JP2008159976A - Silicon epitaxial wafer, method of manufacturing the same, method of manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing soi wafer - Google Patents

Silicon epitaxial wafer, method of manufacturing the same, method of manufacturing semiconductor device, and method of manufacturing soi wafer Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a silicon epitaxial wafer which has high gettering capability and is capable of reducing the total cost of semiconductor device fabrication, by facilitating film thickness control in each device process to be carried out readily and enabling the process of thinning the silicon substrate, after finishing the device fabrication to be carried out readily. <P>SOLUTION: The silicon epitaxial wafer includes at least a strained SiGe layer on a silicon substrate, a Si-protecting layer on the strained SiGe layer, and an epitaxial Si layer on the Si-protecting layer, wherein a heavily-doped Si layer is provided, at least in between the silicon substrate and the strained SiGe layer, or in between the Si protection layer and the epitaxial Si layer. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、MOSデバイスに用いられる高ゲッタリングシリコンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法、並びに、それを用いた半導体デバイスの製造方法及びSOIウェーハの製造方法に関する。   The present invention relates to a high gettering silicon epitaxial wafer used for a MOS device, a manufacturing method thereof, a manufacturing method of a semiconductor device using the same, and a manufacturing method of an SOI wafer.

MOSデバイス用シリコンエピタキシャルウェーハは、年々大口径化が進み、現在では300mmウェーハが主流となっている。そして、増々(1)デバイス形成領域の完全性、(2)高ゲッタリング能力、及び(3)低コスト化の要求が強くなってきている。従来、ラッチアップ耐性及びゲッタリング能力の観点からは、高濃度(低抵抗)シリコン基板上に低濃度(高抵抗)エピタキシャル層(以下、単にエピ層と記載する場合もある)を形成させるP on Pエピタキシャルウェーハ(以下、P on Pエピウェーハと記載する)が使用され、またコストの観点からは低濃度基板上に低濃度エピ層を形成させるP on Pエピタキシャルウェーハ(以下、P on Pエピタキシャルウェーハと記載する)が使用されている。つまり、P on Pエピウェーハはコストの点で、またP on Pエピウェーハはゲッタリング能力の点で課題があった。すなわち、P on Pエピウェーハでは高濃度に不純物をドープした基板を使用するため、その基板上にシリコンエピ層を成長させる際にオートドープ等の問題があった。それを避けるためにはウェーハ裏面に酸化膜を形成させる等の処理が必要となり、またP結晶は堅いため、P基板と比べ研磨時間が長くなってしまい、基板コストが高くなってしまう。一方、P on Pエピウェーハでは上記のような問題は起こらないが、低濃度基板を用いているため、ゲッタリング能力は低く、また、高温エピタキシャル成長の際に結晶中の酸素析出核が消滅してしまい、ゲッタリング能力の更なる低下が起こっていた。この酸素析出核消滅によるゲッタリング能力の低下を回避するためには、エピタキシャル成長前に酸素析出核を形成する熱処理を行ったり、単結晶製造の際に、酸素濃度をチューニングして結晶を引き上げたりしなければならず、工程が複雑化し、結果として高コストのエピタキシャルウェーハとなってしまう。 Silicon epitaxial wafers for MOS devices have been increasing in diameter year by year, and 300 mm wafers are now mainstream. Increasingly, there are increasing demands for (1) completeness of device formation regions, (2) high gettering capability, and (3) cost reduction. Conventionally, from the viewpoint of latch-up resistance and gettering capability, a low concentration (high resistance) epitaxial layer (hereinafter sometimes simply referred to as an epi layer) is formed on a high concentration (low resistance) silicon substrate. P + epitaxial wafer (hereinafter referred to as P on P + epitaxial wafer) is used, also P on P in terms of cost to form the low concentration epitaxial layer at a low concentration on the substrate - epitaxial wafer (hereinafter, P on P - to as epitaxial wafer) is used. That is, the P on P + epi wafer has a problem in terms of cost, and the P on P epi wafer has a problem in terms of gettering capability. That is, since a P on P + epiwafer uses a substrate doped with impurities at a high concentration, there is a problem such as auto-doping when a silicon epilayer is grown on the substrate. In order to avoid this, processing such as forming an oxide film on the back surface of the wafer is required, and since the P + crystal is stiff, the polishing time is longer than that of the P substrate and the substrate cost is increased. On the other hand, the P on P - epi wafer does not cause the above-mentioned problem, but since a low concentration substrate is used, the gettering capability is low, and oxygen precipitation nuclei in the crystal disappear during high temperature epitaxial growth. As a result, the gettering ability further declined. In order to avoid this decrease in gettering ability due to the disappearance of oxygen precipitate nuclei, heat treatment to form oxygen precipitate nuclei is performed before epitaxial growth, or the crystal is pulled up by tuning the oxygen concentration during single crystal production. This complicates the process and results in an expensive epitaxial wafer.

ところで、上述のゲッタリング手法とは異なる方法として、シリコン基板上にSiGe層、Si層を順にエピタキシャル成長して積層させたSi on SiGe on Siエピウェーハが提案されている(非特許文献1)。これは、格子定数が大きいSiGe層によってその上下のシリコン層との界面にミスフィット転位を発生させ、これがゲッタリングサイトとして働くことを利用したものである。   By the way, as a method different from the above-described gettering method, there has been proposed a Si on SiGe on Si epi-wafer in which a SiGe layer and a Si layer are sequentially epitaxially grown on a silicon substrate (Non-patent Document 1). This utilizes the fact that a SiGe layer having a large lattice constant causes misfit dislocations at the interface with the upper and lower silicon layers, and this acts as a gettering site.

また、特許文献1には、上記と同じ構成(Si on SiGe on Si)のエピウェーハが開示されているが、特許文献1に記載のエピウェーハでは、SiGe層にミスフィット転位を発生させないようにし、SiGe層の格子間隔をSi基板と垂直方向に広げることでSiGe層に圧縮歪を形成させ、ゲッタリング能力の向上を図っている。   Further, Patent Document 1 discloses an epitaxial wafer having the same configuration (Si on SiGe on Si) as described above. However, in the epitaxial wafer described in Patent Document 1, misfit dislocations are prevented from occurring in the SiGe layer. By expanding the lattice spacing of the layers in the direction perpendicular to the Si substrate, compressive strain is formed in the SiGe layer to improve the gettering capability.

また、特許文献2には、ゲッタリング層を形成させるためのドーパントとしてGeだけでなく、C、Sn、及びPbのいずれか一つあるいはそれらを組み合わせて使用する方法が開示されている。   Patent Document 2 discloses a method of using not only Ge but also any one of C, Sn, and Pb or a combination thereof as a dopant for forming a gettering layer.

しかし、上記いずれのエピウェーハもデバイスプロセス中のゲッタリング能力の強化に注目したウェーハであるにも関わらず、十分なゲッタリング能力を有しているとは必ずしも言えず、またその製造工程の煩雑さ等のため、製造コストが高いという欠点を有していた。   However, even though any of the above epi-wafers is a wafer that focuses on the enhancement of gettering capability during the device process, it cannot always be said that it has sufficient gettering capability, and the manufacturing process is complicated. For this reason, the manufacturing cost is high.

特開2004−281591号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-281159 特開2006−216934号公報JP 2006-216934 A 半導体シリコン結晶工学 p.358 丸善株式会社発行 志村 史夫著Semiconductor silicon crystal engineering p. 358 Published by Maruzen Fumio Shimura

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高ゲッタリング能力を有し、なおかつ半導体デバイス製造のトータルコストの低減につながる高品質な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目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and provides a high-quality silicon epitaxial wafer having a high gettering capability and leading to a reduction in the total cost of manufacturing a semiconductor device, and a method for manufacturing the same. Objective.

前記目的を達成するため、本発明では、少なくとも、シリコン基板上に、歪みSiGe層と、該歪みSiGe層上にSi保護層と、該Si保護層上にエピタキシャルSi層とを具備するシリコンエピタキシャルウェーハであって、前記シリコン基板と前記歪みSiGe層との間、及び前記Si保護層と前記エピタキシャルSi層との間の少なくとも一方の間に高濃度Si層を具備するものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハを提供する(請求項1)。   In order to achieve the above object, in the present invention, a silicon epitaxial wafer comprising at least a strained SiGe layer on a silicon substrate, a Si protective layer on the strained SiGe layer, and an epitaxial Si layer on the Si protective layer. A high-concentration Si layer is provided between at least one of the silicon substrate and the strained SiGe layer and between the Si protective layer and the epitaxial Si layer. A silicon epitaxial wafer is provided (claim 1).

