DE112010004811B4 - Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers, umfassend:einen Filmbildungsschritt zum Dampfphasenzüchten eines dünnen Silizium-Einkristallfilms auf einem Silizium-Einkristallsubstrat in einer Wasserstoffatmosphäre, während ein Quellengas zugeführt wird; undeinen Kühlschritt zum Kühlen eines Silizium-Epitaxiewafers, bei dem der dünne Silizium-Einkristallfilm im Filmbildungsschritt gebildet wird, indem eine Temperatur berechnet wird, bei der ein Standardwert oder ein mittlerer Prozesswert der Konzentration einer Auswertesollverunreinigung, die im dünnen Silizium-Einkristallfilm vorhanden ist, mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration der Auswertesollverunreinigung zusammenfällt, und die Abkühlgeschwindigkeit des Silizium-Epitaxiewafers nach der Filmbildung so eingestellt wird, dass sie weniger als 20 K/s in einem Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 K von der berechneten Temperatur beträgt, wodurch die Auswertesollverunreinigung im Silizium-Epitaxiewafer in einem Kernabschnitt abgeschieden wird, wobei die Abkühlgeschwindigkeit auf 5 K/s oder darüber eingestellt wird, und die Auswertesollverunreinigung Ni ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers, der in einem Oberflächenschichtabschnitt eine niedrigere Verunreinigungskonzentration als bei den herkömmlichen Beispielen aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Ein Silizium-Epitaxiewafer wird zum Beispiel wie folgt hergestellt.
  • Das heißt es wird in einem Zustand, in dem ein Silizium-Einkristallsubstrat in ein Reaktionsgefäß einer Dampfphasen-Züchtvorrichtung gegeben und ein Wasserstoffgas strömen gelassen wird, die Temperatur in dem Reaktionsgefäß auf 1100 °C bis 1200 °C angehoben (Temperaturanhebungsschritt).
  • Weiter wird, wenn die Temperatur im Reaktionsgefäß 1100 °C oder mehr erreicht, ein auf einer Substratoberfläche gebildeter natürlicher Oxidfilm (SiO2: Siliziumdioxid) entfernt.
  • In diesem Zustand werden ein Silizium-Quellengas, wie beispielsweise Trichlorsilan (SiHCl3), und ein Dotiergas, wie beispielsweise Diboran (B2H6) oder Phosphin (PH3), zusammen mit dem Wasserstoffgas in das Reaktionsgefäß eingeleitet. Auf diese Weise wird ein dünner Silizium-Einkristallfilm auf einer Hauptfläche des Substrats in der Dampfphase gezüchtet (Filmbildungsschritt).
  • Nachdem der dünne Film auf diese Weise in der Dampfphase gezüchtet wurde, wird die Zufuhr des Quellengases und des Dotiergases gestoppt, und die Temperatur im Reaktionsgefäß wird reduziert, während eine Wasserstoffatmosphäre aufrechterhalten wird (Kühlschritt).
  • Wenn während des Verfahrens zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers, wie zuvor beschrieben, eine Schwermetallverunreinigung in eine Epitaxieschicht (dünner Silizium-Einkristallfilm) eingemischt wird, können in einigen Fällen die Merkmale eines Bauelements, das mittels dieses Substrats hergestellt wird, abnormal werden.
  • Wenn eine Oberflächenschichtseite der Epitaxieschicht, die als aktive Schicht eines Bauelements dient, auf der ein Bauelement ausgebildet wird, mit einer Verunreinigung kontaminiert ist, wird das Bauelement in beträchtlicher Weise nachteilig beeinflusst.
