JP2011228330A - Silicon epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ドープ剤が実質的にはボロンに限定されるP型の低抵抗率シリコンウエーハを用いて、急峻なドーパント分布を有することになる高抵抗のエピタキシャル層を形成することができるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法に関する。 The present invention uses a P-type low resistivity silicon wafer whose dopant is substantially limited to boron, and can form a silicon epitaxial layer capable of forming a high resistance epitaxial layer having a steep dopant distribution. The present invention relates to a method for manufacturing a wafer.
パワーMOSトランジスタやIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)のようなウエーハ表面から裏面に電流を流すスイッチングトランジスタでは、エピタキシャルウエーハを用いる場合が殆どである。 Most switching transistors such as power MOS transistors and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) that pass current from the front surface to the back surface use an epitaxial wafer.
その理由は、素子の耐圧を確保するために必要となる比較的抵抗の高いエピタキシャル層と、導通状態では寄生抵抗となるシリコンウエーハの抵抗率を、独立して制御できるからである。
そのため、特に、シリコンウエーハの抵抗率がオン抵抗に強く影響する低耐圧パワーMOS等では、シリコンウエーハの低抵抗化が積極的に進められてきている。
The reason is that the resistivity of the relatively high resistance epitaxial layer required to ensure the breakdown voltage of the element and the silicon wafer, which becomes a parasitic resistance in the conductive state, can be controlled independently.
For this reason, particularly in a low-voltage power MOS or the like in which the resistivity of the silicon wafer strongly influences the on-resistance, the reduction of the resistance of the silicon wafer has been actively promoted.
ここで、P型のシリコンウエーハでは、ボロンをドープ剤に用いるのが一般的である。これは、ボロンはシリコンに対する固溶度が高く、800℃で1×1020atoms/cm3程度の固溶度があり、比較的容易に高濃度ドーピング、すなわち低抵抗化が可能であるからである。 Here, in a P-type silicon wafer, boron is generally used as a dopant. This is because boron has a high solid solubility in silicon, a solid solubility of about 1 × 10 20 atoms / cm 3 at 800 ° C., and can be relatively easily doped at a high concentration, that is, low resistance. is there.
近年、低耐圧パワーMOSの技術開発が進み、パワーロス(オン抵抗)におけるシリコンウエーハ部の抵抗成分の比率が高くなってきた上、素子製造工程の熱処理の低温化に伴って、シリコンウエーハの低抵抗化が進められてきており、現在、エピタキシャル層の抵抗率が1Ωcm以下の場合には、抵抗率が5mΩcm以下のシリコンウエーハも広く用いられている。 In recent years, the development of low-voltage power MOS technology has progressed, and the ratio of the resistance component of the silicon wafer part in the power loss (on-resistance) has increased. At present, when the resistivity of the epitaxial layer is 1 Ωcm or less, silicon wafers having a resistivity of 5 mΩcm or less are also widely used.
しかし、ドープ剤としてボロンを用いる場合、エピタキシャル層の形成時に、シリコンウエーハから成長雰囲気に拡散したドーパントがエピタキシャル層に再ドープされる所謂オートドープや、素子製造中の熱処理中にシリコンウエーハからエピタキシャル層にドーパントが固体拡散する量が大きくなるという問題がある。 However, when boron is used as the dopant, so-called auto-doping in which the dopant diffused from the silicon wafer into the growth atmosphere is re-doped to the epitaxial layer during the formation of the epitaxial layer, or from the silicon wafer to the epitaxial layer during heat treatment during device manufacturing. However, there is a problem that the amount of the dopant diffused into the solid becomes large.
このため、エピタキシャル層の厚さを厚くする必要が生じ、それが素子のオン抵抗と耐圧制御性の悪化を招いていた。
しかし、P型では、実用的なドーパントはオートドープやアウトディフュージョン(以下、外方拡散ともいう)が生じ易いボロンに限定される。
For this reason, it is necessary to increase the thickness of the epitaxial layer, which causes deterioration of on-resistance and breakdown voltage controllability of the element.
However, in the P-type, a practical dopant is limited to boron that is likely to cause auto-doping or out-diffusion (hereinafter also referred to as outward diffusion).
なお、オートドープとは、具体的には、シリコンウエーハからエピタキシャル成長雰囲気中へ外方拡散後したドーパントがエピタキシャル層に取り込まれる現象であり(図4−a)参照)、このオートドープを抑制するためには、ドーパントの外方拡散を防止することが最も有効である。
そのため、裏面をノンドープの酸化膜等でシールすることが広く行われている(図4−b)、特許文献1等参照)。このうち低抵抗ボロンドープウエーハについては、裏面にシール膜を形成したウエーハが広範に用いられてきている。
また、枚葉エピタキシャル装置のサセプタに貫通孔を設けて、キャリアガスをサセプタ裏面側に流してドーパントの再取り込みを抑制する手段も用いられている(図4−c)参照)。
In addition, autodoping is a phenomenon in which the dopant diffused outwardly from the silicon wafer into the epitaxial growth atmosphere is specifically taken into the epitaxial layer (see FIG. 4-a)), in order to suppress this autodoping. It is most effective to prevent the dopant from diffusing out.
