JP2007070131A - エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】 転位を除去させるとともに、ＬＰＤおよびヘイズを低減することが可能な主表面が｛１１０｝のエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】 種結晶として５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のボロンが添加された無転位単結晶をシリコン融液に浸漬させ、前記種結晶のボロン濃度と同一のボロン濃度を有する成長結晶を前記無転位単結晶の＜１１０＞方向を軸にして引き上げて単結晶シリコンインゴットを形成し、該単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコン単結晶基板を切り出し、該シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を採用する。
【選択図】 図９

Description

本発明は、主表面が｛１１０｝のエピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハに関し、特に、転位を除去させるとともに、ヘイズを低減することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

シリコンエピタキシャルウェーハの基板としては、主表面が｛１００｝あるいは｛１１１｝の単結晶基板が一般的であるが、一部に特殊なＭＰＵや半導体圧力センサ用途向け等に｛１１０｝単結晶基板を用いる場合がある。主表面が｛１１０｝の単結晶基板を用いて製造したシリコンエピタキシャルウェーハは、その表面に周期的な凹凸や面アレが発生する場合がある。周期的な凹凸は、高輝度集光燈下での目視観察において、白あるいは茶色あるいは虹色といった着色や曇り等の所謂ヘイズとして観察される。また、このヘイズについては、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope）観察において、周期的な凹凸として観察される場合もある。

特に最近では、エピタキシャルウェーハのＬＰＤの低減が要求されている。具体的には、ＬＰＤのサイズを９０ｎｍ以下に低減することが求められている。しかし、レーザー面検機によるＬＰＤの検出の際に、バックグラウンドであるヘイズが大きくなると、ＬＰＤの測定が困難になってＬＰＤの管理が行なえなくなるといった問題があった。

また、一般的に単結晶基板をチョクラルスキー法（ＣＺ法）で製造する場合には、成長結晶に対する種結晶の転位の引き継ぎを防止すべく、ネッキング工程を採用している。ネッキング工程は、種付け後に直径３ｍｍないし５ｍｍの細長いネック部を形成するという工程である。例えば主表面が｛１００｝の単結晶基板を製造する場合には、成長結晶の引き上げ方向に対して傾斜した方向に転位が成長するため、ネッキング工程によって細長いネック部を形成することで、転位がネック部において終端され、成長結晶まで引き継がれないようになっている。

しかし、主表面が｛１１０｝の単結晶基板を製造する場合には、｛１００｝の単結晶基板とは異なり、成長結晶の引き上げ方向に沿って平行に転位が成長するため、たとえネック部を形成したとしても、転位がネック部を通過して成長結晶に引き継がれてしまい、無転位の単結晶基板の製造が難しくなる問題があった。また、単結晶基板の転位は、当然にエピタキシャル層にも引き継がれてしまうため、主表面が｛１１０｝で無転位のエピタキシャル層を備えたエピタキシャルウェーハの製造が困難になっていた。
特開２００１−２４０４９３号公報 特開２００４−２６５９１８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、転位を除去させるとともに、ヘイズを低減することが可能な主表面が｛１１０｝のエピタキシャルウェーハの製造方法を提供するとともに、無転位でヘイズが低減された主表面が｛１１０｝のエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、シリコン単結晶基板にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であり、種結晶として５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のボロンが添加された無転位単結晶をシリコン融液に浸漬させ、前記種結晶のボロン濃度と同一のボロン濃度を有する成長結晶を前記無転位単結晶の＜１１０＞方向を軸にして引き上げて単結晶シリコンインゴットを形成し、該単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコン単結晶基板を切り出し、該シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を形成することを特徴とする。
また本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法においては、前記単結晶シリコンインゴットから前記シリコン単結晶基板を切り出す際に、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させた方向にスライスすることが好ましい。
また本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法においては、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させる傾斜角度が０°を越えて４°以下の範囲であることが好ましい。
更に本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法においては、前記シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を形成する際の成長温度を１１００℃以上とすることが好ましい。
なお、前記種結晶のボロン濃度と同一のボロン濃度とは、完全に同一濃度の他、種結晶のボロン濃度に対して±５０％程度の範囲の濃度を含むものとする。

