JP2005079134A - Semiconductor substrate and its producing process - Google Patents

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朗 田中
Kenichi Takesako
健一 竹迫
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Coorstek KK
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate suitable for fabricating a low breakdown voltage power discrete element requiring a low resistivity substrate in which generation of misfit dislocation can be suppressed on the surface of the substrate, and to provide its producing process. <P>SOLUTION: An epitaxial wafer is produced by a step for forming a heavily doped impurity diffusion layer containing impurities at a concentration higher than that of a lightly doped substrate by diffusing phosphorus and antimony to the surface of the lightly doped substrate, a step for mirror finishing the surface for forming the heavily doped impurity diffusion layer, and a step for forming an epitaxial layer containing impurities at a concentration lower than that of the heavily doped impurity diffusion layer on the mirror finished surface of the heavily doped impurity diffusion layer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体基板およびその製造方法に関し、より詳細には、パワーディスクリート素子製造に好適に用いられる半導体基板およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor substrate suitably used for power discrete element manufacturing and a manufacturing method thereof.

エピタキシャル成長技術は、LSI集積回路やIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を始めとするパワーディスクリート素子の動作領域となる単結晶層の形成に用いられている。この技術は、ドーパントの濃度差が大きい接合部分においても急峻な不純物プロファイルを形成することができる重要な技術である。   Epitaxial growth technology is used to form a single crystal layer that serves as an operating region for power discrete elements such as LSI integrated circuits and IGBTs (insulated gate bipolar transistors). This technique is an important technique that can form a steep impurity profile even at a junction where the dopant concentration difference is large.

上記のようなエピタキシャル成長に用いられる装置としては、縦型、バレル型が一般的である。これらの装置では、サセプタ上に載置した半導体単結晶基板を所定の反応温度に加熱し、原料ガスを熱分解や水素還元させることにより、前記基板面上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャルウエハを製造する。   As an apparatus used for the epitaxial growth as described above, a vertical type and a barrel type are generally used. In these apparatuses, an epitaxial layer is grown on the substrate surface by heating a semiconductor single crystal substrate placed on a susceptor to a predetermined reaction temperature and thermally decomposing or hydrogen reducing the source gas. Manufacturing.

ところで、近年、携帯機器等の電源回路として、低耐圧パワーディスクリート素子の応用分野が拡大しており、スイッチング特性の改良だけでなく、駆動時間を長くするため、オン抵抗の低減化の要求が強まっている。
この要求を満足させるためには、回路の高集積化および半導体基板の抵抗率の低減化を図る必要がある。
By the way, in recent years, the application field of low withstand voltage power discrete elements has been expanded as a power supply circuit for portable devices and the like, and not only the improvement of switching characteristics but also the driving time is lengthened, so the demand for a reduction in on-resistance has increased. ing.
In order to satisfy this requirement, it is necessary to increase the circuit integration and reduce the resistivity of the semiconductor substrate.

前記基板抵抗率の低減化を図るためには、基板におけるドーパントをより高濃度とすることが一般的であり、半導体基板においては、通常、単結晶引上げの際に、アンチモン(Sb)、ヒ素(As)等の元素をドープしている。
しかしながら、これらのドーパントは、単結晶引上げ時における蒸発量が多いため、ドープ量の高濃度化、すなわち、基板抵抗率の低減化には限界があった。
In order to reduce the substrate resistivity, it is common to increase the dopant concentration in the substrate. In a semiconductor substrate, antimony (Sb), arsenic ( As) and the like are doped.
However, since these dopants have a large evaporation amount when pulling a single crystal, there is a limit to increasing the concentration of the dope, that is, reducing the substrate resistivity.

また、ドーパント濃度をより高くして、前記基板抵抗率の低減化を図る方法として、例えば、特許文献1に開示されているような方法が提案されている。
この方法によれば、シリコンに比較してイオン半径の大きい元素(例えば、リン(P))と、イオン半径の小さい元素(例えば、ホウ素(B))とを、特定の割合で組み合わせて同時添加することにより、シリコン単結晶におけるドーパント濃度を向上させることができるとされる。
特開平11−67768号公報
Further, as a method for increasing the dopant concentration to reduce the substrate resistivity, for example, a method as disclosed in Patent Document 1 has been proposed.
According to this method, an element having a larger ionic radius than that of silicon (for example, phosphorus (P)) and an element having a smaller ionic radius (for example, boron (B)) are combined and combined at a specific ratio. By doing so, it is said that the dopant concentration in the silicon single crystal can be improved.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-67768