このように、歪みSiGe層上にSi保護層を有し、またシリコン基板と前記歪みSiGe層との間、及び前記Si保護層とエピタキシャルSi層との間の少なくとも一方の間に高濃度Si層を具備するシリコンエピタキシャルウェーハでは、従来のSi on SiGe on Si構造のシリコンエピタキシャルウェーハと比べて、表面ラフネス(ヘイズ)が良好で、かつ高ゲッタリング能力を有する。これは、Si保護層で歪みSiGe層の表面を覆うことで、表面ラフネス悪化防止効果が得られ、また本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハでは高濃度Si層を有しているため、従来の歪みSiGe層単層のものと比べてゲッタリング能力が高い。
なお、高濃度Si層とは、不純物濃度が少なくとも5×1017atoms/cmであるSi層のことを言う。
As described above, the Si protective layer is provided on the strained SiGe layer, and the high concentration Si layer is provided between the silicon substrate and the strained SiGe layer and between at least one of the Si protective layer and the epitaxial Si layer. The silicon epitaxial wafer having a surface has good surface roughness (haze) and high gettering capability as compared with a silicon epitaxial wafer having a conventional Si on SiGe on Si structure. This is because the surface roughness of the strained SiGe layer is covered with a Si protective layer, so that the effect of preventing surface roughness deterioration is obtained. In addition, the silicon epitaxial wafer according to the present invention has a high-concentration Si layer. Gettering ability is higher than that of single layer.
Note that the high-concentration Si layer refers to a Si layer having an impurity concentration of at least 5 × 10 17 atoms / cm 3 .

この場合、前記高濃度Si層がP層であるのが好ましい(請求項2)。 In this case, it is preferable that the high-concentration Si layer is a P + layer.

このように、高濃度Si層がP層であれば、前記歪みSiGe層に加えて前記シリコンエピタキシャルウェーハ内の効果的なゲッタリングサイトとして働き、ゲッタリング能力の向上が図れる。また、下記で詳細に説明するが、P層とすることで光学的手法によりエピ層の膜厚管理が容易となるため、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハを用いた半導体デバイスの製造コストの削減効果等が得られる。 Thus, if the high-concentration Si layer is a P + layer, it functions as an effective gettering site in the silicon epitaxial wafer in addition to the strained SiGe layer, and the gettering capability can be improved. Further, as will be described in detail below, since the film thickness of the epi layer can be easily managed by an optical method by using the P + layer, the manufacturing cost of the semiconductor device using the silicon epitaxial wafer according to the present invention is reduced. An effect etc. are acquired.

また、前記歪みSiGe層のGe濃度が10%以下であり、かつ前記歪みSiGe層の厚さが0.3μm以下であるのが好ましい(請求項3)。   Moreover, it is preferable that the Ge concentration of the strained SiGe layer is 10% or less and the thickness of the strained SiGe layer is 0.3 μm or less.

このように、歪みSiGe層のGe濃度が10%以下で、かつその厚みが0.3μm以下であれば、歪みSiGe層中にミスフィット転位が発生するのを抑えることができる。また、同時に表面ラフネス(ヘイズ)の悪化を最小限に抑えることもできる。   Thus, if the Ge concentration of the strained SiGe layer is 10% or less and the thickness thereof is 0.3 μm or less, it is possible to suppress the occurrence of misfit dislocations in the strained SiGe layer. At the same time, the deterioration of surface roughness (haze) can be minimized.

また、前記P層の厚さが0.25μmよりも大きいのが好ましい(請求項4)。 Moreover, it is preferable that the thickness of the P + layer is larger than 0.25 μm.

このように、P層の厚さを0.25μmよりも大きくすれば、通常の光学的手法によりエピタキシャル厚を測定することができ、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハのエピ層の膜厚管理が容易となる。 Thus, if the thickness of the P + layer is made larger than 0.25 μm, the epitaxial thickness can be measured by a normal optical technique, and the thickness control of the epitaxial layer of the silicon epitaxial wafer according to the present invention can be performed. It becomes easy.

また、本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、少なくともシリコン基板上に歪みSiGe層を形成する工程と、該歪みSiGe層上にSi保護層を形成する工程と、該Si保護層上にエピタキシャルSi層を形成する工程とを有し、前記シリコン基板と前記歪みSiGe層との間、及び前記Si保護層と前記エピタキシャルSi層との間の、少なくとも一方の間に高濃度Si層を形成する工程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の製造方法を提供する(請求項5)。   The present invention also provides a method for producing a silicon epitaxial wafer, the step of forming a strained SiGe layer on at least a silicon substrate, the step of forming a Si protective layer on the strained SiGe layer, and an epitaxial layer on the Si protective layer. Forming a Si layer, and forming a high-concentration Si layer between at least one of the silicon substrate and the strained SiGe layer and between the Si protective layer and the epitaxial Si layer. A method for producing a silicon epitaxial wafer, characterized by comprising the steps (Claim 5).

このように、高濃度Si層の形成はエピタキシャル成長により行うので、従来の高濃度Si基板を用いた場合と比べ、後の工程でのオートドープ等のドーパントによる汚染を大幅に抑制することができる。また、よりエピ層に近い位置(深さ)にゲッタリング能力を付与することができる。   As described above, since the high-concentration Si layer is formed by epitaxial growth, contamination by a dopant such as auto-doping in a later step can be significantly suppressed as compared with the case where a conventional high-concentration Si substrate is used. Further, gettering ability can be imparted to a position (depth) closer to the epi layer.

この場合、前記歪みSiGe層を形成する工程では、成長温度を750℃以下とし、SiH、Si、DCS、及びTCSのいずれかのSiソースガスと、GeH及びGeClのいずれかのGeソースガスとの組み合わせにより行われることができる(請求項6)。 In this case, in the step of forming the strained SiGe layer, the growth temperature is set to 750 ° C. or less, and any one of Si source gas of SiH 4 , Si 2 H 6 , DCS, and TCS, and any of GeH 4 and GeCl 4 are used. This can be performed in combination with a Ge source gas.

こうして、歪みSiGe層の成長温度を750℃以下とするのは、該SiGe層中に転位が生じるのを防止するためである。また、SiH、Si、DCS、及びTCSのいずれかのSiソースガスと、GeH及びGeClのいずれかのGeソースガスとの組み合わせで歪みSiGe層を形成すれば、上記いずれのソースガスも一般的に用いられているため、扱い等が容易であり、管理しやすいという利点がある。 In this way, the growth temperature of the strained SiGe layer is set to 750 ° C. or lower in order to prevent dislocation from occurring in the SiGe layer. Further, if a strained SiGe layer is formed by a combination of Si source gas of SiH 4 , Si 2 H 6 , DCS, and TCS and Ge source gas of GeH 4 or GeCl 4 , any one of the above Since source gas is also generally used, there is an advantage that it can be easily handled and managed.

また、前記Si保護層を形成する時の条件は、Geソースガスの供給を停止すること以外は前記歪みSiGe層を形成する時の条件と同一とするのが好ましい(請求項7)。   The conditions for forming the Si protective layer are preferably the same as the conditions for forming the strained SiGe layer except that the supply of the Ge source gas is stopped.

このようにすることで、歪みSiGe層形成後、直ちにSi保護層を積層することができ、歪みSiGe層表面のヘイズレベルの悪化を最小限に抑えることができる。   By doing so, the Si protective layer can be laminated immediately after the formation of the strained SiGe layer, and deterioration of the haze level on the surface of the strained SiGe layer can be minimized.

また、前記高濃度Si層をP層とするのが好ましい(請求項8)。 The high-concentration Si layer is preferably a P + layer.

このように、高濃度Si層をP層とすれば、高ゲッタリング能を担保できると共に、通常の光学的手法によりウェーハ直径方向のエピタキシャル厚を測定することができるため、エピ層の膜厚管理あるいは品質保証が容易となる。 Thus, if the high-concentration Si layer is a P + layer, high gettering capability can be ensured and the epitaxial thickness in the wafer diameter direction can be measured by a normal optical method. Management or quality assurance becomes easy.

