JP2005039111A - シリコンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 暗室内で集光ランプを用いて目視観察可能なヘイズの発生が防止された主表面の面方位が略｛１１０｝のシリコンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 ｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上に、ヘイズレベルが０．１８ｐｐｍ以下のシリコンエピタキシャル層を気相成長させる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、｛１１０｝からのオフアングルを有する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その製造方法に関する。

シリコンエピタキシャルウェーハは、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することにより製造される。シリコンエピタキシャルウェーハの製造には、例えば、主表面の面方位が略｛１１０｝のシリコン単結晶基板が用いられる場合がある。しかし、面方位が｛１１０｝丁度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形成すると、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハの主表面の周辺部（面取部を除く外周縁部）に顕著な面粗れが円環状に発生することがあり、暗室内で集光ランプ等を用いて目視観察すると光が乱反射して白く曇って見え、ヘイズ（Ｈａｚｅ）と呼ばれる。

そこで、シリコンエピタキシャルウェーハの主表面の周辺部に円環状に発生する面粗れを効果的に抑制するために、例えば、主表面の面方位が｛１１０｝から０．５°以上７°以下のオフアングルを有するシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層を成長させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５３７９７号公報

しかしながら、主表面の面方位が｛１１０｝から０．５°以上７°以下のオフアングルを有するシリコン単結晶基板を使用した場合に、主表面の周辺部における面粗さは、中心部の面粗さとほぼ同レベルとすることができるものの、中心部においても弱いヘイズが目視で観察されることがあり、ヘイズレベルが安定しない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、暗室内で集光ランプを用いて目視観察可能なヘイズの発生が抑制された面方位が略｛１１０｝のシリコンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハは、１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上に、ヘイズレベルが０．１８ｐｐｍ以下のシリコンエピタキシャル層を形成してなることを特徴としている。

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、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上に、ヘイズレベルが０．１８ｐｐｍ以下のシリコンエピタキシャル層を気相成長させることを特徴としている。

暗室内で集光ランプを用いて目視観察可能なヘイズは、レーザー散乱光検出装置を用いて検出される面粗れのうち、０．１８ｐｐｍより大きいレベルのものである。

ここでｐｐｍとは、例えば、レーザ散乱光検出装置等の光学的表面検査装置を用いてシリコンエピタキシャルウェーハの主表面を光学走査して得られる散乱光の強度を表す単位である。例えば、０．１８ｐｐｍとは、入射光の強度に対して百万分の０．１８の強度の散乱光が計測されたことを表す。また、散乱光の強度は表面粗さの大きさに比例するので、例えば散乱光の強度が大きい時には面粗れが比較的大きいことがわかる。

なお、レーザ散乱光検出装置は、シリコンエピタキシャルウェーハの主表面全体を測定することができるが、シリコンエピタキシャルウェーハの周縁部では面取り部からの無視し得ないレベルの乱反射光が同時に測定されるので、通常、シリコンエピタキシャルウェーハの周縁部の幅数ｍｍの範囲で得られた測定値は除外する。

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法によれば、シリコン単結晶基板の主表面のオフアングルが、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向に０．５°以上３°以下に傾斜されているので、その上に形成されるシリコンエピタキシャル層のヘイズレベルを０．１８ｐｐｍ以下にすることができる。その結果、暗室内集光灯下で目視観察されるレベルのヘイズの発生を防止することができる。

本発明によれば、シリコン単結晶基板の主表面のオフアングルが、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向に０．５°以上３°以下傾斜されているので、その上に形成されるシリコンエピタキシャル層のヘイズレベルを０．１８ｐｐｍ以下にすることができ、その結果、暗室内で集光ランプを用いて目視観察可能なヘイズの発生を防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において使用される気相成長装置の好適な一例として、枚様式の気相成長装置の構成について説明する。図１は、気相成長装置の一例を示した模式図である。