上述したように、低耐圧パワーディスクリート素子向けの半導体基板において、その基板抵抗率の低減化は、オン抵抗の低減化に大きく寄与するものである。
しかしながら、単結晶引上げの際に基板抵抗率の低減化を図る場合は、ドーパントの蒸発量が多く、シリコン融液中への溶融量が少ないため、アンチモン、ヒ素等のドーパントを単独で添加する場合であっても、基板抵抗率の低減化には限界があった。
また、単結晶引上げの際に、ドーパントをより高濃度とするために、固溶限ぎりぎりの濃度でドーピングを行った場合は、偏析と呼ばれる現象により、物理的に結晶の引上げ方向に向かって均一な濃度の結晶を育成させることが困難となり、所望の抵抗帯の単結晶が得られず、歩留も低く、製造コストも高くなるという課題を有していた。
As described above, in a semiconductor substrate for a low withstand voltage power discrete element, the reduction in substrate resistivity greatly contributes to the reduction in on-resistance.
However, when reducing the substrate resistivity when pulling up the single crystal, the amount of dopant evaporation is large and the amount of melting into the silicon melt is small, so that a dopant such as antimony or arsenic is added alone. Even so, there has been a limit to reducing the substrate resistivity.
In addition, when the single crystal is pulled, if doping is performed at a concentration close to the limit of the solid solution in order to make the dopant concentration higher, it is physically uniform in the pulling direction due to a phenomenon called segregation. It has been difficult to grow crystals with a high concentration, a single crystal having a desired resistance band cannot be obtained, yield is low, and manufacturing costs are high.

一方、前記特許文献1に記載されているように、シリコンに比較してイオン半径の大きい元素(例えば、リン)に、イオン半径の小さい元素(例えば、ホウ素)をドーパントとして組み合わせれば、高濃度でのドーパントは可能であると考えられる。
しかしながら、上記のような高ドーパント濃度の基板上に、エピタキシャル層を形成させる際、低ドーパント濃度の層を堆積成長させると、基板とエピタキシャル層との格子定数差(ミスフィット)が大きい場合には、ミスフィット転位が発生する可能性が大きいという課題があった。
On the other hand, as described in Patent Document 1, a high concentration can be obtained by combining an element having a larger ionic radius than that of silicon (for example, phosphorus) and an element having a smaller ionic radius (for example, boron) as a dopant. It is believed that a dopant at is possible.
However, when an epitaxial layer is formed on a substrate having a high dopant concentration as described above, when a layer having a low dopant concentration is deposited and grown, the lattice constant difference (misfit) between the substrate and the epitaxial layer is large. There is a problem that misfit dislocations are highly likely to occur.

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、抵抗率が低い基板が必要とされる低耐圧パワーディスクリート素子の製造に好適な半導体基板であって、基板表面でのミスフィット転位の発生を抑制することができる半導体基板およびその製造方法を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above technical problem, and is a semiconductor substrate suitable for manufacturing a low withstand voltage power discrete element that requires a substrate having a low resistivity, and has a mistake on the substrate surface. An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate capable of suppressing the occurrence of fit dislocations and a method for manufacturing the same.

本発明に係る半導体基板は、低濃度不純物基板の表面に、15族元素のうち2種類の元素が拡散された前記低濃度不純物基板よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物拡散層が形成され、前記高濃度不純物拡散層の表面に、該高濃度不純物拡散層よりも低濃度の不純物を含有するエピタキシャル層が形成されていることを特徴とする。
ここでいう低濃度不純物基板とは、後工程にて裏面側から外方拡散されない程度の不純物を含有する半導体基板であることが好ましく、より好ましくは、比抵抗が0.5Ω・cm以上の低濃度の不純物を含有する半導体基板である。
前記半導体基板は、エピタキシャル層を形成させる表面における格子歪みを相殺するために、前記低濃度不純物基板上に、上記2種類のドーパントが拡散された高濃度不純物拡散層が形成されていることを特徴とするものである。
したがって、本発明に係る半導体基板は、エピタキシャル層形成面における格子歪みがほとんどなく、拡散しているドーパント濃度が高く、このため、基板抵抗率が低く、しかも、エピタキシャル層におけるミスフィット転位の発生が抑制される。
In the semiconductor substrate according to the present invention, a high-concentration impurity diffusion layer containing impurities at a concentration higher than that of the low-concentration impurity substrate formed by diffusing two kinds of elements among group 15 elements is formed on the surface of the low-concentration impurity substrate. An epitaxial layer containing impurities at a lower concentration than the high concentration impurity diffusion layer is formed on the surface of the high concentration impurity diffusion layer.
The low-concentration impurity substrate here is preferably a semiconductor substrate containing impurities that are not diffused out from the back side in a later step, and more preferably a low specific resistance of 0.5 Ω · cm or more. It is a semiconductor substrate containing a concentration of impurities.
In the semiconductor substrate, a high-concentration impurity diffusion layer in which the two kinds of dopants are diffused is formed on the low-concentration impurity substrate in order to cancel lattice distortion on the surface on which the epitaxial layer is formed. It is what.
Therefore, the semiconductor substrate according to the present invention has almost no lattice distortion on the epitaxial layer forming surface, the concentration of the diffused dopant is high, and therefore the substrate resistivity is low, and misfit dislocations are generated in the epitaxial layer. It is suppressed.

