JP2004335528A

JP2004335528A - シリコンエピタキシャルウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2004335528A
Application number: JP2003125269A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Nakano; 秀彦中野
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】シリコン単結晶基板の裏面からのＦｅ等の重金属汚染を防止する。
【解決手段】シリコンエピタキシャルウェーハＷは、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いｐ⁻型又はｎ⁻型の低ドープのシリコン単結晶基板１の主表面１１にシリコンエピタキシャル層２が形成されたものである。このシリコンエピタキシャルウェーハＷにおいては、シリコンエピタキシャル層２の抵抗率がシリコン単結晶基板１の抵抗率の１００倍以下となっている。また、シリコン単結晶基板１の裏面１２には、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜３が形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させたシリコンエピタキシャルウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法として、サセプタ上に載置されたシリコン単結晶基板を加熱するとともにシリコン単結晶基板の主表面上に原料ガスを供給し、これによってシリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる方法が知られている。
【０００３】
この方法を用い、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下であるｐ^＋型又はｎ^＋型のシリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合には、シリコン単結晶基板内のドーパント濃度が高いため、ドーパントが気相中に一旦放出されてシリコンエピタキシャル層にドーピングされる、いわゆるオートドープが発生し易い。そのため、この場合には、シリコン単結晶基板の裏面にシリコン酸化膜を形成することによりオートドープを防止した状態で気相成長を行う（例えば特許文献１参照）。
一方、０．０２Ω・ｃｍよりも抵抗率の高いｐ⁻型又はｎ⁻型のシリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる場合には、シリコン単結晶基板内のドーパント濃度が低いため、オートドープが発生し難い。そのため、この場合には、シリコン酸化膜を裏面に形成せずに気相成長を行う。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−１９７１２８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、裏面にシリコン酸化膜を形成しないまま剥き出しとなっているシリコン単結晶基板をサセプタ上に載置して気相成長を行う際、サセプタ上に付着したＦｅ等の重金属がシリコン単結晶基板の裏面から内部に拡散してシリコン単結晶基板を汚染する場合がある。このような場合、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍ以下であるｐ^＋型又はｎ^＋型の高ドープのシリコン単結晶基板であれば、Ｆｅ等の重金属は、高濃度に添加されたドーパントによってある程度ゲッタリングされる。一方、０．０２Ω・ｃｍよりも抵抗率の高いｐ⁻型又はｎ⁻型の低ドープのシリコン単結晶基板の場合、高ドープのものよりも重金属がゲッタリングされ難く、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側に付着したＦｅ等の重金属が、半導体の製造における次工程に持ち込まれてしまう。このため、重金属汚染は、低ドープのシリコン単結晶基板の場合に特に問題となる。なお、ゲッタリングとは、重金属元素の挙動特性を利用してこれら重金属元素をシリコン単結晶基板中の所定の箇所に集め、その結果、他の箇所における重金属元素の濃度を下げる方法である。
【０００６】
本発明は、シリコン単結晶基板の裏面からのＦｅ等の重金属汚染を防止することができるシリコンエピタキシャルウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハは、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いシリコン単結晶基板と、
シリコン単結晶基板の裏面に形成されたシリコン酸化膜と、
シリコン単結晶基板の主表面上に形成され、抵抗率がシリコン単結晶基板の１００倍以下であるシリコンエピタキシャル層とを有することを特徴とする。
【０００８】