更に、本発明では、上記本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法であって、少なくとも該シリコンエピタキシャルウェーハ上に素子を形成する工程と、該素子を形成した前記ウェーハの薄化工程とを有し、該薄化工程の際に前記高濃度Si層を用いて光学的手法によりウェーハ厚を管理し、及び/又は前記シリコンエピタキシャルウェーハの歪みSiGe層を用いてエッチストップを行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供する(請求項9)。   Furthermore, in the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method using the silicon epitaxial wafer of the present invention, wherein at least an element is formed on the silicon epitaxial wafer, and a thinning process of the wafer on which the element is formed. And controlling the wafer thickness by an optical technique using the high-concentration Si layer during the thinning step and / or performing an etch stop using the strained SiGe layer of the silicon epitaxial wafer. A method for manufacturing a semiconductor device is provided.

上述したように、本発明に係るシリコンエピタキシャルウウェーハは高ゲッタリング能力を有し、また高濃度Si層を用いて光学的手法により容易にウェーハの厚さを測定することができるため、素子形成後に行われるバックラップにおける薄化工程を簡便に行うことができる。更に、歪みSiGe層をエッチストップ層として薄化工程で利用することも可能である。
このように、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハを半導体デバイスに用いれば、ゲッタリング能力が高いだけでなく、素子、チップ作製の様々な工程において有効な利用が可能であり、製品歩留まりの向上、コスト低減に寄与できる。
As described above, the silicon epitaxial wafer according to the present invention has a high gettering capability and can easily measure the thickness of the wafer by an optical method using a high concentration Si layer. The thinning process in the back wrap performed later can be easily performed. Further, the strained SiGe layer can be used as an etch stop layer in the thinning process.
As described above, when the silicon epitaxial wafer according to the present invention is used for a semiconductor device, not only has a high gettering capability, but also can be effectively used in various processes of device and chip manufacturing, and an improvement in product yield and cost. Can contribute to reduction.

この場合、前記光学的手法は、FT−IR法とするのが好ましい(請求項10)。   In this case, it is preferable that the optical method is an FT-IR method.

このように、FT−IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)法を用いれば、簡便にかつ非接触でエピタキシャル厚を精度良く測定することができ、製品エピウェーハの品質管理が可能となる。   As described above, if the FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) method is used, the epitaxial thickness can be measured easily and accurately without contact, and the quality control of the product epi-wafer becomes possible.

更に、本発明では、上記本発明のシリコンエピタキシャルウェーハを用いたSOIウェーハの製造方法であって、前記シリコンエピタキシャルウェーハをボンドウェーハあるいはベースウェーハとして用いてウェーハ貼り合わせ法によりSOIウェーハを製造する方法を提供する(請求項11)。   Furthermore, in the present invention, there is provided an SOI wafer manufacturing method using the silicon epitaxial wafer of the present invention, wherein the silicon epitaxial wafer is used as a bond wafer or a base wafer to manufacture an SOI wafer by a wafer bonding method. (Claim 11).

本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハは、上述のような利点を有するため、これをボンドウェーハ(SOI層を形成するウェーハ)あるいはベースウェーハ(SOI層を支持するウェーハ)として利用とすれば、高品質なSOIウェーハを比較的低コストで作製することができる。   Since the silicon epitaxial wafer according to the present invention has the advantages as described above, if it is used as a bond wafer (a wafer for forming an SOI layer) or a base wafer (a wafer for supporting an SOI layer), a high quality is obtained. An SOI wafer can be manufactured at a relatively low cost.

本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハでは、高濃度Si層を1層あるいは2層有しているため、ゲッタリングサイトとして歪みSiGe層のみを具備する通常のエピウェーハよりもゲッタリング能力が高い。また、この高濃度Si層を用いて、ウェーハの直径方向のエピタキシャル層の膜厚分布をFT―IR等の光学的手法により簡便に測定・モニターできるため、エピタキシャル層の膜厚管理、品質保証が容易かつ正確に行うことができるし、その後のデバイスプロセスでの膜厚管理も簡便化でき、またデバイス形成後の薄化工程にも利用でき、製品歩留まりの向上及びコスト低減に寄与できる。   Since the silicon epitaxial wafer according to the present invention has one or two high-concentration Si layers, the gettering capability is higher than that of a normal epitaxial wafer having only a strained SiGe layer as a gettering site. In addition, using this high-concentration Si layer, the film thickness distribution of the epitaxial layer in the diameter direction of the wafer can be easily measured and monitored by an optical technique such as FT-IR. It can be carried out easily and accurately, the film thickness management in the subsequent device process can be simplified, and it can also be used in the thinning process after device formation, contributing to improvement in product yield and cost reduction.

また、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に従えば、P on Pエピウェーハの製造方法と比べ、エピ成長における、オートドープ等の不純物の混入を大幅に低減することができる。また、歪みSiGe層を形成後、直ちにSi保護層を形成させることで、歪みSiGe層の表面ラフネス(ヘイズ)の悪化を最低限に留めることができ、平坦性に優れるシリコンエピタキシャルウェーハを最終的に得ることができる。 In addition, according to the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer according to the present invention, it is possible to significantly reduce the contamination of impurities such as auto-doping in the epi growth as compared with the method for manufacturing P on P + epi wafer. Moreover, by forming the Si protective layer immediately after forming the strained SiGe layer, it is possible to minimize the deterioration of the surface roughness (haze) of the strained SiGe layer, and finally the silicon epitaxial wafer having excellent flatness can be obtained. Obtainable.

また、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハを用いて半導体デバイスを製造すれば、高濃度Si層を用いて光学的手法によりウェーハの直径方向のエピタキシャル層の膜厚分布を非接触で容易に測定できるので、デバイス領域の形成後に裏面から行う薄化工程等でのウェーハ厚の管理及びウェーハの品質管理を簡便に行うことができる。また、歪みSiGe層をエッチストップ層として利用することができるので、デバイス工程の際のエッチング処理による表面の荒れ防止を図ることもできる。
このように、前記シリコンエピタキシャルウェーハを用いれば、ゲッタリング能力が高いだけでなく、素子、チップ作製の様々な工程において有効な利用が可能である。
In addition, if a semiconductor device is manufactured using the silicon epitaxial wafer according to the present invention, the thickness distribution of the epitaxial layer in the diameter direction of the wafer can be easily measured in a non-contact manner by an optical method using a high-concentration Si layer. In addition, wafer thickness management and wafer quality control can be easily performed in a thinning process or the like performed from the back side after the device region is formed. Further, since the strained SiGe layer can be used as an etch stop layer, it is possible to prevent the surface from being roughened by an etching process in the device process.
As described above, when the silicon epitaxial wafer is used, not only the gettering capability is high, but it can be effectively used in various processes of device and chip fabrication.

また、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハをSOIウェーハのボンドウェーハあるいはベースウェーハとして用い、ウェーハ貼り合わせ法によりSOIウェーハを製造すれば、上述した特性を有するため、高品質なSOIウェーハを製造することができる。   In addition, if the silicon epitaxial wafer according to the present invention is used as a bond wafer or a base wafer of an SOI wafer and the SOI wafer is manufactured by the wafer bonding method, the above-described characteristics can be obtained, so that a high-quality SOI wafer can be manufactured. it can.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。
図1は、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの概略図である。(a)〜(c)は、それぞれ本発明の3種の態様を示している。
本発明の3種の態様の代表例として、図1(a)に図示されているシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法ついて以下に説明するが、図1(b)、(c)においても(a)の製造方法と本質的には変わらない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to these descriptions.
FIG. 1 is a schematic view of a silicon epitaxial wafer according to the present invention. (A)-(c) has each shown three types of aspects of this invention.
As a typical example of the three types of embodiments of the present invention, a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer illustrated in FIG. 1A will be described below. In FIGS. 1B and 1C, the method of FIG. Essentially the same as the manufacturing method.

本実施の形態では、コストアップ及びオートドープ等の問題を避けるため準備するSi単結晶基板には高抵抗(低ドーパント濃度)基板(以下、単にP基板と記載する)1を用いる。
尚、P基板1の製造方法や面方位は、目的に合わせて適宜選択すれば良く、特に限定されない。例えば、CZ(Czochralski)法あるいはFZ(Floating Zone)法で作製するのが一般的である。
In the present embodiment, a high resistance (low dopant concentration) substrate (hereinafter simply referred to as a P - substrate) 1 is used as a Si single crystal substrate prepared to avoid problems such as cost increase and autodoping.
The manufacturing method and the plane orientation of the P substrate 1 may be appropriately selected according to the purpose, and are not particularly limited. For example, it is generally produced by a CZ (Czochralski) method or an FZ (Floating Zone) method.