前記2種類の元素は、リンおよびアンチモンであることが好ましい。
N型半導体の場合、格子歪みを相殺するためのドーパント濃度の比の調整が容易であることから、PおよびSbをドーパントとして用いることが好ましい。
The two kinds of elements are preferably phosphorus and antimony.
In the case of an N-type semiconductor, it is preferable to use P and Sb as dopants because it is easy to adjust the ratio of the dopant concentration to cancel the lattice distortion.

前記リンおよびアンチモンが、3.02≦NP/NSb≦3.74(NP:リンの濃度、NSb:アンチモンの濃度)の比で拡散していることが好ましい。より好ましくは、3.23≦NP/NSb≦3.57であり、さらに、3.23≦NP/NSb≦3.40であることが特に好ましい。
両ドーパントの濃度比が上記範囲の場合、エピタキシャル層を形成した場合のミスフィット転位の発生を規格値(10本/cm2)以下とすることができる。
The phosphorus and antimony are preferably diffused at a ratio of 3.02 ≦ N P / N Sb ≦ 3.74 (N P : concentration of phosphorus, N Sb : concentration of antimony). More preferably, it is 3.23 ≦ N P / N Sb ≦ 3.57, and it is particularly preferable that 3.23 ≦ N P / N Sb ≦ 3.40.
When the concentration ratio of both dopants is in the above range, the occurrence of misfit dislocations when the epitaxial layer is formed can be set to a standard value (10 / cm 2 ) or less.

また、本発明に係る半導体基板の製造方法は、低濃度不純物基板の表面に、15族元素のうち2種類の元素を拡散させて、前記低濃度不純物基板よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物拡散層を形成させる工程と、前記高濃度不純物拡散層形成面を鏡面化させる工程と、前記鏡面化された高濃度不純物拡散層の表面に、該高濃度不純物拡散層よりも低濃度で不純物を含有するエピタキシャル層を形成させる工程とを備えていることを特徴とする。
ここでいう鏡面化とは、表面の状態が鏡面となるような化学的機械的研磨(chemical mechanical polishing;以下、単に研磨という)工程を最終工程として含むものであり、例えば、ダイヤモンド砥石による研削、フッ酸、硝酸、酢酸等の酸性薬液の混合薬液によるエッチング等が前工程として必要とされる場合は、これらの前工程も含むものとする。また、最終工程または前工程において、プラズマエッチング工程を施される場合も同様に、これを含むものとする。
上記製造方法によれば、抵抗率が低い基板が必要とされる低耐圧パワーディスクリート素子の形成に好適な上記のような本発明に係る半導体基板を好適に得ることができる。
In addition, the method for manufacturing a semiconductor substrate according to the present invention includes a high concentration impurity having a higher concentration than the low concentration impurity substrate by diffusing two kinds of elements of group 15 elements on the surface of the low concentration impurity substrate. A step of forming a concentration impurity diffusion layer, a step of mirroring the surface of forming the high concentration impurity diffusion layer, and a surface of the high concentration impurity diffusion layer that is mirror-finished at a lower concentration than the high concentration impurity diffusion layer. And a step of forming an epitaxial layer containing impurities.
The mirroring here includes a chemical mechanical polishing (hereinafter simply referred to as polishing) process in which the surface state becomes a mirror surface as a final process. For example, grinding with a diamond grindstone, When etching using a mixed chemical solution of acidic chemicals such as hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid is required as a pre-process, these pre-processes are also included. Similarly, the case where the plasma etching step is performed in the final step or the previous step is also included.
According to the above manufacturing method, the above-described semiconductor substrate according to the present invention suitable for forming a low withstand voltage power discrete element that requires a substrate having a low resistivity can be suitably obtained.

上述のとおり、本発明に係る半導体基板は、エピタキシャル層形成面に格子歪みが相殺される濃度比で異種のドーパントが高濃度に拡散されて存在しているため、エピタキシャル層形成の際、表層におけるミスフィット転位の発生が抑制され、しかも、低抵抗率の半導体基板として得られる。
したがって、本発明に係る半導体基板であるエピタキシャルウエハは、基板抵抗率が低いことが要求される低耐圧パワーディスクリート素子製造用ウエハとして好適に用いることができ、これを用いたデバイスにおいて、オン抵抗の低減化を図ることに寄与することができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、上記のような本発明に係る半導体基板を容易、かつ、歩留よく製造することができる。
さらに、本発明に係る製造方法は、上記のような低耐圧パワーディスクリート素子向けの半導体基板に限られず、中耐圧製品、整流素子等において、低オン抵抗特性が要求される場合にも、高機能材料として優れた半導体基板を提供するために有効に用いることができる。
As described above, in the semiconductor substrate according to the present invention, since different types of dopants are diffused at a high concentration at a concentration ratio that cancels the lattice strain on the epitaxial layer forming surface, Generation of misfit dislocations is suppressed, and a low resistivity semiconductor substrate can be obtained.
Therefore, the epitaxial wafer which is a semiconductor substrate according to the present invention can be suitably used as a wafer for manufacturing a low breakdown voltage power discrete element that is required to have a low substrate resistivity. This can contribute to reduction.
Moreover, according to the manufacturing method which concerns on this invention, the above semiconductor substrates which concern on this invention can be manufactured easily and with a sufficient yield.
Further, the manufacturing method according to the present invention is not limited to the semiconductor substrate for the low-voltage power discrete element as described above, and has a high function even when a low on-resistance characteristic is required in a medium-voltage product, a rectifier element, or the like. It can be effectively used to provide an excellent semiconductor substrate as a material.

