JP2003168636A - エピタキシャルウエーハ製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オートドープ及びノジュールの両方を効果的
に防止できるエピタキシャルウエーハ製造方法を提供す
る。 【解決手段】 表面側及び裏面側からエッジ部が面取り
され、面取りテーパ面の角度が２０°以上であるシリコ
ンウエーハ１０の表面側の主面１１を除く全ての面に保
護膜３０を形成する。そのシリコンウエーハ１０の表面
側の主面１１にエピタキシャル膜２０を形成する。保護
膜３０の膜厚を、シリコンウエーハ１０の裏面側の主面
１２で５０００オングストローム以上とする。シリコン
ウエーハ１０の面取りテーパ面１３，１４及び外周面１
５に保護膜３０を形成した状態でエピタキシャル処理を
行うにもかかわらず、ノジュールの発生が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエーハ
の表面にエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャル
ウエーハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等のパワ
ー素子の素材として、シリコンウエーハの表面にエピタ
キシャル膜を形成したエピタキシャルウエーハが使用さ
れている。エピタキシャルウエーハの製造工程、特にエ
ピタキシャル処理工程における重大な問題の一つとして
オートドープがある。オートドープは、シリコンウエー
ハの表面にエピタキシャル膜を形成する過程で、ウエー
ハ中のドーパント物質が裏面から拡散により表面側のエ
ピタキシャル膜中に混入する現象であり、この混入によ
りエピタキシャル膜の抵抗分布が半径方向で不均一化す
るという問題を生じる。

【０００３】この問題を解決するために、エピタキシャ
ルウエーハの製造では、エピタキシャル処理に先立っ
て、シリコンウエーハの裏面に保護膜を形成することが
行われている。この保護膜はシリコン酸化膜であり、こ
の膜をシリコンウエーハの裏面に形成することにより、
ウエーハの裏面からエピタキシャル膜へのオートドープ
が防止される。しかし、この保護膜は、シリコンウエー
ハの裏面側の主面にのみ限定的に形成され、ウエーハの
外周面、表面側及び裏面側の面取りテーパ面には形成さ
れない。その理由を図２により説明する。

【０００４】エピタキシャル処理に供されるシリコンウ
エーハ１０は、外周縁部の機械的強度を高めるため、及
びエピタキシャル処理でのクラウン現象を防止するため
に、表面側及び裏面側からエッジ部が面取りされる。こ
の結果、ウエーハ１０の面は、中心線に直角な表面側の
主面１１及び裏面側の主面１２、表面側の面取りテーパ
面１３及び裏面側の面取りテーパ面１４、並びに主面１
１，１２に直角或いはラウンド形状の外周面１５の５面
からなる。

【０００５】そして、エピタキシャル膜２０は表面側の
主面１１に形成され、保護膜３０は裏面側の主面１２に
限定的に形成される（特公平７−８２９９７号公報）。
保護膜３０が裏面側の主面１２に限定的に形成され、テ
ーパ面１３，１４及び外周面１５に形成されないのは、
エピタキシャル処理工程でのノジュールを防止するため
である。

【０００６】即ち、ノジュールとは、テーパ面１３，１
４及び外周面１５に形成された保護膜３０上に生じる微
小な多結晶シリコンの異常成長による突起物であり、こ
の突起は、半導体デバイス製造工程で脱落してウエーハ
表面に付着し、酸化膜のパターニング不良を始めとする
様々なトラブルの原因となる。このノジュールは、テー
パ面１３，１４及び外周面１５に保護膜３０を形成しな
い、或いはそこに形成された保護膜３０をエピタキシャ
ル処理に先立って除去することにより、発生が防止され
る。このため、テーパ面１３，１４及び外周面１５に保
護膜３０が存在しない状態でエピタキシャル処理が行わ
れる。