ここで、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いシリコン単結晶基板とは、いわゆるｐ⁻型又はｎ⁻型の低ドープのシリコン単結晶基板である。また、シリコン単結晶基板の抵抗率の上限は特にないが、シリコンエピタキシャル層を気相成長させるためのシリコン単結晶基板の抵抗率は、通常１００Ω・ｃｍ以下である。
また、シリコン酸化膜中では、シリコン単結晶基板中と比較してＦｅ等の重金属の拡散速度が低い。
本発明によれば、シリコン単結晶基板が低ドープのものであっても、その裏面にシリコン酸化膜が形成されているので、従来と異なり、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側に付着するＦｅ等の重金属を、半導体の製造における次工程に持ち込むことを防止することができる。
また、シリコン単結晶基板の裏面にシリコン酸化膜が形成された状態でシリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層が形成されているので、このシリコンエピタキシャル層を形成する工程において、サセプタ上などに付着したＦｅ等の重金属をシリコン酸化膜の表面又は内部に留めることができる。つまり、Ｆｅ等の重金属がシリコン単結晶基板の裏面から内部に拡散するのを防止することができる。シリコン酸化膜はシリコン単結晶基板の裏面から除去することができるため、シリコン酸化膜の表面又は内部に存在する重金属をシリコン酸化膜とともに除去することができる。
【０００９】
また、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法において、
抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いシリコン単結晶基板の裏面にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる気相成長工程と、
前記シリコン単結晶基板の裏面から前記シリコン酸化膜をフッ酸により除去する酸化膜除去工程とをこの順に行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、シリコン単結晶基板が低ドープのものであっても、その裏面にシリコン酸化膜を形成することによって、従来と異なり、気相成長工程において、サセプタ上などに付着したＦｅ等の重金属をシリコン酸化膜の表面又は内部に留めることができる。つまり、Ｆｅ等の重金属がシリコン単結晶基板の裏面から内部に拡散するのを防止することができる。また、酸化膜除去工程においてシリコン単結晶基板の裏面からフッ酸を用いてシリコン酸化膜を除去することにより、シリコン酸化膜の表面又は内部に存在する重金属をシリコン酸化膜とともに除去することができる。
【００１１】
酸化膜除去工程は、気相成長工程の直後の洗浄において行うことが好ましい。気相成長工程の直後の洗浄とは、半導体の製造において気相成長工程の後に複数回行われる洗浄のうち、最初に行われるものである。この場合には、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側に付着したＦｅ等の重金属を、半導体の製造における次工程に持ち込むことを防止することができる。
【００１２】
シリコン酸化膜は、ＣＶＤ法により形成することが好ましい。ＣＶＤ法は、熱酸化法よりも低温でシリコン酸化膜を形成することができる。従って、その分、シリコン単結晶基板にかかる熱的ストレスを低減することができる。
【００１３】
また、シリコンエピタキシャル層の抵抗率がシリコン単結晶基板の抵抗率の１００倍以下である場合には、気相成長の際にオートドープの影響が実質的になく、オートドープ防止用のシリコン酸化膜をシリコン単結晶基板の裏面に形成する必要がない。本発明のシリコン酸化膜は、オートドープ防止用ではなく、シリコン単結晶基板の裏面から内部にＦｅ等の重金属が拡散することを防止する、重金属汚染防止用である。
なお、シリコンエピタキシャル層の抵抗率の下限は特にないが、通常０．０１Ω・ｃｍ以上である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハＷの縦断面図である。この図に示すように、シリコンエピタキシャルウェーハＷは、抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いｐ⁻型又はｎ⁻型の低ドープのシリコン単結晶基板１の主表面１１にシリコンエピタキシャル層２が形成されたものである。このシリコンエピタキシャルウェーハＷにおいては、シリコンエピタキシャル層２の抵抗率がシリコン単結晶基板１の抵抗率の１００倍以下となっている。また、シリコン単結晶基板１の裏面１２には、ＣＶＤ法によるシリコン酸化膜３が形成されている。
【００１５】
このようなシリコンエピタキシャルウェーハＷは、裏面１２からシリコン酸化膜３を除去することによって、シリコン単結晶基板１とシリコンエピタキシャル層２とを有するシリコンエピタキシャルウェーハＷ’（図２（ｅ）参照）を形成可能となっている。
【００１６】