以下、本発明に係る半導体基板およびその製造方法を、一部図面を参照して、詳細に説明する。
本発明に係る半導体基板は、低濃度不純物基板の表面に、格子歪みを相殺するために、15族元素のうち2種類の元素を拡散させて、前記低濃度不純物基板よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物拡散層を形成し、さらにその表面に、該高濃度不純物拡散層よりも低濃度の不純物を含有するエピタキシャル層が形成されているものである。
Hereinafter, a semiconductor substrate and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to some drawings.
The semiconductor substrate according to the present invention diffuses two kinds of elements of group 15 elements to the surface of the low-concentration impurity substrate in order to cancel the lattice distortion, so that a higher-concentration impurity than the low-concentration impurity substrate is present. A high-concentration impurity diffusion layer containing is formed, and an epitaxial layer containing impurities at a lower concentration than the high-concentration impurity diffusion layer is formed on the surface thereof.

一方、格子歪みの相殺を考慮せずに、例えば、単一のドーパントを拡散した場合は、ミスフィット転位がエピタキシャル層に発生する。これらの転位はリーク不良の原因となり、トランジスタ特性の悪化を招くものである。   On the other hand, for example, when a single dopant is diffused without considering the cancellation of lattice distortion, misfit dislocations are generated in the epitaxial layer. These dislocations cause leakage defects and cause deterioration of transistor characteristics.

したがって、本発明に係る半導体基板においては、基板内における格子歪みの抑制を図ることにより、拡散しているドーパント濃度を高くすることを可能とし、基板抵抗率の低減化を図ったものである。しかも、基板上にエピタキシャル成長させた場合においても、上記のようなミスフィット転位の発生も抑制される。   Therefore, in the semiconductor substrate according to the present invention, by suppressing the lattice distortion in the substrate, it is possible to increase the concentration of the diffused dopant and reduce the substrate resistivity. Moreover, even when epitaxial growth is performed on the substrate, the occurrence of misfit dislocations as described above is also suppressed.

前記格子歪みを相殺させるための2種類のドーパント元素の組合せとしては、15族の2種類の元素を用いることが好ましく、例えば、PとSb、PとAs、SbとAs等の組合せが挙げられるが、これに限定されるものではない。これらのうち、特に、PとSbの組合せが好ましい。   As a combination of two kinds of dopant elements for canceling the lattice distortion, it is preferable to use two kinds of elements of Group 15, for example, combinations of P and Sb, P and As, Sb and As, and the like. However, the present invention is not limited to this. Of these, the combination of P and Sb is particularly preferable.

ところで、高濃度ドーパント拡散時における結晶中のストレスβは、下記式(1)により表される。
β=1/3・{(1−(Ri/Rsi3}・Nsi -1 …(1)
また、格子歪みεは、下記式(2)で表される。
ε=β・Ni …(2)
なお、上記式(1)、(2)において、Rsi:シリコンの原子半径、Ri:ドーパント元素の原子半径、Nsi:シリコンの濃度、Ni:ドーパントの濃度を表す。
By the way, the stress β in the crystal at the time of high concentration dopant diffusion is expressed by the following formula (1).
β = 1/3 · {(1- (R i / R si ) 3 } · N si −1 (1)
The lattice strain ε is expressed by the following formula (2).
ε = β · N i (2)
In the above formulas (1) and (2), R si represents the atomic radius of silicon, R i represents the atomic radius of the dopant element, N si represents the concentration of silicon, and N i represents the concentration of the dopant.