次いで、P基板1上に歪みSiGe層2をエピ成長させるが、その前処理として1100℃程度のH雰囲気下でP基板1表面上の自然酸化膜(不図示)を除去し、その後750℃以下に降温し、ミスフィット転位が発生しないGe濃度、好ましくは10%以下で歪みSiGe層2をエピ成長させる。この時、Siソースガスとしては、SiH、Si、DCS(ジクロロシラン)、及びTCS(トリクロロシラン)のいずれか一つを用いることが好ましく、GeソースガスとしてGeH及びGeClのいずれか一つを用いることが好ましい。 Next, a strained SiGe layer 2 is epitaxially grown on the P substrate 1, and as a pretreatment, a natural oxide film (not shown) on the surface of the P substrate 1 is removed under an H 2 atmosphere of about 1100 ° C., and thereafter The strained SiGe layer 2 is epitaxially grown at a Ge concentration at which the temperature is lowered to 750 ° C. or lower and no misfit dislocation occurs, preferably 10% or lower. At this time, it is preferable to use any one of SiH 4 , Si 2 H 6 , DCS (dichlorosilane), and TCS (trichlorosilane) as the Si source gas, and GeH 4 and GeCl 4 as the Ge source gas. It is preferable to use any one of them.

次いで、歪みSiGe層2上にSi保護膜3を積層させる。Si保護膜3の積層は、歪みSiGe層2のエピ成長終了後、Geソースガスのみを遮断してそのままの条件で連続的に成長させるのが望ましい。これは、Si保護層3は、P層4のエピ成長を行うための昇温中に歪みSiGe層2の表面ラフネスを悪化させないためのものであり、歪みSiGe層2の形成後、直ちに形成させるのが重要なためである。 Next, the Si protective film 3 is laminated on the strained SiGe layer 2. The stacked layers of the Si protective film 3 are desirably grown continuously under the same conditions after the epitaxial growth of the strained SiGe layer 2 is completed, with only the Ge source gas being cut off. This is to prevent the Si roughness layer 3 from deteriorating the surface roughness of the strained SiGe layer 2 during the temperature rise for the epitaxial growth of the P + layer 4, and immediately after the strained SiGe layer 2 is formed. This is because it is important.

Si保護層3を形成後、所定の温度まで昇温し、所望の抵抗率となるよう調整して高濃度にアクセプタ不純物をドープしたSi層であるP層4のエピ成長を行う。この時、アクセプタ不純物としてはBを用いるのが一般的であるが、Gaなどの他のドーパントを用いることもできる。 After forming the Si protective layer 3, the temperature is raised to a predetermined temperature, and the epitaxial growth of the P + layer 4, which is a Si layer doped with acceptor impurities at a high concentration, is performed by adjusting to a desired resistivity. At this time, B is generally used as an acceptor impurity, but other dopants such as Ga can also be used.

最後に、P層4上に所定温度にて所望の抵抗率となるよう調整して高抵抗(低濃度)のエピタキシャルSi層5を形成させる。このようにして、高濃度(低抵抗)Si層上に低濃度(高抵抗)Si層を有する構成である、P on P構造を得ることができる。 Finally, a high resistance (low concentration) epitaxial Si layer 5 is formed on the P + layer 4 by adjusting to a desired resistivity at a predetermined temperature. In this way, a P on P + structure having a low concentration (high resistance) Si layer on a high concentration (low resistance) Si layer can be obtained.

このように、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハでは、歪みSiGe層のみならず高濃度Si層も具備するため、歪みSiGe層とその上下で直接接しているSi層との界面にゲッタリングサイトを有すると共に、高濃度Si層に例えばBを用いた場合、Fe等のゲッタリング能力も有するため、歪みSiGe層単層の場合と比べてゲッタリング能力の高いものが得られる。また、該歪みSiGe層にミスフィット転位をなるべく発生させない条件にてエピ成長させ、その後直ちにSi保護層を積層させるため、その表面ラフネスの悪化を最小限に抑えることができる。更に、本発明ではP on P構造をエピタキシャル層により実現するので、従来の場合と比べて不純物のオートドープ等によるデバイス領域の特性劣化を抑えることができる。 As described above, the silicon epitaxial wafer according to the present invention includes not only a strained SiGe layer but also a high-concentration Si layer. Therefore, the silicon epitaxial wafer has a gettering site at the interface between the strained SiGe layer and the Si layer directly in contact therewith. At the same time, when B is used for the high-concentration Si layer, for example, it has a gettering capability of Fe or the like, so that a gettering capability higher than that of a single strained SiGe layer can be obtained. In addition, epi-growth is performed on the strained SiGe layer under conditions that do not cause misfit dislocations as much as possible, and a Si protective layer is immediately laminated, so that deterioration of the surface roughness can be minimized. Furthermore, in the present invention, the P on P + structure is realized by the epitaxial layer, so that the device region characteristic deterioration due to impurity auto-doping or the like can be suppressed as compared with the conventional case.

上記シリコンエピタキシャルウェーハであれば、ゲッタリング能力が高いだけでなく、該ウェーハ中の高濃度Si層を利用し、簡便な光学的手法(例えばFT−IR法)によって非接触で精度良くエピタキシャルSi層5の膜厚が測定でき、その品質管理が容易に可能となる。すなわち、エピタキシャルウェーハのエピ層の品質管理や、その後のデバイスの形成過程においては、ドライエッチングあるいはCMP(Chemical Mechanical Polish)プロセス等の際の膜厚管理に、またデバイス作製後のウェーハ基板の裏面をラッピングにより薄化する際の、厚さ測定にも利用できるのである。更に、前記ウェーハ中に内在する歪みSiGe層は薄化工程においてSiエッチングのストップ層としても利用可能である。   The above silicon epitaxial wafer not only has a high gettering capability, but also uses a high-concentration Si layer in the wafer, and a non-contact and accurate epitaxial Si layer by a simple optical method (for example, FT-IR method). 5 can be measured, and quality control can be easily performed. That is, in the quality control of the epitaxial layer of the epitaxial wafer and the subsequent device formation process, the thickness of the wafer substrate is controlled during dry etching or CMP (Chemical Mechanical Polish) process, etc. It can also be used for thickness measurement when thinning by lapping. Further, the strained SiGe layer inherent in the wafer can be used as a stop layer for Si etching in the thinning process.

このように、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハは、ゲッタリング能力が高いだけでなく、エピタキシャルウェーハの製造のみならず、その後の素子形成からチップ作製に至る様々な工程において有効な利用が可能であり、延いては製品歩留まりの向上及びコスト低減に寄与することができ、高品質の半導体デバイスの製造を可能とする。   As described above, the silicon epitaxial wafer according to the present invention not only has high gettering ability, but can be effectively used not only in the production of the epitaxial wafer but also in various processes from the subsequent element formation to chip fabrication. As a result, it is possible to contribute to improvement of product yield and cost reduction, and it is possible to manufacture a high-quality semiconductor device.

また、上記シリコンエピタキシャルウェーハをボンドウェーハあるいはベースウェーハとして用いて、ウェーハ貼り合わせ法によりSOIウェーハを作製すれば、上記理由から高品質のSOIウェーハの製造が可能となる。例えば、上記エピタキシャルウェーハをボンドウェーハとして用いれば、高品質のエピタキシャル層をSOI層とすることができる。   Further, if an SOI wafer is produced by a wafer bonding method using the silicon epitaxial wafer as a bond wafer or a base wafer, a high-quality SOI wafer can be produced for the above reasons. For example, if the epitaxial wafer is used as a bond wafer, a high quality epitaxial layer can be used as an SOI layer.