以下、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハＷ’の製造方法について説明する。
シリコンエピタキシャルウェーハＷ’を製造するには、まず、例えばＦＺ法あるいはＣＺ法等により製造されたシリコン単結晶インゴットに対して、面取り工程、スライス工程、ラッピング工程及びエッチング工程を順に行い、図２（ａ）に示すようなシリコン単結晶基板１を生成する。
【００１７】
次に、常圧ＣＶＤ法などによりシリコン単結晶基板１の裏面１２にシリコン酸化膜３を形成し、図２（ｂ）に示すような基板Ｋ１を生成する（酸化膜形成工程）。なお、この酸化膜形成工程においては、シリコン酸化膜３はシリコン単結晶基板１の側面にも形成される。
【００１８】
ここで、酸化膜形成工程について、より具体的に説明する。酸化膜形成工程には、例えば図３に示すような連続処理型の常圧ＣＶＤ装置５が用いられる。常圧ＣＶＤ装置５は、シリコン単結晶基板１を搬送するベルトコンベア５２と、搬送されるシリコン単結晶基板１を加熱する加熱装置５１と、搬送されるシリコン単結晶基板１に上方から原料ガスを吹き付ける原料ガス供給装置５３とを有するものである。
【００１９】
このような常圧ＣＶＤ装置５を用いた酸化膜形成工程においては、まず、ベルトコンベア５２の上面に裏面１２側を上にしてシリコン単結晶基板１を配置し、加熱装置５１によって３５０〜４５０℃に加熱しつつ図中左側から右側に搬送する。そして、この搬送の間にシリコン単結晶基板１の裏面１２に原料ガス供給装置５３から原料ガスをキャリアガスとともに吹き付けることにより、シリコン単結晶基板１の裏面１２にシリコン酸化膜３を２００ｎｍより大きく、１０００ｎｍ以下の厚さで形成する。ここで、シリコン酸化膜３の厚さを２００ｎｍより大きくしたのは、２００ｎｍ以下の場合には重金属汚染を十分に防止することができないためである。また、シリコン酸化膜３の厚さを１０００ｎｍ以下としたのは、１０００ｎｍより大きい場合には、該シリコン酸化膜３にひび割れが発生しやすくなり、そのひび割れを通してシリコン単結晶基板１内に重金属が拡散してしまうためである。また、原料ガスとしてはモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスと酸素ガスとの混合ガスが好ましく、キャリアガスとしては窒素ガス等の不活性ガスが好ましい。
【００２０】
次に、シリコン単結晶基板１の側面に形成されたシリコン酸化膜３を希フッ酸により除去するとともに、シリコン単結晶基板１の主表面１１を鏡面研磨し、図２（ｃ）に示すような基板Ｋ２を生成する（鏡面研磨工程）。続いて、基板Ｋ２の主表面１１上にシリコンエピタキシャル層２を形成し、図２（ｄ）に示すようなシリコンエピタキシャルウェーハＷを生成する（気相成長工程）。
ここで、気相成長工程について、より具体的に説明する。気相成長工程には、例えば図４に示すような枚葉型の気相成長装置６が用いられる。この気相成長装置６は、内部に基板Ｋ２が配置される反応炉６１を備えている。反応炉６１の頂壁６１ａ及び底壁６１ｂは透光性の石英で形成されており、反応炉６１の側壁６１ｅにはガス供給口６１ｃとガス排出口６１ｄとが形成されている。ガス供給口６１ｃには反応ガスを供給するガス供給装置（図示せず）が接続されている。反応炉６１の上下には、頂壁６１ａ，底壁６１ｂを通して反応炉６１の内部に向かって輻射を行う加熱装置６５ａ，６５ｂが配設されている。反応炉６１の内部には、座ぐり部６２ｃを有する略円盤状のサセプタ６２が、支持部材６３に支持された状態で配置されている。サセプタ６２の座ぐり部６２ｃ内に載置された基板Ｋ２は、加熱装置６５ａによって上方から加熱されるとともに、加熱装置６５ｂによってサセプタ６２を介して下方から加熱されるようになっている。支持部材６３には回転駆動装置（図示せず）が接続されており、この回転駆動装置の駆動によってサセプタ６２が回転するようになっている。
【００２１】
このような気相成長装置６を用いた気相成長工程においては、まず、反応炉６１内に配置された円盤状のサセプタ６２の座ぐり部６２ｃ内に、基板Ｋ２を載置する。次に、載置された基板Ｋ２を上下から加熱装置６５ａ，６５ｂにより１１００〜１２００℃に加熱するとともに、支持部材６３を介して前記回転駆動装置によりサセプタ６２と基板Ｋ２とを回転させる。そしてこの状態で、図中に矢印で示すように、反応炉６１内に所定の組成及び流量で反応ガスをキャリアガスとともに供給し、これによって気相成長を行う。ここで、反応ガスとしてはトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）ガスが好ましく、キャリアガスとしては水素ガスが好ましい。以上の気相成長工程において、シリコン単結晶基板１の裏面にはシリコン酸化膜３が形成されているので、サセプタ６２上に付着していたＦｅ等の重金属は、従来と異なりシリコン単結晶基板１中に拡散せず、シリコン単結晶基板１の裏面１２に形成されているシリコン酸化膜３の表面又は内部に留まることとなる。
【００２２】