したがって、組み合わされる2種類のドーパント元素について上記式(2)で表されるεが一致すれば、格子歪みは相殺される。
すなわち、第1のドーパント(例えば、P)と、第2のドーパント(例えば、Sb)が、それぞれ下記式(3)に示す濃度比N1/N2となるように拡散させる。
1/N2={1−(R2/RSi3}/{1−(R1/RSi3} …(3)
(ここで、N1:第1のドーパントの濃度、N2:第2のドーパントの濃度、R1:第1のドーパントの原子半径、R2:第2のドーパントの原子半径、RSi:シリコンの原子半径を表す。)
Therefore, if the ε expressed by the above formula (2) matches for the two types of dopant elements to be combined, the lattice distortion is offset.
That is, the first dopant (for example, P) and the second dopant (for example, Sb) are diffused so as to have a concentration ratio N 1 / N 2 shown in the following formula (3), respectively.
N 1 / N 2 = {1- (R 2 / R Si) 3} / {1- (R 1 / R Si) 3} ... (3)
(Where N 1 is the concentration of the first dopant, N 2 is the concentration of the second dopant, R 1 is the atomic radius of the first dopant, R 2 is the atomic radius of the second dopant, and R Si is silicon. Represents the atomic radius of.

上記のように、格子歪みの相殺は、上記式(3)に基づく濃度比が基本となる。
しかしながら、ドーパントが、例えば、PおよびSbの場合(実施例参照)、図2に示すように、実際上は、上記式(3)から導き出された濃度比が、3.02≦NP/NSb≦3.74の範囲にあることが好ましい。より好ましくは、3.23≦NP/NSb≦3.57であり、さらに、3.23≦NP/NSb≦3.40であることが特に好ましい。
As described above, the lattice distortion is canceled based on the concentration ratio based on the above formula (3).
However, when the dopants are, for example, P and Sb (see the examples), as shown in FIG. 2, the concentration ratio derived from the above formula (3) is actually 3.02 ≦ N P / N, as shown in FIG. It is preferable that Sb ≦ 3.74. More preferably, it is 3.23 ≦ N P / N Sb ≦ 3.57, and it is particularly preferable that 3.23 ≦ N P / N Sb ≦ 3.40.

上記のように、本発明においては、エピタキシャル層を形成させる表面における格子歪みを相殺する濃度比で2種のドーパント元素を低濃度不純物基板表面に拡散させることにより、エピタキシャル成長後にミスフィット転位が発生しない良好な結晶性が得られる。   As described above, in the present invention, two types of dopant elements are diffused on the surface of the low-concentration impurity substrate at a concentration ratio that cancels the lattice distortion on the surface on which the epitaxial layer is formed, so that no misfit dislocation occurs after epitaxial growth. Good crystallinity is obtained.

前記半導体基板において、高濃度不純物拡散層の深さは、ミスフィット転位の発生を抑制する観点から、該拡散層表面から少なくとも5μm以上であることが好ましい。   In the semiconductor substrate, the depth of the high concentration impurity diffusion layer is preferably at least 5 μm or more from the surface of the diffusion layer from the viewpoint of suppressing the occurrence of misfit dislocations.

上記のように、本発明に係る半導体基板によれば、トランジスタのオン抵抗の低減化を図ることができ、かつ、エピタキシャル層におけるミスフィット転位の発生が抑制された結晶性に優れた低抵抗率半導体基板を得ることができる。   As described above, according to the semiconductor substrate of the present invention, the on-resistance of the transistor can be reduced, and the low resistivity with excellent crystallinity in which the occurrence of misfit dislocations in the epitaxial layer is suppressed. A semiconductor substrate can be obtained.

上記のような半導体基板は、低濃度不純物基板の表面に、15族元素のうち2種類の元素を拡散させて、前記低濃度不純物基板よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物拡散層を形成させる工程と、前記高濃度不純物拡散層形成面を鏡面化させる工程と、前記鏡面化された高濃度不純物拡散層の表面に、該高濃度不純物拡散層よりも低濃度で不純物を含有するエピタキシャル層を形成させる工程とを備えていることを特徴とする製造方法により得ることができる。   The semiconductor substrate as described above has a high-concentration impurity diffusion layer containing a higher concentration of impurities than the low-concentration impurity substrate by diffusing two types of group 15 elements on the surface of the low-concentration impurity substrate. A step of forming a mirror surface of the high-concentration impurity diffusion layer forming surface, and an epitaxial layer containing impurities at a lower concentration than the high-concentration impurity diffusion layer on the surface of the mirror-concentrated high-concentration impurity diffusion layer And a step of forming a layer.