なお、上述のシリコンエピタキシャルウェーハと同様の効果を奏するシリコンエピタキシャルウェーハの構造としては、シリコン(P)基板1上に順次、P層4、歪みSiGe層2、Si保護層3、エピSi層5を積層させる構成(図1(b))であっても良いし、シリコン基板1上に順次、P層4、歪みSiGe層2、Si保護層3、P層4、エピSi層5を積層させる構成(図1(c))であっても良い。こうすることで、目的に応じP層の位置や数を変えることができる。例えば、エピSi層のゲッタリングの強化としては、図1(a)のタイプが良いし、基板からの汚染が懸念される場合は、図1(b)のタイプが良い。よりゲッタリング能力を強化したければ図1(c)のタイプとすることができる。 The structure of the silicon epitaxial wafer having the same effect as that of the above-described silicon epitaxial wafer includes a P + layer 4, a strained SiGe layer 2, a Si protective layer 3, and an epi-Si layer sequentially on the silicon (P ) substrate 1. 5 may be stacked (FIG. 1B), or a P + layer 4, a strained SiGe layer 2, a Si protective layer 3, a P + layer 4, and an epi Si layer 5 in this order on the silicon substrate 1. The structure (FIG.1 (c)) which laminates | stacks may be sufficient. In this way, the position and number of P + layers can be changed according to the purpose. For example, the type of FIG. 1A is good for enhancing the gettering of the epi-Si layer, and the type of FIG. 1B is good when there is a concern about contamination from the substrate. If it is desired to further enhance the gettering ability, the type shown in FIG.

このような図1(b)、(c)のタイプのエピタキシャルウェーハを製造するには、シリコン基板1を用意し、上記歪みSiGe層2を形成する工程の前に上記P層4をエピタキシャル成長させる工程を行うようにすれば良い。 In order to manufacture such an epitaxial wafer of the type shown in FIGS. 1B and 1C, a silicon substrate 1 is prepared, and the P + layer 4 is epitaxially grown before the step of forming the strained SiGe layer 2. What is necessary is just to perform a process.

以下、本発明の実験例を示して更に具体的に説明する。
(テスト1)
<歪みSiGe層のGe濃度とヘイズの関係及びSi保護層の有効性>
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to experimental examples.
(Test 1)
<Relationship between Ge concentration and haze of strained SiGe layer and effectiveness of Si protective layer>

CZ法で製造した面方位が{100}であるP(高抵抗シリコン単結晶)基板1を用意した(図2)。次いで、該P基板1を枚葉式CVD装置を用いて、H雰囲気、80torr(約11kPa)減圧条件で、1100℃のHベークを行った。その後690℃まで降温し、P基板1上に、SiH:150sccm、GeH:10、40、80sccmのそれぞれの条件でGe濃度7.5%、9.1%、12.3%の歪みSiGe層2を形成した(図2)。次いで、GeHガスのみを停止して18nmのSi保護層3を形成した(図2)。この時の各Ge濃度のサンプルについてヘイズレベルを測定したところ、いずれも0.25ppm程度で良好であった(図3上段)。Si保護膜3の形成後、SiHガスを停止し、H雰囲気で1080℃まで昇温し、DCS:450sccmで約1μmのエピタキシャルSi層5を成長させた(図2)。その時のウェーハのヘイズレベルは図3下段に示す通り、Ge濃度が9.1%、12.3%と高くなるに従ってヘイズレベルが悪化し、またGe濃度7.5%であれば通常のエピウェーハと同程度のヘイズレベルであることがわかった。 A P (high resistance silicon single crystal) substrate 1 having a plane orientation {100} manufactured by the CZ method was prepared (FIG. 2). Then, the P - using the substrate 1 single-wafer CVD apparatus, H 2 atmosphere at 80 torr (about 11 kPa) vacuum conditions, was carried out with H 2 bake 1100 ° C.. Thereafter, the temperature is lowered to 690 ° C., and strains of Ge concentration of 7.5%, 9.1%, and 12.3% are applied on the P - substrate 1 under the conditions of SiH 4 : 150 sccm, GeH 4 : 10, 40, and 80 sccm, respectively. A SiGe layer 2 was formed (FIG. 2). Next, only the GeH 4 gas was stopped to form an 18 nm Si protective layer 3 (FIG. 2). When the haze level was measured for each Ge concentration sample at this time, all were good at about 0.25 ppm (the upper part of FIG. 3). After the formation of the Si protective film 3, the SiH 4 gas was stopped, the temperature was raised to 1080 ° C. in an H 2 atmosphere, and an epitaxial Si layer 5 of about 1 μm was grown at DCS: 450 sccm (FIG. 2). As shown in the lower part of FIG. 3, the haze level of the wafer at that time deteriorates as the Ge concentration increases to 9.1% and 12.3%, and when the Ge concentration is 7.5%, It was found that the haze level was similar.

尚、Ge濃度7.5%のサンプルでもSi保護膜3を形成しないで1080℃まで昇温しエピ成長を行うと、ヘイズレベルは測定できない程悪化することも確かめている。このように歪みSiGe層2表面のSi保護層3は、歪みSiGe層2の表面ラフネス(ヘイズ)を悪化させないためには極めて重要であることが明らかとなった。
(テスト2)
<歪みSiGe層の厚さとヘイズの関係>
It has been confirmed that even in the case of a sample having a Ge concentration of 7.5%, if the temperature is raised to 1080 ° C. without performing the Si protective film 3 and epi-growth is performed, the haze level is deteriorated so that it cannot be measured. As described above, it was revealed that the Si protective layer 3 on the surface of the strained SiGe layer 2 is extremely important in order not to deteriorate the surface roughness (haze) of the strained SiGe layer 2.
(Test 2)
<Relationship between strained SiGe layer thickness and haze>

CZ法で製造した面方位が{100}であるP(高抵抗シリコン単結晶)基板1を用意した(図2)。次いで、P基板1を枚葉式CVD装置を用いて、H雰囲気、80torr(約11kPa)減圧条件下、1100℃でHベークを行った。その後690℃まで降温し、P基板1上に、SiH:150sccm、GeH:10sccmの条件で、Ge濃度を7.5%とし、それぞれ38nm、76nm、152nmの各厚さの歪みSiGe層2を形成した(図2)。次いで、GeHガスのみを停止し、18nmのSi保護層3を形成した(図2)。この時の各厚さの歪みSiGe層2のヘイズレベルは、いずれも0.25ppm程度で良好であった(図4上段)。次いで、Si保護層3の形成後、SiHガスを停止し、H雰囲気で1080℃まで昇温し、DCS:450sccmで約1μmのエピSi層5を成長させた。その時のウェーハのヘイズレベルを測定した結果、Ge濃度が7.5%の条件では、歪みSiGe層2の厚さが152nmまではエピ成長後のSi層5のヘイズレベルの悪化は見られず、通常のエピウェーハと同程度であることがわかった(図4下段)。 A P (high resistance silicon single crystal) substrate 1 having a plane orientation {100} manufactured by the CZ method was prepared (FIG. 2). Then, P - substrate 1 by using a single-wafer CVD apparatus was conducted an H 2 atmosphere, 80 torr (about 11 kPa) under a reduced pressure, and H 2 bake at 1100 ° C.. Thereafter, the temperature is decreased to 690 ° C., and a strained SiGe layer having a thickness of 38 nm, 76 nm, and 152 nm is formed on the P substrate 1 under conditions of SiH 4 : 150 sccm and GeH 4 : 10 sccm, respectively, with a Ge concentration of 7.5%. 2 was formed (FIG. 2). Subsequently, only the GeH 4 gas was stopped, and an 18 nm Si protective layer 3 was formed (FIG. 2). At this time, the haze level of the strained SiGe layer 2 of each thickness was good at about 0.25 ppm (the upper part of FIG. 4). Next, after the Si protective layer 3 was formed, the SiH 4 gas was stopped, the temperature was raised to 1080 ° C. in an H 2 atmosphere, and an epi-Si layer 5 of about 1 μm was grown at DCS: 450 sccm. As a result of measuring the haze level of the wafer at that time, under the condition that the Ge concentration is 7.5%, the deterioration of the haze level of the Si layer 5 after the epitaxial growth is not seen until the thickness of the strained SiGe layer 2 is 152 nm, It was found to be the same level as that of a normal epi wafer (lower part of FIG. 4).