図１に示すように、気相成長装置１１は、反応容器１２と、該反応容器１２の内部に設けられてシリコン単結晶基板Ｗを上面で支持するサセプタ１３とを備えている。

反応容器１２には、該反応容器１２内に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長用ガスをサセプタ１３の上側の領域に導入してサセプタ１３上のシリコン単結晶基板Ｗの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管１４が設けられている。

また、反応容器１２のうちの、気相成長用ガス導入管１４が設けられた側と同じ側には、反応容器１２内にパージガス（例えば、水素）をサセプタ１３の下側の領域に導入するパージガス導入管１５が設けられている。

さらに、反応容器１２のうちの、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５が設けられた側と反対側には、反応容器１２内のガス（気相成長用ガス及びパージガス）が排気される排気管１６が設けられている。

反応容器１２の外部には、該反応容器１２を上側と下側とから加熱する加熱装置１７a、１７bが設けられている。加熱装置１７a、１７bとしては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。

サセプタ１３は、例えば炭化ケイ素で被覆されたグラファイトにより構成されている。このサセプタ１３は、例えば略円板状に形成され、その主表面には、該主表面上にシリコン単結晶基板Ｗを位置決めするための平面視略円形状の凹部である座ぐり１３aが形成されている。

また、サセプタ１３の裏面には、該裏面からサセプタ１３を支持するサセプタ支持部材１８が設けられている。このサセプタ支持部材１８は、矢印Ａで示す上下方向に移動可能で、かつ、矢印Ｂで示す方向に回転可能とされている。

次に、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。まず、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において使用されるシリコン単結晶基板を製造する工程について説明する。

まず、浮遊帯域溶融（Floating Zone:ＦＺ）法あるいは（チョクラルスキー）（Czochralski:ＣＺ）法等の公知の方法によって、主軸方位が＜１１０＞のシリコン単結晶インゴットを製造する。得られたシリコン単結晶インゴットを、頭部と尾部とを切断した後、インゴット周辺部を回転して削り、直径を正確に出すとともにインゴットを完全な円柱にする。

次いで、一定の抵抗率範囲のブロックに切断し、さらに外径研削を施す。そして、外径研削後の各ブロックにオリエンテーションフラットあるいはオリエンテーションノッチを形成する。

このように仕上げられたブロックに対して、内周刃切断等のスライサーにより、主表面が｛１１０｝に対して最近接の＜１００＞軸方向に０．５°以上３°以下のオフアングルが生じるようにスライシングする。そして、スライシング後のシリコン単結晶基板の両面外周縁にベベル加工により面取りを施す。

面取り終了後のシリコン単結晶基板は、遊離砥粒を用いて両面をラップし、ラップウェーハとする。

次いで、ラップウェーハをエッチング液に浸漬することにより、両面を化学エッチング処理する。化学エッチング処理は、シリコン単結晶基板の表面に生じたダメージ層を除去するために行われる。この化学エッチング処理後に、メカノケミカルポリッシングにより鏡面研磨を行い、さらに最終洗浄を施す。

次に、上述の工程により得られたシリコン単結晶基板の主表面に、例えば図１に示す気相成長装置１１を使用して、シリコンエピタキシャル層を気相成長させる工程について説明する。

まず、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板Ｗを、反応容器１２内に投入し、その主表面が上を向くように、サセプタ１３上面の座ぐり１３a内に載置する。

ここで、反応容器１２内には、シリコン単結晶基板Ｗが投入される前段階から、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５をそれぞれ介して水素ガスが導入されている。

次いで、サセプタ１３上のシリコン単結晶基板Ｗを加熱装置１７a、１７bにより加熱し、シリコン単結晶基板Ｗの主表面に形成されている自然酸化膜を除去するための気相エッチングを行う。この温度としては、例えば、１０５０℃〜１２００℃程度が適当である。