図1に、本発明に係る半導体基板の製造工程の一例を示す。
両面がエッチング処理されたN型シリコン単結晶基板(低濃度不純物基板)10(図1(a))の片面に、PおよびSbを拡散用塗布液に溶解したものを、スピンコート法により一定量塗布して、N+拡散源層20を形成する(図1(b))。
次に、前記基板を電気炉に挿入し、炉内に窒素ガスを導入して熱処理を行い、デポ拡散層21を形成する(図1(c))。
さらに、この基板を微量の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中で熱処理し、不純物をさらに深いところまで拡散させて、高濃度不純物拡散層22を形成する(図1(d))。
なお、シリコン単結晶基板10および高濃度不純物拡散層22の厚さおよび抵抗率は、素子特性設計上要求されるトランジスタ特性の最適化のため様々であるが、一般的に、拡散層深さは表面から50〜200μm程度であることが好ましく、拡散層の表面抵抗率は0.005Ω・cm以下であることが好ましい。
FIG. 1 shows an example of a manufacturing process of a semiconductor substrate according to the present invention.
A fixed amount of P and Sb dissolved in a diffusion coating solution on one side of an N-type silicon single crystal substrate (low-concentration impurity substrate) 10 (FIG. 1 (a)) having both surfaces etched by spin coating. Application is performed to form the N + diffusion source layer 20 (FIG. 1B).
Next, the substrate is inserted into an electric furnace, a nitrogen gas is introduced into the furnace, and heat treatment is performed to form a deposition diffusion layer 21 (FIG. 1C).
Further, this substrate is heat-treated in an argon gas atmosphere containing a small amount of oxygen, and the impurities are diffused to a deeper position, thereby forming a high concentration impurity diffusion layer 22 (FIG. 1D).
Note that the thickness and resistivity of the silicon single crystal substrate 10 and the high-concentration impurity diffusion layer 22 are various in order to optimize the transistor characteristics required in device characteristic design. In general, the diffusion layer depth is The surface resistivity is preferably about 50 to 200 μm, and the surface resistivity of the diffusion layer is preferably 0.005 Ω · cm or less.

拡散時におけるドーパント量は、上述のように、ミスフィット転位の発生を抑制する観点から、PとSbの組合せの場合、3.02≦NP/NSb≦3.74であることが好ましい。より好ましくは、3.23≦NP/NSb≦3.57であり、さらに、3.23≦NP/NSb≦3.40であることが特に好ましい。 As described above, the amount of dopant at the time of diffusion is preferably 3.02 ≦ N P / N Sb ≦ 3.74 in the case of a combination of P and Sb from the viewpoint of suppressing the occurrence of misfit dislocations. More preferably, it is 3.23 ≦ N P / N Sb ≦ 3.57, and it is particularly preferable that 3.23 ≦ N P / N Sb ≦ 3.40.

次に、高濃度不純物拡散層22形成後、塗布したN+拡散源層20を除去した後、鏡面加工仕上げを施す。前記鏡面加工においては、加工残留歪みを除去する程度の加工取り代を必要とする。エッチング処理面では、一般的には、取り代10〜20μm程度である。
そして、鏡面加工後、洗浄する。この洗浄工程においては、後工程での熱処理において欠陥が誘起されないよう十分な清浄度を確保する。
Next, after the high concentration impurity diffusion layer 22 is formed, the applied N + diffusion source layer 20 is removed, and then mirror finishing is performed. In the mirror surface machining, machining allowance is required to remove the machining residual distortion. In general, the etching allowance is about 10 to 20 μm.
And it wash | cleans after a mirror surface process. In this cleaning process, sufficient cleanliness is ensured so that no defects are induced in the heat treatment in the subsequent process.

次に、前記鏡面加工および洗浄が施された高濃度不純物拡散層22表面に、エピタキシャル層30を成長させる(図1(e))。
エピタキシャル層30の厚さおよび抵抗率は、素子特性設計上要求されるトランジスタ特性、ICプロセスに応じて、基板全体の厚さも考慮して、最適化させる。
Next, an epitaxial layer 30 is grown on the surface of the high-concentration impurity diffusion layer 22 that has been subjected to the mirror finishing and cleaning (FIG. 1E).
The thickness and resistivity of the epitaxial layer 30 are optimized in consideration of the thickness of the entire substrate in accordance with transistor characteristics and IC processes required for device characteristic design.

エピタキシャル成長工程においては、エピタキシャル層30および高濃度不純物拡散層22の界面近傍に発生する欠陥を抑制するため、気相エッチング処理により、基板表面を清浄に保つようにすることが好ましい。
これにより、欠陥がより少ない基板を形成することできる。
そして、エピタキシャル層30を形成後、洗浄することにより、本発明に係る半導体基板が完成する。
この洗浄工程においても、後の熱処理等において欠陥が誘起されないよう十分な洗浄度を確保することが好ましい。
In the epitaxial growth step, it is preferable to keep the substrate surface clean by a vapor phase etching process in order to suppress defects generated near the interface between the epitaxial layer 30 and the high concentration impurity diffusion layer 22.
Thereby, a substrate with fewer defects can be formed.
Then, after the epitaxial layer 30 is formed, the semiconductor substrate according to the present invention is completed by washing.
Also in this cleaning step, it is preferable to ensure a sufficient degree of cleaning so that no defects are induced in the subsequent heat treatment or the like.