上記の製造方法によれば、＜１１０＞方向を軸にして成長結晶を引き上げる際に、成長結晶のボロン濃度を種結晶のボロン濃度と同一にすることにより、転位の発生を防止することが可能となり、無転位のシリコン単結晶基板が得られる。特に、＜１１０＞方向を軸にして引き上げて成長結晶を形成する場合は、転位が引き上げ軸に沿って延びるため、種結晶と成長結晶との間にネック部を設けたとしても転位がネック部を通過して成長結晶に引き継がれてしまうが、成長結晶のボロン濃度を種結晶のボロン濃度と同一にすることで転位が途中で消滅し、無転位のシリコン単結晶基板が得られる。
また、シリコン単結晶基板を切り出す際に、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させた方向にスライスすることにより、主平面が｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面となるシリコン単結晶基板が形成され、この主平面上にエピタキシャル層を形成することで、エピタキシャル層表面のヘイズが低減され、平坦性の高いエピタキシャルシリコンウェーハが得られる。
｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させた方向にシリコン単結晶インゴットをスライスすると、シリコン単結晶基板の主平面が、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面となる。このような主平面に対してエピタキシャル層を成長させると、原子レベルのステップエッジの成長する方向が主平面｛１１０｝に対してこの面方位に垂直な＜１１０＞方向に近い方向となり、主平面を｛１１０｝面にした従来の場合と比較してエピタキシャル層表面のヘイズおよびＬＰＤが低減される。すなわち、主平面を｛１１０｝面にした従来のシリコン単結晶基板では、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１１２＞方向のファセットを形成してしまう。結果、ファセット構造により大きな段差が生じることになる。主平面を｛１１０｝面に対してこれに垂直な＜１００＞方向に傾斜された面とすることで、前記ファセット構造による段差を低減することでヘイズの発生原因となる凹凸が小さくなり、ヘイズが低減されることになる。
そして、このとき傾斜角度を０°を越えて４°以下の範囲とすることで、｛１１０｝面におけるステップエッジ同士の間隔がより狭まり、平坦性がより優れたエピタキシャルシリコンウェーハが得られる。
更にまた、エピタキシャル層を形成する際の成長温度を１１００℃以上とすることで、エピタキシャル成長時のシリコン表面における反応性を高め、表面凹凸及びヘイズレベルを低く抑えることができる。

次に、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、シリコン単結晶基板にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルシリコンウェーハであり、前記シリコン単結晶基板の主平面が、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面であることを特徴とする。
また本発明のエピタキシャルシリコンウェーハにおいては、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させる傾斜角度が０°を越えて４°以下の範囲であることが好ましい。
また本発明のエピタキシャルシリコンウェーハにおいては、前記シリコン単結晶基板にボロンが添加され、このボロン濃度が５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とされていることが好ましい。

上記のエピタキシャルシリコンウェーハによれば、シリコン単結晶基板の主平面が、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面であり、このような主平面に対してエピタキシャル層を成長させると、原子レベルのステップエッジの方向が主平面｛１１０｝に対してこの面方位に垂直な＜１１０＞方向となり、主平面を｛１１０｝面にした従来の場合と比較してエピタキシャル層表面のヘイズが低減される。すなわち、主平面を｛１１０｝面にした従来のシリコン単結晶基板では、ステップエッジの成長方向が｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１１２＞方向となる結果、ファセット構造により大きな段差が生じることになる。主平面を｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面とすることで、ステップエッジの成長方向を｛１１０｝面に対してこれに垂直な＜１１０＞方向とすることにより、前期ファセット構造による段差を低減することでヘイズの発生原因となる凹凸が小さくなり、ヘイズが低減されることになる。