図3下段のGe濃度9.1%のサンプルでは、歪みSiGe層2の厚さが128nmでもヘイズが悪化する傾向が部分的に出始めており、エピSi層5の成長後も良好なヘイズレベルを担保するには、Ge濃度は高くても10%以下に抑える必要があると推察される。
(テスト3)
<P層を用いたFT−IRによるウェーハ直径方向のエピタキシャル厚分布測定>
In the sample having a Ge concentration of 9.1% in the lower part of FIG. 3, the haze tends to partially deteriorate even when the thickness of the strained SiGe layer 2 is 128 nm, and a good haze level is obtained even after the growth of the epi-Si layer 5. In order to guarantee, it is assumed that the Ge concentration needs to be suppressed to 10% or less even if it is high.
(Test 3)
<Epitaxial thickness distribution measurement in wafer diameter direction by FT-IR using P + layer>

CZ法で製造した面方位が{100}であるP(高抵抗シリコン単結晶)基板1を用意した(図5(a))。次いで、P基板1を枚葉式CVD装置を用いて、H雰囲気、80torr減圧条件で、1100℃のHベークを行った。その後、1000℃まで降温し、P基板1上に、DCS:200sccm、100ppmB:170sccmの条件で時間を調整することでP層4(抵抗率0.01Ωcm)をそれぞれ0.25μm、0.5μm、1.0μm形成させた(図5(a))。次いで、P層4上に1080℃、DCS:450sccmで5μmのエピSi層5(抵抗率10Ωcm)を成長させた。このようにして得られた各サンプルのウェーハ直径方向のエピSi層5の膜厚分布を光学的手法(FT−IR法)で測定した(図5(b))。Pシリコン基板上に同一条件でSi層をエピ成長させたサンプルをリファレンスとすると、P基板1にP層4を1μm成長させたサンプルはほぼ同様な値を示し、0.5μmのサンプルは若干低めの値を示し、0.25μmのサンプルは測定不能であった。 A P (high resistance silicon single crystal) substrate 1 having a plane orientation {100} manufactured by the CZ method was prepared (FIG. 5A). Then, P - substrate 1 by using a single-wafer CVD apparatus, H 2 atmosphere at 80torr vacuum conditions, was carried out with H 2 bake 1100 ° C.. Thereafter, the temperature is lowered to 1000 ° C., and the P + layer 4 (resistivity 0.01 Ωcm) is adjusted to 0.25 μm on the P substrate 1 by adjusting the time under the conditions of DCS: 200 sccm, 100 ppm B 2 H 6 : 170 sccm. , 0.5 μm, and 1.0 μm (FIG. 5A). Next, an epi-Si layer 5 (resistivity: 10 Ωcm) having a thickness of 5 μm was grown on the P + layer 4 at 1080 ° C. and DCS: 450 sccm. The film thickness distribution of the epi-Si layer 5 in the wafer diameter direction of each sample thus obtained was measured by an optical method (FT-IR method) (FIG. 5B). When a sample obtained by epitaxially growing a Si layer on a P + silicon substrate under the same condition is used as a reference, a sample obtained by growing a P + layer 4 on a P substrate 1 by 1 μm exhibits almost the same value, and a 0.5 μm sample. Shows a slightly lower value, and the sample of 0.25 μm was not measurable.

こうして得られた結果より、P層4が1μm程度あれば、通常の光学的手法によってエピ厚測定が精度良く行えること、またP層4が0.5μmの場合でもモニタリングは十分可能であることがわかった。尚、0.25μmのサンプルは今回の測定条件では計測不能であったが、測定条件を変更することにより測定できる可能性は十分に残されている。
(テスト4)
<Bの深さ方向のプロファイル及びCV法によるウェーハの抵抗率の測定>
From the results thus obtained, if the P + layer 4 is about 1 μm, it is possible to accurately measure the epi thickness by a normal optical method, and monitoring is sufficiently possible even when the P + layer 4 is 0.5 μm. I understood it. In addition, although the sample of 0.25 μm could not be measured under the current measurement conditions, there is still a possibility that measurement can be performed by changing the measurement conditions.
(Test 4)
<B depth profile and measurement of wafer resistivity by CV method>

本実験例では、テスト3で使用したP層4が1μmのサンプルを使用した。このサンプルのウェーハ中心部とエッジ部のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometer)によるB濃度の深さ方向のプロファイル(図6)と5μmのPエピSi層5の抵抗率をCV(Capacitance Voltage)法により中心部、R/2部、エッジ部の各部を測定した(図7)。 In this experimental example, a sample having a P + layer 4 of 1 μm used in Test 3 was used. The profile of the B concentration in the depth direction (FIG. 6) and the resistivity of the 5 μm P - epi Si layer 5 by the SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometer) at the wafer center and edge of this sample were measured by the CV (Capacitance Voltage) method. The central part, R / 2 part, and edge part were measured (FIG. 7).

FT−IR法によって測定されたウェーハの厚さ(中心部4.38μm、エッジ部4.69μm)は、SIMS測定の結果が示すように、B濃度が5×1018/cmに相当しており、この濃度より低い場合ではFT−IR法では測定できないことを示している。すなわち、P層を形成させるためにBをアクセプタ不純物とした場合は、少なくとも5×1018/cm以上の濃度が必要となる(図6に示す各矢印参照)。また、本サンプルでは、図7に示す通りCV測定も良好に行えることが判明し、P基板上のPエピウェーハはエピタキシャル製造における、エピタキシャル厚および抵抗率測定のモニターウェーハとしても使用できる。 The wafer thickness (center part 4.38 μm, edge part 4.69 μm) measured by the FT-IR method corresponds to a B concentration of 5 × 10 18 / cm 3 as shown by the results of SIMS measurement. In the case where the concentration is lower than this concentration, it cannot be measured by the FT-IR method. That is, when B is an acceptor impurity in order to form the P + layer, a concentration of at least 5 × 10 18 / cm 3 or more is required (see the arrows shown in FIG. 6). Further, in this sample, it was found that CV measurement can be performed well as shown in FIG. 7, and the P + epiwafer on the P substrate can also be used as a monitor wafer for epitaxial thickness and resistivity measurement in epitaxial manufacturing.

以上、テスト1ないしテスト4で得られた結果から、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハは、その歪みSiGe層のGe濃度が10%以下であることが好ましく、また歪みSiGe層形成後、直ちにSi保護層を形成させれば、表面ラフネスの悪化を抑える意味で重要であることがわかった。更に、高濃度Si層を上手く活用することで、光学的手法によりウェーハ直径方向のエピタキシャル厚を簡便に測定することが可能となる。この時、光学的手法として、例えばFT−IR法を用いれば簡便かつ精度良くエピ厚を測定することができる。尚、FT−IR法で膜厚を測定する場合には、P層を0.25μmよりも厚くした方が好ましく、P層のエピ厚が1μm程度あれば、エピ厚測定及びCV測定はP基板の場合と同様の結果が得られるので、P基板の代用が十分可能であることが示された。 As described above, from the results obtained in Test 1 to Test 4, the silicon epitaxial wafer according to the present invention preferably has a Ge concentration of the strained SiGe layer of 10% or less, and immediately after the formation of the strained SiGe layer, the Si protection is performed. It was found that forming a layer is important in terms of suppressing deterioration of surface roughness. Furthermore, by making good use of the high-concentration Si layer, the epitaxial thickness in the wafer diameter direction can be easily measured by an optical method. At this time, if an FT-IR method, for example, is used as an optical method, the epi thickness can be measured easily and accurately. Incidentally, in the case of measuring the film thickness FT-IR method preferably is better to thicker than 0.25μm The P + layer, if epitaxial layer thickness of about 1μm in the P + layer, epitaxial layer thickness measurement and the CV measurement Since the same result as in the case of the P + substrate was obtained, it was shown that the substitution of the P + substrate is sufficiently possible.