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
[実施例]
直径150mm、厚さ625μm、基板比抵抗20〜25Ω・cmの両面がエッチング処理されたN型シリコン単結晶基板の片面に、PおよびSbを拡散用塗布液に溶解したものを、スピンコート法により一定量塗布して、N+拡散源層を形成させた。
次に、前記基板を、1200℃の電気炉に挿入し、炉内に窒素ガスを導入して180分間熱処理を行い、デポ拡散層を形成させた。
さらに、この基板を微量の酸素を含むアルゴンガス雰囲気中、1290℃で100時間熱処理し、不純物をさらに深いところまで拡散させて、高濃度不純物拡散層を形成させた。
このとき、基板表面におけるPの濃度NPが7.4・1019atoms/cm3、基板表面におけるSbの濃度NSbが、NP/NSb=2.90、3.02、3.23、3.40、3.57、3.74、3.91となるように、7水準で拡散させた。
また、拡散層深さは表面から80.0±3.0μm、拡散層の表面抵抗率は約0.001Ω・cmとした。
高濃度不純物拡散層形成後、塗布したN+拡散源層を除去し、拡散面側に鏡面加工仕上げを施した。
上記鏡面加工における取り代は20μmとした。
次に、厚さ7.3μm、比抵抗10Ω・cmのN型の不純物が添加されたシリコンエピタキシャル層を高濃度不純物拡散層表面に形成させた。
このときのエピタキシャル成長条件は、シリコン源としてSiHCl315g/min.、キャリアガスとしてH2200l/min.、不純物添加用ガスとしてPH31ppmを含むH2ガスを所望の比抵抗値が得られる流量で導入し、成長温度1180℃、エピタキシャル成長速度0.47μm/min.とした。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example]
An N-type silicon single crystal substrate having a diameter of 150 mm, a thickness of 625 μm, and a substrate resistivity of 20 to 25 Ω · cm is etched on one side, and P and Sb are dissolved in a diffusion coating solution by spin coating. A fixed amount was applied to form an N + diffusion source layer.
Next, the substrate was inserted into an electric furnace at 1200 ° C., nitrogen gas was introduced into the furnace, and heat treatment was performed for 180 minutes to form a deposition diffusion layer.
Further, this substrate was heat-treated at 1290 ° C. for 100 hours in an argon gas atmosphere containing a small amount of oxygen, and the impurities were diffused to a deeper depth, thereby forming a high concentration impurity diffusion layer.
At this time, the P concentration N P on the substrate surface is 7.4 · 10 19 atoms / cm 3 , and the Sb concentration N Sb on the substrate surface is N P / N Sb = 2.90, 3.02, 3.23. It was diffused at 7 levels so as to be 3.40, 3.57, 3.74, 3.91.
The depth of the diffusion layer was 80.0 ± 3.0 μm from the surface, and the surface resistivity of the diffusion layer was about 0.001 Ω · cm.
After forming the high-concentration impurity diffusion layer, the applied N + diffusion source layer was removed, and a mirror finish was applied to the diffusion surface side.
The machining allowance in the mirror surface processing was 20 μm.
Next, a silicon epitaxial layer to which an N-type impurity having a thickness of 7.3 μm and a specific resistance of 10 Ω · cm was added was formed on the surface of the high concentration impurity diffusion layer.
The epitaxial growth conditions at this time are as follows: SiHCl 3 15 g / min. , H 2 200 l / min. Then, H 2 gas containing 1 ppm of PH 3 as an impurity addition gas is introduced at a flow rate at which a desired specific resistance value is obtained, a growth temperature of 1180 ° C., an epitaxial growth rate of 0.47 μm / min. It was.

上記により得られたエピタキシャルウエハについて、エピタキシャル層の形成に伴うミスフィット転位の発生本数を光学顕微鏡観察により評価した。
上記ミスフィット転位の評価は、基板中央5mm四方におけるミスフィット転位の本数を計測し、単位面積当たりに換算した。
これらの結果を図2に示す。
About the epitaxial wafer obtained by the above, generation | occurrence | production of the misfit dislocation accompanying the formation of an epitaxial layer was evaluated by optical microscope observation.
In the evaluation of the misfit dislocation, the number of misfit dislocations in the center 5 mm square of the substrate was measured and converted per unit area.
These results are shown in FIG.

[比較例]
直径150mm、厚さ625μm、基板比抵抗20〜25Ω・cmの両面がエッチング処理されたN型シリコン単結晶基板の片面に、Pのみを拡散用塗布液に溶解したものを、スピンコート法により一定量塗布して、N+拡散源層を形成させた。それ以外については、実施例と同様にして、エピタキシャルウエハを作製した。
得られたエピタキシャルウエハについて、実施例と同様に、ミスフィット転位の評価を行ったところ、ミスフィット転位の発生本数は、3640本/cm2であった。
[Comparative example]
One side of an N-type silicon single crystal substrate having a diameter of 150 mm, a thickness of 625 μm, and a substrate specific resistance of 20 to 25 Ω · cm etched on one side, a solution in which only P is dissolved in a diffusion coating solution is constant by spin coating. The N + diffusion source layer was formed by applying a large amount. Other than that, the epitaxial wafer was produced like the Example.
When the obtained epitaxial wafer was evaluated for misfit dislocations in the same manner as in the example, the number of misfit dislocations generated was 3640 / cm 2 .