そして、傾斜角度を０°を越えて４°以下の範囲とすることで、｛１１０｝面におけるステップエッジ同士の間隔がより狭まり、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦性をより高めることができる。
また、シリコン単結晶基板のボロン濃度が５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とされているので、低抵抗な基板が得られる。

以上説明したように、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、成長結晶のボロン濃度を種結晶のボロン濃度と同一にすることで転位が途中で消滅し、無転位のシリコン単結晶基板を得ることができ、これにより無転位のエピタキシャル層を有するエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。また、シリコン単結晶基板を切り出す際に、｛１１０｝面に対してこの面方位垂直な＜１００＞方向に傾斜させた方向にスライスすることにより、主平面が｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面となるシリコン単結晶基板が形成され、この主平面上にエピタキシャル層を形成することで、エピタキシャル層表面のヘイズが低減され、平坦性の高いエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
更に、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハによれば、シリコン単結晶基板の主平面が｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面であり、この主平面上にエピタキシャル層を形成することで、エピタキシャル層表面のＬＰＤおよびヘイズが低減され、平坦性の高いエピタキシャルシリコンウェーハが得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本実施形態のエピタキシャルシリコンウェーハを示す断面模式図であり、図２は図１のエピタキシャルシリコンウェーハを構成するシリコン単結晶基板を示す平面図であり、図３は(１１０)面に対して［００−１]方向に傾斜した面にエピタキシャル成長したときの結晶構造を説明するための模式図であり、図４は、図３に於ける微傾斜面（面方位ｎ０）へのエピタキシャル成長前後のマクロな表面状態を説明するための模式図である。また、図５は比較例となる（１１０）面に対して［１−１０］方向に傾斜した面にエピタキシャル成長したときの結晶構造を説明するための模式図であり、図６は比較例となる図５に於ける微傾斜面（面方位ｎ１）へのエピタキシャル成長前後のマクロな表面状態を説明するための模式図である。尚、これらの図はエピタキシャルシリコンウェーハの構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際のエピタキシャルシリコンウェーハの寸法関係とは異なる場合がある。

図１に示すエピタキシャルシリコンウェーハ１は、転位のないシリコン単結晶基板２の主平面２ａ上にエピタキシャル層３が形成されて概略構成されている。
図１および図２に示すように、シリコン単結晶基板２は略円板状の基板であり、後述する製造方法により形成されたものである。また、シリコン単結晶基板２には、その外周の一部が切り欠けられてオリエンテーションノッチ４（以下ノッチと表記する）がたとえば［１−１０］方向に設けられている。また、シリコン単結晶基板２には、ドーパントとしてボロンが含有されている。このボロン濃度は５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とされており、これによりシリコン単結晶基板がｐ^＋＋型のシリコン基板とされている。なお、上記の「［１−１０］方向」なる表記のうちの「−１」は、本来、「１」の上に横棒を引いた表記となるべきものを「−１」を表したものである。

図３に、主平面（１１０）面に対して［００−１］方向に傾斜された面にエピタキシャル成長した場合の表面状態のミクロな模式図を示す。ステップエッジの方向は、この時［−１１０］方向となっている。図４には図３に於ける微傾斜面（面方位n0）を有する基板にエピタキシャル成長させた時のマクロな表面模式図を示しており、［００−１］方向に傾斜され、ステップエッジ方向として［−１１０］方向を有する表面の場合、エピ成長時のファセット構造による段差は小さくなる。これに対して図５に示すように主面（１１０）に対して例えば［１−１０］方向に傾斜されたような基板にエピタキシャル成長を行った場合には、ステップエッジ方向が［１−１２］方向のファセットを形成してしまう。図６には図５に於ける微傾斜面（面方位n1）を有する基板にエピタキシャル成長を行った場合のマクロな表面状態を模式図で示しており、ステップエッジ方向が［１−１２］となったことにより、大きな段差のファセットが生じ、表面での凹凸が大きくなることがわかった。