  • Als herkömmliches Verfahren zur Verringerung einer Schwermetallverunreinigungskonzentration in einem Silizium-Epitaxiewafer ist beispielsweise ein Verfahren, bei dem ein atmosphärisches Gas von einer Wasserstoffatmosphäre zu einer Stickstoffatmosphäre bei 400 °C oder darunter gewechselt wird, um im Kühlschritt zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers Cu an der Oberfläche des Wafers abzuscheiden, und dann eine Oberflächenschicht entfernt wird, oder ein Herstellungsverfahren offenbart worden, bei dem ein atmosphärisches Gas von einer Wasserstoffatmosphäre zu einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur gewechselt wird, die über 400 °C liegt, um Cu in einem Kernabschnitt und nicht an der Oberfläche abzuscheiden, so dass die Abscheidung im Oberflächenschichtabschnitt vermieden werden kann (siehe japanisches Patent JP 3 664 101 B2 ).
  • Aus der US 2005 / 0 250 297 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers bekannt, bei dem die Abkühlgeschwindigkeit des Silizium-Epitaxiewafers während des Verfahrens auf einen bestimmten Bereich eingestellt wird.
  • Die US 6 613 638 B2 offenbart ein Temper-Verfahren zur Reduzierung der Defektdichte in einer kristallinen Siliziumschicht eines SOI-Materials, wobei eine Abkühlrate in Abhängigkeit der Defektart festgelegt wird.
  • Aus der JP H11- 283 987 A ist ein Herstellungsverfahren für einen Silizium-Epitaxiewafer bekannt, bei dem eine Abkühlrate von bevorzugt 80 K/min oder kleiner in einem Bereich zwischen 800-400 °C eingestellt wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Da eine Schwermetallkontamination eines Silizium-Epitaxiewafers während eines Filmbildungsprozesses eines dünnen Silizium-Einkristallfilms ein Halbleiter-Bauelement in vielerlei Weise nachteilig beeinflusst, ist es wichtig, diese Kontamination zu verringern.
  • Bei herkömmlichen Beispielen in Bezug auf Cu ist ein Verfahren zum Unterdrücken des Abscheidens von Cu an einer Oberfläche und dadurch eine Verringerung der Kontamination einer Oberflächenschicht mit Cu durch Anwendung einer Prozessabfolge vorgeschlagen worden, bei dem die Wechseltemperatur erhöht wird, wenn während der Verringerung der Temperatur ein Wasserstoffgas durch ein Stickstoffgas ersetzt wird, und zwar bei einem Kühlschritt in einem solchen Filmbildungsprozess eines dünnen Silizium-Einkristallfilms, wie zuvor beschrieben.
  • Allerdings gibt es im Hinblick auf Verunreinigungen außer Cu keine wirksame Gegenmaßnahme zur Reduzierung der Verunreinigungen in der Prozessabfolge, und es gibt kein wirksames Verfahren.
  • Im Hinblick auf das zuvor beschriebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers zur Verfügung zu stellen, wobei es durch das Verfahren ermöglicht wird, einen Silizium-Epitaxiewafer zu erhalten, bei dem die Konzentration einer im Silizium-Epitaxiewafer enthaltenen Schwermetallverunreinigung, insbesondere einer Verunreinigung in einem Oberflächenschichtbereich eines dünnen Silizium-Einkristallfilms als aktiver Schicht des Bauelements, geringer als bei herkömmlichen Beispielen ist und der ausgezeichnete Bauelementmerkmale aufweist.
  • Um das zuvor beschriebene Problem zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers bereit, umfassend: einen Filmbildungsschritt zum Dampfphasenzüchten eines dünnen Silizium-Einkristallfilms auf einem Silizium-Einkristallsubstrat in einer Wasserstoffatmosphäre, während ein Quellengas zugeführt wird; und einen Kühlschritt zum Kühlen eines Silizium-Epitaxiewafers, bei dem der dünne Silizium-Einkristallfilm gebildet wird, indem eine Temperatur berechnet wird, bei der ein Standardwert oder ein mittlerer Prozesswert der Konzentration einer Auswertesollverunreinigung, die im dünnen Silizium-Einkristallfilm vorhanden ist, mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration der Auswertesollverunreinigung zusammenfällt, und eine Abkühlgeschwindigkeit des Silizium-Epitaxiewafers nach der Filmbildung so eingestellt wird, dass sie weniger als 20 K/s in einem Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 K von der berechneten Temperatur beträgt, wodurch die Auswertesollverunreinigung im Silizium-Epitaxiewafer in einem Kernabschnitt abgeschieden wird, wobei die Abkühlgeschwindigkeit auf 5 K/s oder darüber eingestellt wird, und die Auswertesollverunreinigung Ni ist.