図2に示したように、PおよびSbをドーパントとして拡散させた場合(実施例)は、Pのみを拡散させた場合(比較例)に比べて、ミスフィット転位の発生本数が激減していること認められた。
また、3.02≦NP/NSb≦3.74の範囲においては、ミスフィット転位の発生本数が規格値である10本/cm2以下となることが認められた。
As shown in FIG. 2, in the case where P and Sb are diffused as dopants (Example), the number of misfit dislocations generated is drastically reduced compared to the case where only P is diffused (Comparative Example). It was acknowledged.
Further, in the range of 3.02 ≦ N P / N Sb ≦ 3.74, it was confirmed that the number of misfit dislocations was 10 standard / cm 2 or less, which is the standard value.

なお、上記においては、主にN型シリコン単結晶基板の場合について説明したが、P型シリコン単結晶基板の場合も、同様に、本発明を適用することができる。   In the above description, the case of an N-type silicon single crystal substrate has been mainly described. However, the present invention can also be applied to a case of a P-type silicon single crystal substrate.

本発明に係るシリコン単結晶基板の製造工程を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the manufacturing process of the silicon single crystal substrate which concerns on this invention. 実施例におけるNP/NSbとミスフィット転位の発生本数との関係を示した線図である。Is a diagram showing the relationship between the N P / N Sb and generating the number of misfit dislocations in the embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 N型シリコン単結晶基板(低濃度不純物基板)
20 N+拡散源層
21 デポ拡散層
21 高濃度不純物拡散層
30 エピタキシャル層
10 N-type silicon single crystal substrate (low concentration impurity substrate)
20 N + diffusion source layer 21 Depot diffusion layer 21 High-concentration impurity diffusion layer 30 Epitaxial layer

Claims (6)

低濃度不純物基板の表面に、15族元素のうち2種類の元素が拡散された前記低濃度不純物基板よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物拡散層が形成され、前記高濃度不純物拡散層の表面に、該高濃度不純物拡散層よりも低濃度の不純物を含有するエピタキシャル層が形成されていることを特徴とする半導体基板。   On the surface of the low concentration impurity substrate, a high concentration impurity diffusion layer containing a higher concentration impurity than the low concentration impurity substrate in which two kinds of elements of Group 15 elements are diffused is formed, and the high concentration impurity diffusion layer An epitaxial layer containing impurities at a lower concentration than the high concentration impurity diffusion layer is formed on the surface of the semiconductor substrate. 前記2種類の元素は、リンおよびアンチモンであることを特徴とする請求項1記載の半導体基板。   2. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the two kinds of elements are phosphorus and antimony. 前記リンおよびアンチモンが、3.02≦NP/NSb≦3.74(NP:リンの濃度、NSb:アンチモンの濃度)の比で拡散していることを特徴とする請求項2記載の半導体基板。 3. The phosphorus and antimony are diffused at a ratio of 3.02 ≦ N P / N Sb ≦ 3.74 (N P : concentration of phosphorus, N Sb : concentration of antimony). Semiconductor substrate. 低濃度不純物基板の表面に、15族元素のうち2種類の元素を拡散させて、前記低濃度不純物基板よりも高濃度の不純物を含有する高濃度不純物拡散層を形成させる工程と、
前記高濃度不純物拡散層形成面を鏡面化させる工程と、
前記鏡面化された高濃度不純物拡散層の表面に、該高濃度不純物拡散層よりも低濃度で不純物を含有するエピタキシャル層を形成させる工程とを備えていることを特徴とする半導体基板の製造方法。
A step of diffusing two kinds of group 15 elements on the surface of the low-concentration impurity substrate to form a high-concentration impurity diffusion layer containing impurities at a concentration higher than that of the low-concentration impurity substrate;
Mirroring the high concentration impurity diffusion layer forming surface;
And a step of forming an epitaxial layer containing impurities at a lower concentration than the high-concentration impurity diffusion layer on the surface of the mirror-concentrated high-concentration impurity diffusion layer. .
前記2種類の元素は、リンおよびアンチモンであることを特徴とする請求項4記載の半導体基板の製造方法。   5. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 4, wherein the two kinds of elements are phosphorus and antimony. 前記リンおよびアンチモンが、3.02≦NP/NSb≦3.74(NP:リンの濃度、NSb:アンチモンの濃度)の比で拡散されることを特徴とする請求項5記載の半導体基板の製造方法。 6. The phosphorus and antimony are diffused at a ratio of 3.02 ≦ N P / N Sb ≦ 3.74 (N P : concentration of phosphorus, N Sb : concentration of antimony). A method for manufacturing a semiconductor substrate.
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