さらに図３に示すように、主平面（１１０）に対して［００−１］方向に傾斜を付ける場合、この傾斜角度が大きいほどステップ間隔は短くなり、ミクロな表面での凹凸の周期が短くなることによって、エピタキシャル層のヘイズを低減することができる。これにより、ＬＰＤの検出能力が向上され、ＬＰＤ管理を十分に行うことができ、ＬＰＤの低減に寄与することが出来るようになる。
すなわち、主平面｛１１０｝に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向への微傾斜面を有する基板をエピタキシャル成長用基板として用いることで、ステップエッジ方向を主平面｛１１０｝に対してこの面方位に垂直な＜１１０＞方向へ固定することができる。この時、ファセット構造による段差が小さくなり、エピタキシャル層のヘイズを低減することができる。
｛１１０｝方向に対する主平面２ａの面方向２ｂの傾斜角度αは、傾斜角度は０°を越えて４°以下の範囲とされている。傾斜角度αがこの範囲であれば、エピタキシャル層３の表面３ａにおけるヘイズおよびＬＰＤの低減効果が大きくなる。

次に、エピタキシャル層３は、シリコン単結晶基板２上にシリコンをエピタキシャル成長させて形成されたものであり、その厚みは１μｍないし１００μｍ程度の範囲とされている。このエピタキシャル層３は、例えば、四塩化シラン、トリクロルシラン等のシラン化合物をシリコン単結晶基板２上で高温で還元させてシリコンとして堆積させることにより形成される。形成されたエピタキシャル層３の結晶構造は、基板であるシリコン単結晶基板２の結晶構造を引き継いだ形となる。シリコン単結晶基板の主平面２ａは、前述したように、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面であり、このような主平面２ａに対してエピタキシャル層３を成長させると、原子レベルのステップエッジの成長する方向が｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１１０＞方向となる。

次に、本実施形態のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法について説明する。この製造方法は、単結晶シリコン基板を製造する工程と、エピタキシャル層を形成する工程とから概略構成されている。

（単結晶シリコン基板の製造工程）
図７に、本実施形態において好適に用いられる単結晶シリコンの製造装置を示す。図７に示す製造装置は、本体部２０、引上げ装置１１、及び図示略の制御装置を含んで構成されている。本体部２０のチャンバ２１内には、シリコン融液Ｍを収容する坩堝２２が設けられており、この坩堝２２の外面は黒鉛サセプタ２３によって被覆されている。坩堝２２は石英等で形成されている。

坩堝２２の下面は上記の黒鉛サセプタ２３を介して支軸２４の上端に固定されており、この支軸２４の下部は不図示の坩堝駆動手段に接続されている。不図示の坩堝駆動手段は坩堝２２を水平面内で回転させる第１回転用モータと、坩堝２２を昇降させる昇降用モータとを有しており、これらのモータにより坩堝２２が水平面内で回転し得るとともに、上下方向に移動可能となっている。
また、坩堝２２の外周面は坩堝２２から所定の間隔をあけて配置されたヒータ２６により包囲されており、このヒータ２６の外周面はヒータ２６から所定の間隔をあけて配置された保温筒２７により包囲されている。ヒータ２６は、例えば高周波加熱装置又は抵抗加熱装置から構成され、坩堝２２に投入された高純度のシリコン多結晶体を加熱・融解してシリコン融液Ｍにする。このシリコン融液Ｍには、ドーパントとしてのボロンが６．２４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上７．８９×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下に範囲で添加されている。