【０００７】エピタキシャルウエーハの製造過程におい
て、テーパ面１３，１４及び外周面１５はハンドリング
等の機械的接触を受ける頻度が高い。このため、テーパ
面１３，１４及び外周面１５に保護膜３０が存在する場
合には、局所的な保護膜３０の剥がれ或いは薄膜化の現
象が見られる。このような現象が発生する部分において
ノジュールが発生していることから、予めテーパ面１
３，１４及び外周面１５から保護膜３０を排除しておく
ことで、ノジュールの発生を防止することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】シリコンウエーハ１０
のエピタキシャル処理において、テーパ面１３，１４及
び外周面１５から保護膜３０を排除することにより、ノ
ジュールは防止される。しかし、テーパ面１３，１４及
び外周面１５が露出することより、これらの露出面から
エピタキシャル膜３０へのオートドープが問題になる。

【０００９】ここにおけるオートドープは、保護膜３０
を裏面側の主面１２に全く形成しない場合に比べると軽
微である。しかし、露出面からエピタキシャル膜２０の
主に外周縁部への不純物拡散が避けられず、エピタキシ
ャル膜２０の抵抗分布が半径方向で不均一化するという
問題が発生する。

【００１０】本発明の目的は、オートドープ及びノジュ
ールの両方を効果的に防止できるエピタキシャルウエー
ハ製造方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らはシリコンウエーハの面取りテーパ面及
び外周面に保護膜を形成してオートドープを抑えるのが
不可欠であると考え、シリコンウエーハの面取りテーパ
面及び外周面に保護膜を形成した場合に問題となるノジ
ュールの防止策について以前より検討を行ってきた。そ
の結果、シリコンウエーハにおける面取りテーパ面の角
度がノジュールの発生に大きな影響を及ぼしていること
が明らかになってきた。

【００１２】具体的に説明すると、面取りテーパ面の主
面に対する傾斜角度θ（図２参照）として規格上は１１
°と２２°の２種類が存在する。面取りテーパ面及び外
周面に保護膜を形成した場合、テーパ面の角度が１１°
のウエーハではノジュールが多発するが、２２°のウエ
ーハではノジュールの発生が効果的に抑制されることが
判明した。これは、テーパ面の角度が大きくなるほど、
面取りテーパ面及び外周面に形成される保護膜の膜厚が
大きくなり、特に、表面側の面取りテーパ面の主面に近
い部分で十分な膜厚が確保されることにより、保護膜の
剥がれ及び薄膜化が抑制され、ノジュールと呼ばれる多
結晶シリコンの突起物が形成され難くなることが理由と
考えられる。

【００１３】本発明のエピタキシャルウエーハ製造方法
は、かかる知見に基づいて開発されたものであり、表面
側及び裏面側からエッジ部が面取りされ、面取りテーパ
面の角度が２０°以上であるシリコンウエーハを用意す
る工程と、前記シリコンウエーハの表面側の主面を除く
全ての面に保護膜を形成する工程と、前記シリコンウエ
ーハの表面側の主面にエピタキシャル膜を形成する工程
とを含んでいる。

【００１４】面取りテーパ面の角度は、規格上２２°が
通例となるが、２０°以上であれば面取りテーパ面及び
外周面に保護膜を形成した場合のノジュールが効果的に
防止される。

【００１５】保護膜の膜厚は、ノジュール防止の点から
は厚いほうが好ましく、シリコンウエーハの裏面側の主
面における膜厚で表して５０００オングストローム以上
が好ましい。シリコンウエーハの裏面側の主面における
膜厚が５０００オングストローム未満であると、面取り
テーパ面の角度が２０°以上でも、面取りテーパ面及び
外周面に形成される保護膜の膜厚が低減し、表面側の面
取りテーパ面の主面に近い部分で膜切れが発生し易くな
る。ただし、保護膜の膜厚が厚すぎると、ウエーハの反
り或いは保護膜のひび割れ等の発生が懸念されることか
ら、シリコンウエーハの裏面側の主面における膜厚で表
して１５０００オングストローム以下に止めることが好
ましい。