  • Fast alle Verunreinigungen im Silizium-Epitaxiewafer liegen im gelösten Zustand in einem Hochtemperaturbereich direkt nach einer Epitaxiereaktion zur Dünnfilmbildung des SiliziumEinkristalls vor. Weiter beginnt die Abscheidung, wenn eine Temperatur als Löslichkeitsgrenze beim Kühlschritt erreicht wird. Demgemäß wird die Temperatur berechnet, bei der der Standardwert oder der mittlere Prozesswert (der aus der Herstellungspraxis der Silizium-Epitaxiewafer aus früherer Zeit errechnet werden kann) der Konzentration der Auswertesollverunreinigung mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration der Auswertesollverunreinigung zusammenfällt. Wenn das Kühlen durchgeführt wird, während die Abkühlgeschwindigkeit so gesteuert wird, dass sie weniger als 20 K/s im Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 K von der berechneten Temperatur beträgt, wird die Auswertesollverunreinigung in einem Waferkern abgeschieden, wodurch verhindert werden kann, dass diese Verunreinigung im Oberflächenbereich des dünnen Silizium-Einkristallfilms abgeschieden wird, bei dem es sich um die aktive Schicht des Bauteils handelt. Daher kann der Epitaxiewafer, der den dünnen Silizium-Einkristallfilm mit reduzierter Verunreinigungskonzentration im Oberflächenschichtabschnitt aufweist, erhalten werden, wodurch ein Silizium-Epitaxiewafer mit guten Bauelementmerkmalen hergestellt wird.
  • Wenn die Abkühlgeschwindigkeit des Epitaxiewafers nach der Filmbildung zumindest in dem zuvor berechneten Temperaturbereich gesenkt wird, kann die Auswertesollverunreinigungskonzentration im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms reduziert werden; allerdings wird für die Kühlung mehr Zeit benötigt, wenn die Abkühlgeschwindigkeit gesenkt wird, wodurch die Produktivität schlechter wird. Wenn jedoch die Abkühlgeschwindigkeit nicht unter 5 K/s liegt, kann der Silizium-Epitaxiewafer mit niedriger Verunreinigungskonzentration in der aktiven Schicht des Bauteils hergestellt werden, ohne dass die Produktivität wesentlich schlechter wird.
  • Es wird davon ausgegangen, dass der Ni-Gehalt in einem dünnen Silizium-Einkristallfilm in einem generellen Silizium-Epitaxiewafer in den Bereich von ungefähr 1×109 Atome/cm3 bis 1×1011 Atome/cm3 fällt.
  • Daher beträgt mit Bezug auf 2 die Temperaturzone, mit der dieser Konzentrationsbereich die Löslichkeitsgrenze von Ni wird, 300 °C bis 400 °C Wenn demgemäß die Auswertesollverunreinigung Ni ist, kann die Abscheidung von Ni im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms als aktiver Bereich des Baudelements reduziert werden, indem die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von mindestens 400 °C bis 300 °C so gesteuert wird, dass sie weniger als 20 K/s beim Kühlschritt ist, wodurch der Epitaxiewafer, der ausgezeichnete Bauelementmerkmale besitzt, effizient hergestellt werden kann.
  • Wie zuvor beschrieben, wird beim Kühlschritt nach der Filmbildungsreaktion des dünnen Silizium-Einkristallfilms der Silizium-Epitaxiewafer langsam mit weniger als 20 K/s in der Umgebung (ungefähr ± 50 K) einer Temperatur gekühlt, bei der der Standardwert oder der mittlere Prozesswert der Auswertesollverunreinigung mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration eines Kontaminationselements zusammenfällt, d.h. eine Temperaturzone, bei der das Kontaminationselement anfängt, übersättigt zu sein.