また、チャンバ２１の上端には円筒状のケーシング２８が接続される。このケーシング２８の上方先端部に引上げ装置１１が設けられる。引上げ装置１１は、水平状態で旋回可能に設けられた引上げヘッド（図示省略）、引上げヘッドを水平面内で回転させる第２回転用モータ（図示省略）、引上げヘッドから坩堝２２の回転中心に向って垂下された引上げワイヤーＷ、及び引上げヘッド内に設けられて引上げワイヤーＷを巻き取り又は繰り出す引上げ用モータ（図示省略）とを備える。引上げワイヤーＷの下端にはシリコン融液Ｍに浸して成長結晶ＳＩを引上げるための種結晶２９が取り付けられている。種結晶２９は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上６．３２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下のボロンが添加された無転位単結晶から構成されている。そしてこの種結晶２９は、シリコン結晶の＜１１０＞方向が引き上げ軸方向Ａと一致するように配置されている。種結晶２９のボロン濃度を上記の範囲に設定することで種結晶２９と成長結晶ＳＩの凝固初期の格子定数差が小さくなる。ボロン濃度が２．５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満では種結晶２９に比べて成長結晶ＳＩの凝固初期の平均格子定数が小さくなりすぎ、種結晶２９と成長結晶ＳＩの界面でミスフィット転位が発生しやすくとなるので好ましくなく、ボロン濃度が９．５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３を越えると種結晶２９に比べて成長結晶ＳＩの凝固初期の平均格子定数が大きくなりすぎ、種結晶２９と成長結晶ＳＩの界面でミスフィット転位が発生しやすくなるので好ましくない。

上記構成における単結晶シリコンの製造装置を用いて単結晶シリコンインゴットを製造するには、まずヒータ２６で坩堝２２内に収容された多結晶シリコン原料を加熱してシリコン融液Ｍとし、更に所定量のボロンをドーパントして添加し、更にシリコン融液Ｍの温度を所定の温度に設定する。次に、先端に種結晶２９が取り付けられた引上げワイヤーＷを下方へ引き下げてシリコン融液Ｍ表面に種結晶の下端を接触させてから上方への引き上げを開始する。引上げワイヤーＷを引き上げる際には、例えば坩堝２２を０．１〜２０［ｍｉｎ^ー１］程度の回転速度で回転させるとともに、引き上げる成長結晶ＳＩを１〜２５［ｍｉｎ^−１］程度の回転速度で逆回転させる。尚、成長結晶ＳＩを引き上げる際には、坩堝２２と成長結晶ＳＩを同方向に回転させる場合もある。そして、種結晶２９のボロン濃度と同一のボロン濃度を有する成長結晶ＳＩを引き上げる。成長結晶ＳＩのボロン濃度はシリコン融液Ｍにおけるボロン濃度によってほぼ一義的に決められるので、種結晶２９のボロン濃度に合わせてシリコン融液Ｍのボロン濃度を調整しておく必要がある。種結晶２９と成長結晶ＳＩのボロン濃度を同一することで、転位のない成長結晶が形成される。

以上のようにして成長結晶を形成することにより、シリコンの＜１１０＞方向が引き上げ軸方向に一致するとともに無転位単結晶からなる単結晶シリコンインゴットが製造される。製造されたシリコンインゴットには、必要に応じて外形成形が施され、さらにオリエンテーションノッチ４が設けられる。図８には、単結晶シリコンインゴット３０の側面模式図を示す。図８中、［１１０］方向が引き上げの軸方向であるとともに（１１０）面５の面方向である。また図８に示すように、オリエンテーションノッチ４はたとえば［１−１０］方向に設けられている。

次に図９に示すように、単結晶シリコンインゴット３０をスライスする。スライスする際には、スライス面ＳＬ１の面方向ＳＬ２が［１１０］方向に対して［００１］方向側に傾いた方向となるようにスライスする。このときの傾斜角度αは、０°を越えて４°以下の範囲とすることが好ましい。スライス後、ベベリング、ラッピング、エッチング，鏡面研摩等の各工程を経て図１０に示すシリコン単結晶基板２が得られる。図１１に示すように、このシリコン単結晶基板２の主平面２ａ（スライス面ＳＬ１）は（１１０）面５に対して［００１］方向に傾斜された面となる。