【００１６】面取り部の幅Ｄ（図２参照）については、
ウエーハの厚みｔの２５〜７０％が好ましい。なぜな
ら、幅Ｄが大きすぎる場合には、オートドープの影響を
促進させる方向に作用するため、この幅Ｄはできるだけ
小さくすることが有効である。ただし、幅Ｄが小さすぎ
る場合には、ハンドリング時におけるウエーハの欠け割
れを抑制する面取りを抑制する面取り効果そのものを低
下させてしまう。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１（ａ）（ｂ）は本発明の一実施
形態を示すエピタキシャルウエーハ製造方法の説明図で
ある。

【００１８】本実施形態のエピタキシャルウエーハ製造
方法では、図１（ａ）に示すように、面取り加工を受け
たシリコンウエーハ１０を裏返して平板状のレセプター
４０上に載せて、表面側の主面１１を除く面、即ち裏面
側の主面１２、表面側の面取りテーパ面１３、裏面側の
面取りテーパ面１４及び外周面１５にシリコン酸化膜か
らなる保護膜３０をＣＶＤ法により形成する。

【００１９】即ち、シリコンウエーハ１０を裏返して平
板状のレセプター４０上に載せて保護膜形成のためのＣ
ＶＤを行うことにより、ＣＶＤガスが表面側の面取りテ
ーパ面１３にまで回り込んで、表面側の主面１１を除く
面に保護膜３０が形成される。

【００２０】シリコンウエーハ１０における面取りテー
パ面１３，１４の主面１１，１２に対する傾斜角度θは
２２°である。保護膜３０の膜厚は、裏面側の主面１２
に形成される保護膜３０の膜厚で５０００オングストロ
ーム以上である。

【００２１】保護膜３０の形成が終わると、図１（ｂ）
に示すように、保護膜３０が形成されていない表面側の
主面１１を仕上げ加工した後、ここにエピタキシャル膜
２０を所定厚みに形成する。

【００２２】このエピタキシャル処理では、表面側の主
面１１を除く全ての面が保護膜３０で覆われているの
で、エピタキシャル膜２０へのオートドープが確実に防
止される。また、面取りテーパ面１３，１４の角度が２
０°以上であり、且つ保護膜３０の膜厚が裏面側の主面
１２で５０００オングストローム以上であることによ
り、裏面側の主面１２、表面側の面取りテーパ面１３、
裏面側の面取りテーパ面１４及び外周面１５に保護膜３
０が形成されているにもかかわらず、ノジュールの発生
が確実に防止される。

【００２３】本発明の実施例１として、上記方法により
エピタキシャルウエーハを製造した。ウエーハ直径は１
５０ｍｍ、ウエーハ厚は６７５μｍ、面取り部の幅Ｄは
３６０μｍ、エピタキシャル膜の膜厚は６μｍ、保護膜
の膜厚（平均膜厚）は裏面側の主面で９０００オングス
トロームとした。

【００２４】製造されたエピタキシャルウエーハに対す
るオートドープの影響をＣ−Ｖ（Capacitance-Voltage
）法により調査した。また、表面側の面取りテーパ面
外周縁部におけるノジュールの有無を走査型電子顕微鏡
により調査した。なお、このときの主面以外の面におけ
る保護膜の膜厚（平均膜厚）は、裏面側の面取りテーパ
面で７０００オングストローム、外周面で５８００オン
グストローム、表面側の面取りテーパ面で３０００オン
グストロームであった。

【００２５】また、実施例２として、保護膜の膜厚を裏
面側の主面で５０００オングストロームに変更し、実施
例３として、保護膜の膜厚を裏面側の主面で３０００オ
ングストロームに変更した。その他の条件は実施例１と
同じである。

【００２６】図３は、実施例１〜３で得られたエピタキ
シャル層の径方向における抵抗率分布を示す図である。
この図から明らかなように、実施例３では若干の外周部
での抵抗率低下が見られるものの、実施例１及び実施例
２では、ウエーハ外周部での抵抗率低下が見られず、半
径方向にエピタキシャル層の抵抗率が均一化することが
確認された。

【００２７】図４は、実施例１におけるノジュール発生
状況を調査した走査型電子顕微鏡である。この図から明
らかなように、ノジュールの発生は観察されなかった。
また、実施例２でも実施例１と同様にノジュールの発生
は全く観察されず、実施例３では、保護膜の厚みが十分
でないことから、若干のノジュール発生が確認された。