  • Im Ergebnis kann verhindert werden, dass die Verunreinigung (das Kontaminationselement) im Silizium-Epitaxiewafer sich im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Siliziumeinkristallfilms ansammelt, wodurch die Abscheidung in einem Kern erleichtert wird. Demgemäß ist es möglich, einen Silizium-Epitaxiewafer mit niedriger Verunreinigungskonzentration im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms zu erhalten, bei dem es sich um den aktiven Bereich des Bauelements handelt.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Fließdiagramm, das ein Beispiel für einen Entwurf eines Verfahrens zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
    • 2 ist eine Ansicht, die eine Temperaturabhängigkeit der Feststofflöslichkeit von Ni im Silizium zeigt; und
    • 3 ist eine Ansicht, die ein Verhältnis zwischen einer Abkühlgeschwindigkeit in der Umgebung von 350 °C bei einem Kühlschritt nach einer Filmbildungsreaktion eines dünnen Siliziumeinkristallfilms und eine Konzentration von Ni zeigt, das sich in einem Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms ansammelt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend näher beschrieben.
  • Es ist herkömmlicherweise wenig über ein Herstellungsverfahren zum wirksamen Reduzieren einer Menge an Schwermetallverunreinigung bekannt, die in einem Oberflächenschichtabschnitt eines dünnen Silizium-Einkristallfilms enthalten ist, der als der aktive Bereich des Bauelements eines Silizium-Epitaxiewafers dient.
  • Wenn daher ein Silizium-Epitaxiewafer, der durch ein herkömmliches Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements produziert wird, verwendet wird, gibt es das Problem dahingehend, dass in einigen Fällen ein Produkt mit schlechten Bauelementmerkmalen hergestellt wird, obwohl ein Wafer mit einer guten Verunreinigungskonzentrationsauswertung verwendet wird.
  • Daher hat der vorliegende Erfinder wiederholt und eifrig eine Untersuchung und Experimente durchgeführt, um ein solches Problem zu lösen.
  • Im Ergebnis ist das Augenmerk auf die Kühlbedingungen nach dem Züchten einer Epitaxieschicht (des dünnen Silizium-Einkristallfilms) als die Bedingungen gerichtet worden, die die Verunreinigungskonzentration in der Oberflächenschicht des Silizium-Epitaxiewafers beeinflussen. Insbesondere wurde die Aufmerksamkeit auf eine Abkühlgeschwindigkeit in einer Temperaturzone gerichtet, in der eine enthaltene Schwermetallverunreinigung übersättigt wird, und es wurde eine Änderung dieser Abkühlgeschwindigkeit in Betracht gezogen.
  • Als Ergebnis des wiederholten Durchführens weiterer intensiver Untersuchung/Experimente hat der vorliegende Erfinder darüber hinaus festgestellt, dass eine Auswertesollverunreinigung in einem Kern eines Silizium-Epitaxiewafers abgeschieden werden kann, indem eine Temperatur berechnet wird, bei der ein Standardwert oder ein mittlerer Prozesswert der Konzentration der in einem dünnen Silizium-Einkristallfilm vorhandenen Bewertungszielverunreinigung mit einer Löslichkeitsgrenzkonzentration zusammenfällt, und die Abkühlgeschwindigkeit eines Silizium-Epitaxiewafers nach der Filmbildung so eingestellt wird, dass sie weniger als 20 °C/s in einem Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 °C von der berechneten Temperatur beträgt, wodurch der Silizium-Epitaxiewafer mit niedriger Verunreinigungskonzentration in einem Oberflächenabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms erhalten werden kann und so die vorliegende Erfindung erzielt wird.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung nun nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. 1 ist ein Fließdiagramm, das ein Beispiel für einen Entwurf eines Verfahrens zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Zuerst wird, wie in 1 gezeigt ist, ein Silizium-Einkristallsubstrat auf einem Suszeptor angeordnet, der in einem Reaktionsgefäß einer Dampfphasenzüchtvorrichtung vorgesehen ist, und zwar unter Verwendung einer Fördervorrichtung (1(a), Herstellung).