（エピタキシャル層の形成工程）
次に、得られたシリコン単結晶基板２の主平面２ａ上にエピタキシャル層３を形成する。エピタキシャル層の形成工程は、エピタキシャル反応炉中にシリコン単結晶基板を挿入し、反応炉内を窒素等の不活性ガスでパージし、次に水素でパージし、所定のエッチング温度に昇温するとともに水素ベーキング並びにＨＣｌによる気相エッチングを行い、次に反応炉内を１１００℃以上の成長温度に設定するとともにシラン等の反応ガスを導入してエピタキシャル層を成長させ、次に反応ガスをパージするとともに反応炉内を降温する。このようにして図１２に示すように、シリコン単結晶基板２上にエピタキシャル層３を形成する。エピタキシャル層を形成する際の成長温度を１１００℃以上、好ましくは１１００℃以上１１５０℃以下とすることにより、エピタキシャル成長時のシリコン表面における反応性を高め、表面凹凸及びヘイズレベルを低く抑えることができる。

以上説明したように、本実施形態のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、＜１１０＞方向を軸にして成長結晶を引き上げる際に、成長結晶のボロン濃度を種結晶のボロン濃度と同一にすることにより、転位の発生を防止することが可能となり、無転位のシリコン単結晶基板を得ることができる。また、シリコン単結晶基板を切り出す際に、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させた方向にスライスすることにより、主平面が｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面となるシリコン単結晶基板が形成され、この主平面上にエピタキシャル層を形成することで、エピタキシャル層表面のＬＰＤおよびヘイズが低減され、平坦性の高いエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。

図７に示す製造装置を用いて単結晶シリコンインゴットを製造した。種結晶としては、ボロン濃度が１．０５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３ないし１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の無転位シリコン単結晶を用いた。またシリコン融液には、表１に示すボロン濃度を有するものを用いた。そして、坩堝の回転速度を３［ｍｉｎ^ー１］とし、成長結晶を６［ｍｉｎ^−１］程度の回転速度で逆回転させた。このようにして単結晶シリコンインゴットを製造した。得られた単結晶シリコンインゴットについて、ボロン濃度と転位の有無を調べた。結果を表１〜表３に示す。

表１に示すように、種結晶のボロン濃度と同一濃度の成長結晶からなる試験例４、５の単結晶シリコンインゴットは、転位が一切見られないことがわかる。さらに詳細に転位の発生しない種結晶と成長結晶のボロン濃度を調べるために追加実験を行った。表２には、実施例として種結晶と成長結晶のボロン濃度差が±５０％以内の結果を、表３には、比較例として種結晶と成長結晶のボロン濃度差が±５０％以上の条件での試験をまとめた。その結果、種結晶と成長結晶のボロン濃度差が±５０％以内の実施例１〜１０では１００％転位が発生しなかった。それに対し、種結晶と成長結晶のボロン濃度差が±５０％を超える比較例１〜１０のうち、転位の発生しなかったのは比較例２の条件のみであった。

次に、上記試験例４の単結晶シリコンインゴットを用いてシリコン単結晶基板を製造し、更にこの基板にエピタキシャル層を形成して試験例１１および１２のエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。なお、試験例１１のウェーハはＮ＝７５で実験を行ない、試験例１２のウェーハはＮ＝５０で実験を行なった。
単結晶シリコンインゴットからシリコン単結晶基板を切り出す際には、実験例１１についてはシリコン単結晶基板の主平面（１１０）面を［００１］方向に０．４１°傾けた面となるように切り出した。また実験例１２についてはシリコン単結晶基板の主平面（１１０）面を［１−１０］方向に０．４２°傾けた面とした。
また、エピタキシャル層の積層条件は、反応炉内を窒素等の不活性ガスでパージし、次に水素でパージし、１１００℃のベーキング温度に昇温するとともに水素ベーキングを４０秒間行ない、次に反応炉内を１１００℃の成長温度に設定するとともにトリクロルシラン等からなる反応ガスを導入して厚み３μｍのエピタキシャル層を成長させ、次に反応ガスをパージするとともに反応炉内を室温まで降温させる条件とした。