気相エッチング後、シリコン単結晶基板Ｗを降温して所望の成長温度に設定し、気相成長用ガス導入管１４を介してシリコン単結晶基板Ｗの主表面上に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及び、パージガス導入管１５を介してパージガス（例えば、水素）を略水平に供給することによってシリコン単結晶基板Ｗの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長して、ヘイズレベルが０．１８ｐｐｍ以下のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。

その後、シリコンエピタキシャルウェーハを降温し、反応容器１２外へと搬出する。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の実施態様はこれらに限定されるものではない。

以下に示す実施例１、２、比較例１〜４のシリコン単結晶基板（直径２００ｍｍ、ｐ型）に、厚さ約５μｍの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得た。

［実施例１］
主表面が｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向に１°傾斜したオフアングルを有するシリコン単結晶基板を使用した。

［実施例２］
主表面が｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向に３°傾斜したオフアングルを有するシリコン単結晶基板を使用した。

［比較例１］
主表面の面方位が｛１１０｝丁度のシリコン単結晶基板を使用した。

［比較例２］
主表面が｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向に６°傾斜したオフアングルを有するシリコン単結晶基板を使用した。

［比較例３］
主表面が｛１１０｝面から最近接の＜１１１＞軸方向に１°傾斜したオフアングルを有するシリコン単結晶基板を使用した。

［比較例４］
主表面が｛１１０｝面から最近接の＜１１１＞軸方向に３°傾斜したオフアングルを有するシリコン単結晶基板を使用した。

気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハの主表面について、暗室内集光灯下におけるヘイズの発生状態を目視観察したところ、実施例１、実施例２ではヘイズが観察されず、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４ではヘイズが観察された。

また、表１には、レーザー散乱光検出装置を用いて検出されたヘイズのレベルをエピタキシャルウェーハ毎に示す。図２は、表１に基づくヘイズのレベルを示している。この図２の縦軸はヘイズレベル（ｐｐｍ）を示し、横軸は、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ傾斜させた角度を示している。なお、比較例３、比較例４は、図面の関係上省略している。

以上の結果より、実施例１、２のように、主表面が｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板に気相成長させた場合には、ヘイズレベルを０．１８ｐｐｍ以下にすることができ、このレベルのヘイズは目視で観察されないことから、シリコンエピタキシャルウェーハの主表面の全体においてヘイズの発生が抑制されたことがわかる。

これに対し、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へのオフアングルが０．５°未満、あるいは、３°より大きい場合には、比較例１、２のようにヘイズレベルが０．１８ｐｐｍより大きくなり、暗室内集光灯下でヘイズが目視で観察されるようになる。

｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へのオフアングルが０．５°以上１°未満の場合には、図２に示すようにヘイズレベルのオフアングル依存性が比較的大きいので、オフアングルが少し変化してもヘイズレベルが大きく変わる。このため、上記主表面のオフアングルが１°以上３°以下のシリコン単結晶基板を用いることにより、ヘイズレベルがより安定したシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。

また、オフアングルの傾斜方向が｛１１０｝面から最近接の＜１１１＞軸方向の場合は、オフアングル角度が１°又は３°であっても表１に示すようなヘイズレベルとなり、暗室内集光灯下でヘイズが目視で観察される。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態では枚葉式の気相成長装置を使用して、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行う例について説明したが、これに限らず、多数枚式（バッチ式）の気相成長装置を使用しても良い。

また、上記実施の形態で説明した気相成長装置１１は、いわゆるリフトピン方式のサセプタを備えた構成としても良い。

気相成長装置を示す模式的な正面断面図である。 ヘイズのレベルを｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へのオフアングルに対して示した図である。

符号の説明

１１ 気相成長装置
Ｗ シリコン単結晶基板

Claims (2)

1. ｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上に、ヘイズレベルが０．１８ｐｐｍ以下のシリコンエピタキシャル層を形成してなることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハ。
2. ｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上に、ヘイズレベルが０．１８ｐｐｍ以下のシリコンエピタキシャル層を気相成長させる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。

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