以下、本発明の実施例を示して具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
(実施例1、2、3)
以下のようにして、図1(a)に示したような構造を有するシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
まず、CZ法で製造した面方位が{100}であるP(高抵抗シリコン単結晶)基板1を用意した。次いで、該P基板1を枚葉式CVD装置を用いて、H雰囲気、80torr(約11kPa)減圧条件で、1100℃のHベークを行った。その後690℃まで降温し、P基板1上に、SiH:150sccm、GeH:10sccmの条件でGe濃度7.5%の歪みSiGe層2を形成した。次いで、GeHガスのみを停止して18nmのSi保護層3を形成した。その後、1000℃まで昇温し、Si保護層3上に、DCS:200sccm、100ppmB:170sccmの条件で時間を調整することでP層4(抵抗率0.01Ωcm)を1.0μm形成させた。更に、P層4上に1080℃、DCS:450sccmで5μmのエピSi層5(抵抗率10Ωcm)を成長させ、最終的なシリコンエピタキシャルウェーハを得た(実施例1)。
Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following examples.
(Examples 1, 2, and 3)
A silicon epitaxial wafer having a structure as shown in FIG. 1A was manufactured as follows.
First, a P (high resistance silicon single crystal) substrate 1 having a plane orientation {100} manufactured by the CZ method was prepared. Then, the P - using the substrate 1 single-wafer CVD apparatus, H 2 atmosphere at 80 torr (about 11 kPa) vacuum conditions, was carried out with H 2 bake 1100 ° C.. Thereafter, the temperature was lowered to 690 ° C., and a strained SiGe layer 2 having a Ge concentration of 7.5% was formed on the P substrate 1 under the conditions of SiH 4 : 150 sccm and GeH 4 : 10 sccm. Next, only the GeH 4 gas was stopped to form an 18 nm Si protective layer 3. Thereafter, the temperature is raised to 1000 ° C., and the P + layer 4 (resistivity 0.01 Ωcm) is adjusted to 1.0 μm on the Si protective layer 3 by adjusting the time under the conditions of DCS: 200 sccm, 100 ppm B 2 H 6 : 170 sccm. Formed. Further, an epi-Si layer 5 (resistivity: 10 Ωcm) having a thickness of 5 μm was grown on the P + layer 4 at 1080 ° C. and DCS: 450 sccm to obtain a final silicon epitaxial wafer (Example 1).

また、以下のようにして、図1(b)に示したような構造を有するシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
まず、CZ法で製造した面方位が{100}であるP(高抵抗シリコン単結晶)基板1を用意した。次に、該P基板1を枚葉式CVD装置を用いて、H雰囲気、80torr(約11kPa)減圧条件で、1100℃のHベークを行った。次に、1000℃まで降温し、P基板1上に、DCS:200sccm、100ppmB:170sccmの条件で時間を調整することでP層4(抵抗率0.01Ωcm)を1.0μm形成させた。その後690℃まで降温し、P層4上に、SiH:150sccm、GeH:10sccmの条件でGe濃度7.5%の歪みSiGe層2を形成した。次いで、GeHガスのみを停止して18nmのSi保護層3を形成した。更に、Si保護層層3上に1080℃、DCS:450sccmで5μmのエピSi層5(抵抗率10Ωcm)を成長させ、最終的なシリコンエピタキシャルウェーハを得た(実施例2)。
Further, a silicon epitaxial wafer having a structure as shown in FIG. 1B was manufactured as follows.
First, a P (high resistance silicon single crystal) substrate 1 having a plane orientation {100} manufactured by the CZ method was prepared. Then, the P - using the substrate 1 single-wafer CVD apparatus, H 2 atmosphere at 80 torr (about 11 kPa) vacuum conditions, was carried out with H 2 bake 1100 ° C.. Next, the temperature is lowered to 1000 ° C., and the P + layer 4 (resistivity 0.01 Ωcm) is adjusted to 1.0 μm on the P substrate 1 by adjusting the time under the conditions of DCS: 200 sccm, 100 ppm B 2 H 6 : 170 sccm. Formed. Thereafter, the temperature was lowered to 690 ° C., and a strained SiGe layer 2 having a Ge concentration of 7.5% was formed on the P + layer 4 under conditions of SiH 4 : 150 sccm and GeH 4 : 10 sccm. Next, only the GeH 4 gas was stopped to form an 18 nm Si protective layer 3. Further, an epi-Si layer 5 (resistivity: 10 Ωcm) of 5 μm was grown on the Si protective layer 3 at 1080 ° C. and DCS: 450 sccm to obtain a final silicon epitaxial wafer (Example 2).

また、以下のようにして、図1(c)に示したような構造を有するシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
まず、実施例2と同様の工程により、Si保護層3の形成まで行った。その後、1000℃まで昇温し、Si保護層3上に、DCS:200sccm、100ppmB:170sccmの条件で時間を調整することで再びP層4(抵抗率0.01Ωcm)を1.0μm形成させた。更に、このP層4上に1080℃、DCS:450sccmで5μmのエピSi層5(抵抗率10Ωcm)を成長させ、最終的なシリコンエピタキシャルウェーハを得た(実施例3)。
Further, a silicon epitaxial wafer having a structure as shown in FIG. 1C was manufactured as follows.
First, the Si protective layer 3 was formed by the same process as in Example 2. Thereafter, the temperature is raised to 1000 ° C., and the P + layer 4 (resistivity 0.01 Ωcm) is again formed on the Si protective layer 3 by adjusting the time under the conditions of DCS: 200 sccm, 100 ppm B 2 H 6 : 170 sccm. 0 μm was formed. Further, an epi-Si layer 5 (resistivity: 10 Ωcm) having a thickness of 5 μm was grown on this P + layer 4 at 1080 ° C. and DCS: 450 sccm to obtain a final silicon epitaxial wafer (Example 3).

実施例1、2、3で製造したシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャルSi層5のヘイズをそれぞれ図8(a)、(b)、(c)に示した。ヘイズレベルはいずれも0.26ppmであり良好であった。
また、実施例1、2、3で製造したシリコンエピタキシャルウェーハのウェーハ直径方向のエピSi層5の膜厚分布を光学的手法(FT−IR法)で測定した。この結果を図9中の(a)、(b)、(c)に示した。P層の存在のためにエピSi層5の膜厚分布を測定できた。
The hazes of the epitaxial Si layer 5 of the silicon epitaxial wafer manufactured in Examples 1, 2, and 3 are shown in FIGS. 8A, 8B, and 8C, respectively. The haze level was 0.26 ppm and was good.
Moreover, the film thickness distribution of the epitaxial Si layer 5 in the wafer diameter direction of the silicon epitaxial wafer manufactured in Examples 1, 2, and 3 was measured by an optical method (FT-IR method). The results are shown in (a), (b), and (c) of FIG. Due to the presence of the P + layer, the film thickness distribution of the epi-Si layer 5 could be measured.

また、本発明に係る実施例1のエピタキシャルウェーハのゲッタリング能力を以下のようにして評価した。
まず、図10(a)、(b)に示すようなリファレンスのエピタキシャルウェーハ、すなわち、リファレンス1としてP基板上にエピタキシャルSi層を成長させたエピタキシャルウェーハ、リファレンス2として実施例1のウェーハからP層を除いたエピタキシャルウェーハを製造した。なお、リファレンス1及び2のエピタキシャルウェーハの各層の成長条件は実施例に準じた。
Further, the gettering ability of the epitaxial wafer of Example 1 according to the present invention was evaluated as follows.
First, a reference epitaxial wafer as shown in FIGS. 10A and 10B, that is, an epitaxial wafer in which an epitaxial Si layer is grown on a P + substrate as reference 1 and a wafer of Example 1 as reference 2 An epitaxial wafer excluding the + layer was manufactured. The growth conditions of the layers of the epitaxial wafers of Reference 1 and 2 were the same as in the examples.

実施例1のエピタキシャルウェーハ、リファレンス1及び2のエピタキシャルウェーハの各ウェーハ表面に、Ni及びFeを約5×1012atoms/cmの濃度で塗布し、1時間の熱処理により内部に拡散させた。次に、表面付近のSi層をエッチングして、その溶液中のNiおよびFe濃度をICP−MSで測定した。表1に各ウェーハ表面の金属濃度を示す。 Ni and Fe were applied at a concentration of about 5 × 10 12 atoms / cm 2 on the surface of each of the epitaxial wafer of Example 1 and the epitaxial wafers of References 1 and 2, and were diffused inside by heat treatment for 1 hour. Next, the Si layer near the surface was etched, and the Ni and Fe concentrations in the solution were measured by ICP-MS. Table 1 shows the metal concentration on each wafer surface.

Figure 2008159976
Figure 2008159976

リファレンス1のP基板上にエピタキシャルSi層を成長させたエピタキシャルウェーハはFeに対してはゲッタリング能力を有するもののNiについてはゲッタリング効果が見られなかった。リファレンス2のP層を形成しないウェーハは、歪みSiGe層のためにNiに対するゲッタリング能力はあるが、P層が無い為にFeに対する能力は低い。一方、実施例1のウェーハはNi、Feの両方にゲッタリング能力の高いことがわかった。 An epitaxial wafer obtained by growing an epitaxial Si layer on the P + substrate of Reference 1 has a gettering ability for Fe, but no gettering effect was observed for Ni. The wafer which does not form the P + layer of Reference 2 has a gettering ability for Ni due to the strained SiGe layer, but has a low ability for Fe because there is no P + layer. On the other hand, it was found that the wafer of Example 1 has high gettering ability for both Ni and Fe.