  • Dann wird die Temperatur im Reaktionsgefäß auf die Filmbildungstemperatur angehoben, um den dünnen Silizium-Einkristallfilm in der Dampfphase zu züchten, während ein Wasserstoffgas in das Reaktionsgefäß strömen gelassen wird (1(b), Temperaturanstieg). Diese Filmbildungstemperatur wird auf 1000 °C oder darüber eingestellt, bei der ein natürlicher Oxidfilm an einer Substratoberfläche mittels Wasserstoff entfernt werden kann.
  • Dann werden ein Quellengas und ein Dotiergas mit einer jeweiligen vorbestimmten Strömungsrate zusammen mit dem Wasserstoffgas zugeführt, während das Innere des Reaktionsgefäßes auf der Filmbildungstemperatur gehalten wird, und ein dünner Silizium-Einkristallfilm wird auf dem Silizium-Einkristallsubstrat in einer Wasserstoffatmosphäre züchten gelassen, bis der dünne Silizium-Einkristallfilm eine vorbestimmte Filmdicke aufweist (1(c), Filmbildungsschritt).
  • Danach wird die Zufuhr des Quellengases und des Dotiergases gestoppt, und die Temperatur im Reaktionsgefäß wird reduziert, um den Silizium-Epitaxiewafer zu kühlen, während Wasserstoff als Trägergas strömen gelassen wird (1(d), Kühlschritt).
  • Bei diesem Kühlschritt wird die Temperatur, bei der ein Standardwert oder ein mittlerer Prozesswert der Konzentration einer im dünnen Silizium-Einkristallfilm vorhandenen Auswertesollverunreinigung mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration der Auswertesollverunreinigung zusammenfällt, berechnet, und die Abkühlgeschwindigkeit des Silizium-Epitaxiewafers nach der Filmbildung wird so eingestellt, dass sie weniger als 20 K/s im Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 K der berechneten Temperatur beträgt, um eine Kühlung zu bewirken.
  • Weiter kann die Wasserstofftemperatur auf eine Stickstoffatmosphäre im Bereich von 800 °C bis ungefähr 400 °C gewechselt werden.
  • Fast alle Verunreinigungen im Siliziumwafer liegen im gelösten Zustand in einem Hochtemperaturbereich direkt nach einer Epitaxiereaktion zur Bildung des dünnen Silizium-Einkristallfilms vor, und die Abscheidung beginnt von dem Zeitpunkt an, von dem eine Temperatur als Löslichkeitsgrenze beim Kühlschritt erreicht wird.
  • Wenn daher die Temperatur, bei der der Standardwert oder der mittlere Prozesswert der Konzentration der Auswertesollverunreinigung mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration der Auswertesollverunreinigung zusammenfällt, berechnet wird und die Abkühlgeschwindigkeit beim Kühlschritt nach dem Filmbildungsschritt des dünnen Silizium-Einkristallfilms so gesteuert wird, dass sie unter 20 K/s im Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 K von dieser berechneten Temperatur beträgt, kann die Auswertesollverunreinigung im Silizium-Epitaxiewafer in einem Kernabschnitt und nicht in einer Oberflächenschichtbereich des dünnen Silizium-Einkristallfilms abgeschieden werden, bei dem es sich um eine aktive Schicht des Bauelements handelt.
  • Daher ist es möglich, einen Silizium-Epitaxiewafer zu erhalten, der im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms eine niedrigere Verunreinigungskonzentration als beim herkömmlichen Beispiel besitzt, und der auch gute Bauelementmerkmale aufweist
  • Die Abkühlgeschwindigkeit beträgt weniger als 20 K/s und eine niedrigere Abkühlgeschwindigkeit ist wünschenswert.