【００２８】比較例１として、面取りテーパ面の角度が
１１°のシリコンウエーハに対して同様の保護膜形成及
びエピタキシャル処理を行った。他の条件は実施例１と
同じである。このときの主面以外の面における保護膜の
膜厚（平均膜厚）は、裏面側の面取りテーパ面で６５０
０オングストローム、外周面で４７００オングストロー
ム、表面側の面取りテーパ面で２０００オングストロー
ムであった。

【００２９】比較例２として、保護膜を裏面側の主面に
のみ形成した。即ち、エピタキシャル処理において裏面
側の主面、表面側の面取りテーパ面、裏面側の面取りテ
ーパ面及び外周面を露出させた。他は比較例１と同じで
ある。

【００３０】比較例３として、面取りテーパ面の角度が
２２°のシリコンウエーハに対して、保護膜を裏面側の
主面にのみ形成した。他は実施例１と同じである。

【００３１】図５は、比較例１〜３で得られたエピタキ
シャル層の径方向における抵抗率分布を示す図である。
この図から明らかなように、比較例１では外周部での抵
抗率低下が見られ、比較例２及び比較例３にあっては、
表面側の面取りテーパ面、裏面側の面取りテーパ面及び
外周面に保護膜が形成されていないことから、外周部で
大きな抵抗率の低下が確認された。

【００３２】図６は、比較例１におけるノジュール発生
状況を調査した走査型電子顕微鏡である。この図から明
らかなように、テーパ面の角度が１１°の場合は、ノジ
ュールが多発することが確認された。なお、比較例２及
び比較例３では、表面側の面取りテーパ面、裏面側の面
取りテーパ面及び外周面に保護膜が形成されていないこ
とから、ノジュールの発生は観察されなかった。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したとおり、本発明のエピタ
キシャルウエーハ製造方法は、表面側及び裏面側からエ
ッジ部が面取りされ、面取りテーパ面の角度が２０°以
上であるシリコンウエーハの表面側の主面を除く全ての
面に保護膜を形成し、しかる後に、シリコンウエーハの
表面側の主面にエピタキシャル膜を形成することによ
り、オートドープ及びノジュールの両方を効果的に防止
することができ、エピタキシャルウエーハの品質向上等
に大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明の一実施形態を示すエピ
タキシャルウエーハ製造方法の説明図である。

【図２】従来法で製造されたエピタキシャルウエーハの
説明図である。

【図３】実施例で製造されたエピタキシャルウエーハに
おけるエピタキシャル層の抵抗率の径方向分布を示す図
表である。

【図４】実施例におけるノジュール発生状況を示した走
査型電子顕微鏡である。

【図５】比較例で製造されたエピタキシャルウエーハに
おけるエピタキシャル層の抵抗率の径方向分布を示す図
表である。

【図６】比較例におけるノジュール発生状況を示した走
査型電子顕微鏡である。

【符号の説明】

１０ シリコンウエーハ １１，１２ 主面 １３，１４ 面取りテーパ面 １５ 外周面 ２０ エピタキシャル膜 ３０ 保護膜 ４０ レセプター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 弘毅 佐賀県杵島郡江北町大字上小田2201番地 住友金属工業株式会社シチックス事業本部 内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面側及び裏面側からエッジ部が面取り
   され、面取りテーパ面の角度が２０°以上であるシリコ
   ンウエーハを用意する工程と、前記シリコンウエーハの
   表面側の主面を除く全ての面に保護膜を形成する工程
   と、前記シリコンウエーハの表面側の主面にエピタキシ
   ャル膜を形成する工程とを包含することを特徴とするエ
   ピタキシャルウエーハ製造方法。
2. 【請求項２】 前記保護膜の膜厚が、前記シリコンウエ
   ーハの裏面側の主面で５０００オングストローム以上で
   ある請求項１に記載のエピタキシャルウエーハ製造方
   法。
3. 【請求項３】 前記面取りテーパ面の角度が２２°であ
   る請求項１又は２に記載のエピタキシャルウエーハ製造
   方法。