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するいかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and any technique that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and has the same operational effects can be used. To be included in the scope.

(a)〜(c)は、いずれも本発明におけるシリコンエピタキシャルウェーハの構造を示す概略図である。(A)-(c) is the schematic which shows the structure of the silicon epitaxial wafer in all this invention. テスト1及び2におけるシリコンエピタキシャルウェーハの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the silicon epitaxial wafer in Test 1 and 2. 歪みSiGe層のGe濃度及び厚さとヘイズの関係を示した図である(実施例1)。(Example 1) which was the figure which showed the relationship of Ge density | concentration and thickness of a strained SiGe layer, and haze. 歪みSiGe層のGe濃度を一定とした場合における歪みSiGe層の厚さとヘイズの関係を示す図である(テスト2)。It is a figure which shows the relationship between the thickness of a strained SiGe layer, and haze when the Ge density | concentration of a strained SiGe layer is made constant (test 2). (a)テスト3におけるシリコンエピタキシャルウェーハの構造を示す概略図である。(b)FT−IR法によるウェーハ直径方向のエピ厚分布測定の結果を示したグラフである(テスト3)。(A) It is the schematic which shows the structure of the silicon epitaxial wafer in the test 3. FIG. (B) It is the graph which showed the result of the epitaxial thickness distribution measurement of the wafer diameter direction by FT-IR method (test 3). FT−IR法により測定したエピ厚分布図と、Bの深さ方向のプロファイルを測定した結果との関連性を示す図である(テスト4)。It is a figure which shows the relationship between the epi-thickness distribution map measured by FT-IR method, and the result of having measured the profile of the depth direction of B (test 4). テスト4におけるシリコンエピタキシャルウェーハのP基板のC−V抵抗率測定の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of the CV resistivity measurement of the P - substrate of the silicon epitaxial wafer in Test 4. エピタキシャルSi層表面のヘイズを示した図である。(a)実施例1、(b)実施例2、(c)実施例3。It is the figure which showed the haze of the epitaxial Si layer surface. (A) Example 1, (b) Example 2, (c) Example 3. FT−IR法によるウェーハ直径方向のエピ厚分布測定の結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of the epi thickness distribution measurement of the wafer diameter direction by FT-IR method. ゲッタリング能力の評価の際に用いたリファレンスのエピタキシャルウェーハの構造を示した概略図であり、(a)はP基板上にエピタキシャルSi層を成長させたエピタキシャルウェーハであり、(b)は実施例1のウェーハからP層を除いたエピタキシャルウェーハである。It is the schematic which showed the structure of the reference epitaxial wafer used in the case of evaluation of gettering capability, (a) is the epitaxial wafer which grew the epitaxial Si layer on the P + board | substrate, (b) is implementation 3 is an epitaxial wafer obtained by removing the P + layer from the wafer of Example 1.

符号の説明Explanation of symbols

1…P(シリコン)基板、 2…歪みSiGe層、 3…Si保護層(膜)、 4…P層、 5…エピタキシャルSi層(Pエピタキシャル層)。 1 ... P - (silicon) substrate, 2 ... strained SiGe layer, 3 ... Si protective layer (film), 4 ... P + layer, 5 ... epitaxial Si layer (P - epitaxial layer).

Claims (11)

少なくとも、シリコン基板上に、歪みSiGe層と、該歪みSiGe層上にSi保護層と、該Si保護層上にエピタキシャルSi層とを具備するシリコンエピタキシャルウェーハであって、前記シリコン基板と前記歪みSiGe層との間、及び前記Si保護層と前記エピタキシャルSi層との間の少なくとも一方の間に高濃度Si層を具備するものであることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハ。   A silicon epitaxial wafer comprising at least a strained SiGe layer on a silicon substrate, a Si protective layer on the strained SiGe layer, and an epitaxial Si layer on the Si protective layer, the silicon substrate and the strained SiGe A silicon epitaxial wafer comprising a high-concentration Si layer between layers, and at least one between the Si protective layer and the epitaxial Si layer. 前記高濃度Si層がP層であることを特徴とする請求項1に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハ。 The silicon epitaxial wafer according to claim 1, wherein the high-concentration Si layer is a P + layer. 前記歪みSiGe層のGe濃度が10%以下であり、かつ前記歪みSiGe層の厚さが0.3μm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハ。   3. The silicon epitaxial wafer according to claim 1, wherein a Ge concentration of the strained SiGe layer is 10% or less, and a thickness of the strained SiGe layer is 0.3 μm or less. 前記P層の厚さが0.25μmよりも大きいことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハ。 4. The silicon epitaxial wafer according to claim 2, wherein a thickness of the P + layer is larger than 0.25 μm. 5. シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、少なくともシリコン基板上に歪みSiGe層を形成する工程と、該歪みSiGe層上にSi保護層を形成する工程と、該Si保護層上にエピタキシャルSi層を形成する工程とを有し、前記シリコン基板と前記歪みSiGe層との間、及び前記Si保護層と前記エピタキシャルSi層との間の、少なくとも一方の間に高濃度Si層を形成する工程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の製造方法。   In the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer, at least a step of forming a strained SiGe layer on a silicon substrate, a step of forming a Si protective layer on the strained SiGe layer, and a step of forming an epitaxial Si layer on the Si protective layer And forming a high-concentration Si layer between at least one of the silicon substrate and the strained SiGe layer and between the Si protective layer and the epitaxial Si layer. A method for producing a silicon epitaxial wafer. 前記歪みSiGe層を形成する工程では、成長温度を750℃以下とし、SiH、Si、DCS、及びTCSのいずれかのSiソースガスと、GeH及びGeClのいずれかのGeソースガスとの組み合わせにより行われることを特徴とする請求項5に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。 In the step of forming the strained SiGe layer, the growth temperature is set to 750 ° C. or lower, the Si source gas of SiH 4 , Si 2 H 6 , DCS, and TCS, and the Ge source of GeH 4 and GeCl 4 The method for producing a silicon epitaxial wafer according to claim 5, wherein the method is performed in combination with a gas. 前記Si保護層を形成する時の条件は、Geソースガスの供給を停止すること以外は前記歪みSiGe層を形成する時の条件と同一とすることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。   The conditions for forming the Si protective layer are the same as the conditions for forming the strained SiGe layer except that the supply of the Ge source gas is stopped. A method for producing a silicon epitaxial wafer as described. 前記高濃度Si層をP層とすることを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか一項に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。 The method for producing a silicon epitaxial wafer according to claim 5, wherein the high-concentration Si layer is a P + layer. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法であって、少なくとも該シリコンエピタキシャルウェーハ上に素子を形成する工程と、該素子を形成した前記ウェーハの薄化工程とを有し、該薄化工程の際に前記高濃度Si層を用いて光学的手法によりウェーハ厚を管理し、及び/又は前記シリコンエピタキシャルウェーハの歪みSiGe層を用いてエッチストップを行うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。   A method of manufacturing a semiconductor device using the silicon epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 4, wherein the element is formed on at least the silicon epitaxial wafer, and the element is formed. The wafer thinning step, and using the high-concentration Si layer during the thinning step to manage the wafer thickness by an optical technique, and / or using the strained SiGe layer of the silicon epitaxial wafer Etching stop is performed, The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned. 前記光学的手法は、FT−IR法とすることを特徴とする請求項9に記載の半導体デバイスの製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9, wherein the optical method is an FT-IR method. 請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載されたシリコンエピタキシャルウェーハを用いたSOIウェーハの製造方法であって、前記シリコンエピタキシャルウェーハをボンドウェーハあるいはベースウェーハとして用いてウェーハ貼り合わせ法によりSOIウェーハを製造する方法。   An SOI wafer manufacturing method using the silicon epitaxial wafer according to any one of claims 1 to 4, wherein the silicon epitaxial wafer is used as a bond wafer or a base wafer to perform SOI bonding by a wafer bonding method. A method of manufacturing a wafer.
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