  • Ni kann dabei als Auswertesollverunreinigung angewendet werden.
  • Es wird davon ausgegangen, dass der Ni-Gehalt in einem dünnen Silizium-Einkristallfilm eines generellen Silizium-Epitaxiewafers sich bei einem Niveau von 1×109 bis 1×1011 Atomen/cm3 befindet.
  • Wie in 2 gezeigt ist, beträgt unter der Annahme, dass ein Ni-Kontaminationsniveau ungefähr 5×1010 Atome/cm3 im zuvor beschriebenen Bereich ist, die Temperatur, bei der der Gehalt mit der Feststofflöslichkeit zusammenfällt, ungefähr 350 °C
  • Daher wird in dem Fall, in dem die Auswertesollverunreinigung Ni ist, die Abkühlgeschwindigkeit so gesteuert, dass sie bei unter 20 K/s liegt, wenn die Temperatur des Silizium-Epitaxiewafers, der gekühlt wird, durch eine Temperaturzone von mindestens 400 °C bis 300 °C gelangt.
  • Es ist zu beachten, dass 2 eine Ansicht ist, die die Temperaturabhängigkeit der Feststofflöslichkeit von Ni im Silizium zeigt.
  • Weiter wird, wie in 3 gezeigt ist, in Betracht gezogen, dass Ni nahe des Oberflächenschichtabschnitts des dünnen Silizium-Einkristallfilms konzentriert ist, wenn die Abkühlgeschwindigkeit hoch ist, und die Ni-Konzentration nahe der Oberflächenschicht reduziert ist und die Abscheidung im Kern bewirkt werden kann, wenn die Abkühlgeschwindigkeit niedrig ist (langsame Kühlung). Wenn in der Temperaturzone, in der der Standardwert oder der mittlere Prozesswert der Konzentration der im dünnen Silizium-Einkristallfilm vorliegenden Auswertesollverunreinigung mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration zusammenfällt, die langsame Kühlung durchgeführt wird, bedeutet das, dass der Silizium-Epitaxiewafer mit einem Bereich mit niedriger Ni-Konzentration im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms erhalten werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass 3 eine Ansicht ist, die ein Verhältnis zwischen der Abkühlgeschwindigkeit nahe 350 °C beim Kühlschritt nach einer Filmbildungsreaktion des dünnen Silizium-Einkristallfilms und der Konzentration von Ni, das im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms konzentriert ist, zeigt.
  • Wenn Ni, das die Merkmale des Bauelements negativ beeinflusst, als Auswertesollverunreinigung ausgewählt wird und die Abkühlgeschwindigkeit in einem Temperaturbereich, in dem der Silizium-Epitaxiewafer eine Temperatur von mindestens 400 °C bis 300 °C hat, so gesteuert wird, dass sie weniger als 20 K/s beträgt, kann Ni im Kernabschnitt und nicht im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms abgeschieden werden, wodurch der Silizium-Epitaxiewafer mit einer niedrigen Ni-Konzentration im Oberflächenschichtabschnitt erhalten wird. Im Ergebnis kann ein qualitativ hochwertiger Silizium-Epitaxiewafer mit unterdrückter, die Bauelementmerkmale negativ beeinflussender Ni-Konzentration hergestellt werden.
  • Darüber hinaus kann die Abkühlgeschwindigkeit so eingestellt werden, dass sie bei 5 K/s oder darüber liegt.
  • Obwohl die Auswertesollverunreinigungskonzentration im Oberflächenschichtabschnitt des dünnen Silizium-Einkristallfilms verringert werden kann, indem die Abkühlgeschwindigkeit des Silizium-Epitaxiewafers nach der Filmbildung im Bereich von mindestens plus oder minus 50K von der Temperatur gesenkt wird, bei der der Standardwert oder der mittlere Prozesswert der Konzentration der Auswertesollverunreinigung, die im dünnen Silizium-Einkristallfilm vorhanden ist, mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration zusammenfällt, wird wie zuvor beschrieben die Produktivität verschlechtert, wenn die Abkühlgeschwindigkeit extrem gesenkt wird (langsames Kühlen).
