Oberfläche des Substrats 11, so dass der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 und der Innenwand-Oxidfilm 112 des COP 111 auf der Oberfläche des Substrats 11 sicher entfernt werden können.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 sowohl bei dem Flusssäure-Reinigungsschritt als auch beim Oxidfilm-Ausbildungsschritt eingesetzt. Die sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 bearbeitet die Substrate 11 einzeln.
  • Wenn beispielsweise die Flusssäurelösung in einem Tank aufbewahrt wird, und mehrere Substrate in den Tank eingetaucht werden, besteht die Möglichkeit, dass das Substrat durch Verunreinigungen beeinträchtigt wird, die auf es von anderen Substraten in seiner Nähe abgegeben werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird infolge der Tatsache, dass eine so genannte, sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 für einen einzigen Wafer verwendet wird, welche die Substrate 11 einzeln bearbeitet, das Substrat 11 nicht durch andere Substrate kontaminiert.
  • Da die sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 die Substrate 11 einzeln bearbeitet, kann darüber hinaus die sich drehende Reinigungsvorrichtung 3 verkleinert werden, im Vergleich zu einer Anordnung, bei welcher ein Tank zum Eintauchen mehrerer Substrate 11 in diesen vorgesehen ist.
  • Durch Verwendung des wässrigen Wasserstoffperoxids kann der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet werden, ohne den Fehler innerhalb des Substrats 11 (der nicht zur Oberfläche des Substrats 11 hin freiliegt) zur Oberfläche des Substrats 11 freizulegen, so dass die gleichen Vorteile wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform erzielt werden können. Es kann nämlich die Anzahl an Stapelfehlern der Epitaxieschicht 12 signifikant verringert werden.
  • Weiterhin kann in dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt eine so genannte SC-2-Reinigung, also eine Reinigung mit einer gemischten Lösung aus wässrigem Wasserstoffperoxid und Flusssäure durchgeführt werden. Auch in diesem Fall kann der Oxidfilm 13 auf der Oberfläche des Substrats 11 ausgebildet werden, ohne den Fehler innerhalb des Substrats 11 (welcher nicht zur Oberfläche des Substrats 11 hin freiliegt) zur Oberfläche des Substrats 11 hin freizulegen.
  • [Beispiel]
  • Nachstehend wird ein Beispiel für die vorliegende Erfindung beschrieben.
  • Der epitaktische Silizium-Wafer wurde mit demselben Verfahren wie bei der voranstehenden Ausführungsform hergestellt.
  • (Flusssäure-Reinigungsschritt)
  • Ein Silizium-Einkristall, der mit Stickstoff von 4 × 1013 Atomen/cm3 bis 5 × 1013 Atomen/cm3 dotiert wurde, wurde für den Einsatz hergestellt.
  • Das Silizium-Einkristall-Substrat weist einen Durchmesser von 300 mm auf, und ist ein Siliziumsubstrat des P-Typs, das mit Bor zusätzlich zu Stickstoff dotiert ist. Das Silizium-Einkristall-Substrat weist einen elektrischen Widerstand von 10 Ohm·cm auf.
  • Der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats und der Innenwand-Oxidfilm in dem COP, das zur Oberfläche des Substrats frei lag, wurden durch Reinigen der Oberfläche des Substrats mit Flusssäure entfernt. Die sich drehende Reinigungsvorrichtung, die bei der voranstehenden Ausführungsform verwendet wurde, wurde zum Reinigen des Substrats eingesetzt. Die Konzentration der Flusssäurelösung betrug 10 %, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats war auf 2 Umdrehungen pro Minute eingestellt, und die Bearbeitungszeit betrug 90 Sekunden.
  • (Oxidfilm-Ausbildungsschritt)
  • Die Substratoberfläche, die durch die Flusssäurelösung gereinigt wurde, wurde mit Ozonwasser gereinigt, um einen Oxidfilm auszubilden. Die sich drehende Reinigungsvorrichtung, die bei der voranstehenden Ausführungsform verwendet wurde, wurde zum Reinigen des Substrats eingesetzt.
  • Die Konzentration des Ozonwassers betrug 20 ppm, und die Umdrehungsgeschwindigkeit des Substrats war auf 500 Umdrehungen pro Minute eingestellt.
  • (Epitaxieschicht-Ausbildungsschritt)
  • Es wurde eine Wärmebehandlung bei dem Substrat 70 Sekunden lang bei 1145 °C in einer Wasserstoffatmosphäre durchgeführt.
  • Dann wurde die Epitaxieschicht mit einer Dicke von 4 µm ausgebildet, während das Substrat auf 1130 °C erwärmt wurde. Auf diese Weise wurde ein epitaktischer Silizium-Wafer hergestellt.
  • (Bewertung)
  • Bei dem Zählen von SFs (Stapelfehlern) auf der Epitaxieschicht des erhaltenen epitaktischen Silizium-Wafers stellte sich heraus, dass sich 5 SFs auf der Epitaxieschicht befanden.
  • Das voranstehende Beispiel bestätigte, dass die Anzahl an Stapelfehlern der Epitaxieschicht signifikant gering ist.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Die vorliegende Erfindung kann bei einem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers eingesetzt werden.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Silizium-Wafers, der ein Substrat aufweist, das durch Schneiden eines mit Stickstoff dotierten Silizium-Einkristalls erhalten wird, der durch das Czochralski-Verfahren hergestellt wird, sowie eine Epitaxieschicht, die auf dem Substrat vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst: einen Flusssäure-Reinigungsschritt zum Reinigen des Substrats mit einer Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält; einen Oxidfilm-Ausbildungsschritt zur Ausbildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche des Substrats, ohne ein nicht freiliegendes COP mit einem Innenwand-Oxidfilm innerhalb des Substrats zur Oberfläche des Substrats hin freizulegen; und einen Epitaxieschicht-Ausbildungsschritt zur Ausbildung, nach Durchführung einer Wärmebehandlung auf dem Substrat, auf welchem der Oxidfilm vorgesehen ist, einer Epitaxieschicht auf dem Substrat; wobei in dem Oxidfilm-Ausbildungsschritt der Oxidfilm auf der Oberfläche des Substrats durch Reinigen der Oberfläche des Substrats mit einer wässrigen Wasserstoffperoxidlösung oder einer Ozonwasserlösung ausgebildet wird, ohne dabei eine SC-1 Reinigung durchzuführen.
  2. Verfahren zur Herstellung des epitaktischen Silizium-Wafers nach Anspruch 1, wobei in dem Flusssäure-Reinigungsschritt das Substrat unter Verwendung einer sich drehenden Reinigungsvorrichtung gereinigt wird, welche aufweist: einen Tröpfelabschnitt zum Tröpfeln der Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält, auf eine Oberfläche des Substrats; einen Halteabschnitt zum Halten der anderen Oberfläche des Substrats; und einen Drehabschnitt zum Drehen des Substrats mit einer Achse, die durch die Oberfläche des Substrats hindurchgeht, das durch den Halteabschnitt gehalten wird, als Drehzentrumsachse, wobei der Tröpfelabschnitt die Flüssigkeit, welche Flusssäure enthält, zum Reinigen des Substrats heruntertröpfeln lässt, während das Substrat bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 10 Umdrehungen pro Minute oder weniger durch den Drehabschnitt gedreht wird.
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