得られたエピタキシャルシリコンウェーハについて、面検査機を用いてエピタキシャル層のヘイズの測定を行なった。結果を図１３に示す。また、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によりエピタキシャル層の表面状態を観察するとともにＲＭＳを測定した。結果を表４および図１４に示す。

表４および図１３に示すように、実験例１１のウェーハは、実験例１２に比べてＲＭＳが小さく、ヘイズレベルも小さくなっていることがわかる。また図１４に示すように、実験例１１のウェーハは、実験例１２に比べてエピタキシャル層表面が平坦になっていることがわかる。

図１は本発明の実施形態であるエピタキシャルシリコンウェーハを示す断面模式図。 図２は図１のエピタキシャルシリコンウェーハを構成するシリコン単結晶基板を示す平面図。 図３は（１１０）面に対して［００−１］方向に傾斜した面にエピタキシャル成長したときの結晶構造を説明するための模式図。 図４は図３に於ける微傾斜面（面方位ｎ０）を有する基板にエピタキシャル成長したときの模式図。 図５は比較例となる（１１０）面に対して［１−１０］方向に傾斜した面にエピタキシャル成長したときの結晶構造を説明するための模式図。 図６は比較例となる図５に於ける微傾斜面（面方位ｎ１）へのエピタキシャル成長前後のマクロな表面状態を説明するための模式図。 図７は単結晶シリコンインゴットの製造装置を示す模式図。 図８は単結晶シリコンインゴットの結晶構造を説明するための模式図。 図９は単結晶シリコンインゴットのスライス工程を説明するための模式図。 図１０は単結晶シリコンインゴットから切り出されたシリコン単結晶基板を示す模式図。 図１１は切り出されたシリコン単結晶基板の結晶構造を説明するための模式図。 図１２はシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を積層した状態を示す断面模式図。 図１３Ａは実験例１１のウェーハのヘイズレベルのヒストグラムであり、図１３Ｂは実験例１２のウェーハのヘイズレベルのヒストグラム。 図１４Ａは実験例１１のウェーハのＡＦＭ写真であり、図１４Ｂは実験例１２のウェーハのＡＦＭ写真。

符号の説明

１…エピタキシャルシリコンウェーハ、２…シリコン単結晶基板、２ａ…主平面、３…エピタキシャル層、５…｛１１０｝面、２９…種結晶、３０…単結晶シリコンインゴット、Ｍ…シリコン融液、ＳＩ…成長結晶、α…傾斜角度

Claims (7)

1. シリコン単結晶基板にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であり、
   種結晶として５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のボロンが添加された無転位単結晶をシリコン融液に浸漬させ、前記種結晶のボロン濃度と同一のボロン濃度を有する成長結晶を前記無転位単結晶の＜１１０＞方向を軸にして引き上げて単結晶シリコンインゴットを形成し、該単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコン単結晶基板を切り出し、該シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
2. 前記単結晶シリコンインゴットから前記シリコン単結晶基板を切り出す際に、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させた方向にスライスすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
3. ｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させる傾斜角度が０°を越えて４°以下の範囲であることを特徴とする請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
4. 前記シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を形成する際の成長温度を１１００℃以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
5. シリコン単結晶基板にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルシリコンウェーハであり、
   前記シリコン単結晶基板の主平面が、｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜された面であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
6. ｛１１０｝面に対してこの面方位に垂直な＜１００＞方向に傾斜させる傾斜角度が０°を越えて４°以下の範囲であることを特徴とする請求項５に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
7. 前記シリコン単結晶基板にボロンが添加され、このボロン濃度が１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のエピタキシャルシリコンウェーハ。
   
   

Images