  • Wenn allerdings die Abkühlgeschwindigkeit so eingestellt ist, dass sie bei 5 K/s oder darüber liegt, kann der Silizium-Epitaxiewafer, der eine niedrige Verunreinigungskonzentration in der aktiven Schicht des Bauteils hat, ohne wesentliche Verschlechterung der Produktivität hergestellt werden.
  • Wenn außerdem die Herausnahmetemperatur erreicht wird, während die Stickstoffatmosphäre gehalten wird, wird der Silizium-Epitaxiewafer aus der Dampfphasenzüchtvorrichtung herausgenommen (1(e), Herausnahme).
  • Dann werden die Reinigung, Verpackung, ein Versandschritt und andere nach Belieben durchgeführt, wodurch ein qualitativ hochwertiger Silizium-Epitaxiewafer mit ausgezeichneten Bauelementmerkmalen hergestellt wird, wobei die Auswertesollverunreinigungskonzentration nicht höher als der Standardwert oder der mittleren Prozesswert ist.
  • Der so hergestellte Silizium-Epitaxiewafer hat einen geringen Verunreinigungsgehalt im Oberflächenschichtbereich des dünnen Silizium-Einkristallfilms und ist hinsichtlich der Halbleiterbauelementmerkmale überlegen.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird nun näher in Bezug auf die Beispiele und Vergleichsbeispiele beschrieben.
  • (Beispiele 1-3, Vergleichsbeispiel 1)
  • Fünf Silizium-Einkristallsubstrate vom P+-Typ (0,015 Ωcm) mit einer Ausrichtung (100), die wie bestätigt wurde, eine Ni-Konzentration von 1×1010 Atomen/cm3 oder weniger (eine niedrigere Detektionsgrenze) hatten, wurden vorher hergestellt, und ein dünner Silizium-Einkristallfilm vom P-Typ (10 Ωcm) und mit 5 µm wurde auf einer Hauptfläche von jedem dieser Substrate bei einer Filmbildungstemperatur von 1130 °C in der Dampfphase gezüchtet.
  • Es ist zu beachten, dass als Verfahren zum Bestätigen der Ni-Konzentration ein Silizium-Einkristallsubstrat, das zu derselben Charge wie die fünf hergestellten Silizium-Einkristallsubstrate gehörte, erprobt wurde und zur Bestätigung ein chemisches Gesamtlösungs-Analyseverfahren verwendet wurde.
  • Da weiter die berechnete Temperatur, bei der die Ni-Konzentration von jedem der fünf hergestellten Silizium-Einkristallsubstrate mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration zusammenfällt, ungefähr 350 °C betrug, wurde die Abkühlgeschwindigkeit im Bereich von 400 °C bis 300 °C auf 0,5 K/s geändert (Beispiel 1), 5 K/s (Beispiel 2), 18 K/s (Beispiel 3), 20 K/s (Vergleichsbeispiel 1) und 25 K/s (Vergleichsbeispiel 2), und zwar zu der Zeit, zu der jeder Silizium-Epitaxiewafer nach der Filmbildung gekühlt wurde, wodurch jeder Silizium-Epitaxiewafer hergestellt wurde.