そして、気相成長工程の直後の洗浄において希フッ酸を用いることにより、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面１２からシリコン酸化膜３を除去する（酸化膜除去工程）。これにより、シリコン酸化膜３の表面又は内部に存在する重金属はシリコン酸化膜３とともに除去され、重金属に汚染されていないシリコンエピタキシャルウェーハＷ’が製造されることとなる。
【００２３】
以上のようなシリコンエピタキシャルウェーハＷ’の製造方法によれば、シリコン単結晶基板１の裏面１２にシリコン酸化膜３を形成することによって、気相成長工程においてサセプタ６２上のＦｅ等の重金属をシリコン酸化膜３の表面又は内部に留めることができる。つまり、Ｆｅ等の重金属がシリコン単結晶基板１の裏面１２から内部に拡散するのを防止することができる。また、酸化膜除去工程においてシリコン単結晶基板１の裏面１２から希フッ酸を用いてシリコン酸化膜３を除去することにより、シリコン酸化膜３の表面又は内部に存在する重金属をシリコン酸化膜３とともに除去することができる。従って、シリコンエピタキシャルウェーハＷの裏面側に付着したＦｅ等の重金属を、半導体の製造における次工程に持ち込むことを防止することができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態においては、シリコン酸化膜３の形成に連続処理型のＣＶＤ装置５を用いることとして説明したが、横型や縦型、拡散炉型などのＣＶＤ装置を用いることとしても良い。
また、気相成長装置として枚葉型の気相成長装置６を用いることとして説明したが、バレル型やパンケーキ型などの気相成長装置を用いることとしても良い。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、低ドープのシリコン単結晶基板の裏面にシリコン酸化膜を形成することによって、ゲッタリング能力の低いシリコン単結晶基板の裏面からＦｅ等の重金属が内部に拡散するのを防止することができる。また、気相成長工程の直後の洗浄においてシリコン単結晶基板の裏面からシリコン酸化膜を除去することにより、シリコン酸化膜の表面又は内部に存在するＦｅ等の重金属をシリコン酸化膜とともに除去する。これにより、シリコンエピタキシャルウェーハの裏面側に付着したＦｅ等の重金属を、半導体の製造における次工程に持ち込むことを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハを示す縦断面図である。
【図２】本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を説明するための図である。
【図３】ＣＶＤ装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図４】気相成長装置の概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１シリコン単結晶基板
２シリコンエピタキシャル層
３シリコン酸化膜
１１シリコン単結晶基板の主表面
１２シリコン単結晶基板の裏面
Ｗ，Ｗ’ シリコンエピタキシャルウェーハ

Claims

抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いシリコン単結晶基板と、
該シリコン単結晶基板の裏面に形成されたシリコン酸化膜と、
前記シリコン単結晶基板の主表面上に形成され、抵抗率が前記シリコン単結晶基板の１００倍以下であるシリコンエピタキシャル層とを有することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハ。
シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法において、
抵抗率が０．０２Ω・ｃｍよりも高いシリコン単結晶基板の裏面にシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
前記シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる気相成長工程と、
前記シリコン単結晶基板の裏面から前記シリコン酸化膜をフッ酸により除去する酸化膜除去工程とをこの順に行うことを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記酸化膜除去工程を、前記気相成長工程の直後の洗浄において行うことを特徴とする請求項２記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記シリコン酸化膜をＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項２または３記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記シリコンエピタキシャル層の抵抗率が前記シリコン単結晶基板の抵抗率の１００倍以下となるように前記気相成長工程を行うことを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。