  • Eine Oberflächenschicht von 1,5 µm des dünnen Silizium-Einkristallfilms wurde von jedem der fünf Silizium-Epitaxiewafer durch einen Schritt des Ätzverfahrens extrahiert (siehe die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2005 - 265 718 A japanisches Patent JP 3 755 586 B2 und andere), und die Konzentration eines Schwermetalls einschließlich Ni wurde mittels einer ICP-MS-Vorrichtung gemessen. Die Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Tabelle 1
    Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2
    Durchschnittliche Abkühlgeschwindigkeit während des Kühlens von 400 °C auf 300 °C (K/s) 0,5 5 18 20 25
    Ni-Konzentration in der Oberflächenschicht (Atome/cm3) Niedrigere Detektionsgrenze oder darunter (1,0×1010 oder darunter) Niedrigere Detektionsgrenze oder darunter (1,0×1010 oder darunter) Niedrigere Detektionsgrenze oder darunter (1,0×1010) oder darunter 8,0×1010 2,0×1011
  • Demgemäß wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, unter Kühlbedingungen des Vergleichsbeispiels 1 und 2 8×1010 Atome/cm3 und 2×1011 Atome/cm3 als Ni-Konzentration im Oberflächenbereich von jedem dünnen Siliziumeinkristallfilm festgestellt. Das heißt, dass dies bedeutet, dass Ni bei dieser Konzentration in der Oberflächenschicht vorhanden ist.
  • Andererseits war unter den Kühlbedingungen der Beispiele 2 und 3 die Ni-Konzentration in der Oberflächenschicht von jedem dünnen Silizium-Einkristallfilm gleich oder unterhalb der Detektionsgrenze (1,0×1010 Atome/cm3) der ICP-MS-Vorrichtung, und es wurde gezeigt, dass die Konzentration niedriger als bei den Vergleichsbeispielen 1 und 2 ist; es ist nämlich der Betrag der Ni-Verunreinigung im Oberflächenschichtabschnitt von jedem dünnen Silizium-Einkristallfilm kleiner ist als bei jedem Wafer, der unter den Bedingungen des Vergleichsbeispiels 1 und 2 gekühlt wird.
  • Weiter war im Hinblick auf den Silizium-Epitaxiewafer, der unter den Kühlbedingungen des Beispiels 1 gekühlt wurde, die Ni-Konzentration gleich oder unterhalb einer unteren Detektionsgrenze (1,×1010 Atome/cm3) der ICP-MS-Vorrichtung; allerdings ist die Abkühlgeschwindigkeit in diesem Beispiel 1 niedrig und deshalb ist die Prozesszeit verlängert. Daher ist auch herausgefunden worden, dass in Anbetracht eines Problems im Hinblick auf die Produktivität die Einstellung der Abkühlgeschwindigkeit auf 5 K/s oder darüber gut ist.
  • Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Dampfphasenzüchtvorrichtungen angewendet werden, die zum Beispiel zum vertikalen Typ (Pfannkuchentyp), Fasstyp (Zylindertyp), Bogentyp und anderen gehören.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Silizium-Epitaxiewafers, umfassend: einen Filmbildungsschritt zum Dampfphasenzüchten eines dünnen Silizium-Einkristallfilms auf einem Silizium-Einkristallsubstrat in einer Wasserstoffatmosphäre, während ein Quellengas zugeführt wird; und einen Kühlschritt zum Kühlen eines Silizium-Epitaxiewafers, bei dem der dünne Silizium-Einkristallfilm im Filmbildungsschritt gebildet wird, indem eine Temperatur berechnet wird, bei der ein Standardwert oder ein mittlerer Prozesswert der Konzentration einer Auswertesollverunreinigung, die im dünnen Silizium-Einkristallfilm vorhanden ist, mit der Löslichkeitsgrenzkonzentration der Auswertesollverunreinigung zusammenfällt, und die Abkühlgeschwindigkeit des Silizium-Epitaxiewafers nach der Filmbildung so eingestellt wird, dass sie weniger als 20 K/s in einem Temperaturbereich von mindestens plus oder minus 50 K von der berechneten Temperatur beträgt, wodurch die Auswertesollverunreinigung im Silizium-Epitaxiewafer in einem Kernabschnitt abgeschieden wird, wobei die Abkühlgeschwindigkeit auf 5 K/s oder darüber eingestellt wird, und die Auswertesollverunreinigung Ni ist.
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