For this reason, the back surface is widely sealed with a non-doped oxide film or the like (see FIG. 4B), for example. Among these, as for the low resistance boron-doped wafer, a wafer having a seal film formed on the back surface has been widely used.
In addition, a means is also used in which a through-hole is provided in the susceptor of the single-wafer epitaxial apparatus, and carrier gas is allowed to flow to the back side of the susceptor to suppress dopant reuptake (see FIG. 4-c).
上述のような対策と、デバイスプロセスの低温化によって、アウトディフュージョンについてはある程度抑制することができるため、特に、低抵抗のエピタキシャル層を用いる低耐圧系のMOS用途には5mΩcm以下のシリコンウエーハが基板として利用されるようになってきている。
しかし、エピタキシャル成長を行う表面側については、シール膜による外方拡散の予防策は適用できないため、低抵抗シリコンウエーハを基板に用い、高抵抗エピタキシャル層を成長しようとするときには、オートドープがやはり問題になっていた。
The out-diffusion can be suppressed to some extent by the measures described above and the lowering of the device process. Therefore, a silicon wafer of 5 mΩcm or less is used as a substrate particularly for a low breakdown voltage MOS application using a low-resistance epitaxial layer. It has come to be used as.
However, on the surface side where epitaxial growth is carried out, preventive measures against out-diffusion using a seal film cannot be applied. Therefore, when using a low-resistance silicon wafer as a substrate and attempting to grow a high-resistance epitaxial layer, autodoping is still a problem. It was.
また、エピタキシャル層の抵抗率が高い場合には、エピタキシャル成長時にいわゆるオートドープやアウトディフュージョンが起こり、所定のフラットな抵抗率のエピタキシャル層を確保することが難しくなり、ある程度厚いエピタキシャル層を成長する必要が有ったが、このことはエピタキシャル層の抵抗率の管理を難しくするだけでなく、本来の目的である素子のオン抵抗低減に対しては逆の効果をもたらすという問題がある。 In addition, when the resistivity of the epitaxial layer is high, so-called auto-doping or out-diffusion occurs during epitaxial growth, making it difficult to secure an epitaxial layer with a predetermined flat resistivity, and it is necessary to grow a thick epitaxial layer to some extent. However, this not only makes it difficult to manage the resistivity of the epitaxial layer, but also has the problem that it has the opposite effect on reducing the on-resistance of the element, which is the original purpose.
上述のように、近年、デバイスの微細化に伴ってプロセスの低温化が進んでおり、また、ウエーハの大口径化により枚葉エピタキシャル装置の利用が進んでいるため、熱処理の低温化や熱処理時間の短縮が可能となっている。
このため、アウトディフュージョンについては抑制されてきている。しかし、その分、シリコンウエーハも低抵抗化されてきている。また、枚葉エピタキシャル装置では、プリベーク後直ちに高速成長に入るため、外方拡散したドーパントがパージされ難く、オートドープの問題が依然として残されている。
As described above, in recent years, the process temperature has been lowered with the miniaturization of devices, and the use of single-wafer epitaxial devices has been promoted due to the larger diameter of the wafer. Can be shortened.
For this reason, out diffusion has been suppressed. However, the resistance of silicon wafers has been reduced accordingly. In addition, since the single wafer epitaxial apparatus starts high-speed growth immediately after pre-baking, the outwardly diffused dopant is difficult to be purged, and the auto-doping problem still remains.
そして、撮像素子や高周波用デバイスなどでは、比較的高抵抗のエピタキシャル層が用いられるが、その場合でも極力抵抗率の低いP型シリコンウエーハを用いることが望ましい場合がある。しかし、ボロンのオートドープが少ないエピタキシャル技術は依然として実現しておらず、課題となっている。 In an image pickup device, a high frequency device, and the like, a relatively high resistance epitaxial layer is used, but even in that case, it may be desirable to use a P-type silicon wafer having a low resistivity as much as possible. However, an epitaxial technique with a small amount of boron autodoping has not been realized and has become a problem.
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、素子の所定の電気特性を得るために必要な所望の抵抗率のエピタキシャル層と従来より更に低抵抗率なシリコンウエーハからなり、低耐圧パワーMOSや撮像素子等の電気的特性の向上を実現することのできる、エピタキシャル成長中のオートドープを従来に比べて容易に抑制することができるシリコンエピタキシャルウエーハ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 problems, and comprises an epitaxial layer having a desired resistivity necessary for obtaining predetermined electrical characteristics of an element and a silicon wafer having a lower resistivity than the conventional one, and has a low withstand voltage power. An object of the present invention is to provide a method for producing a silicon epitaxial wafer, which can realize improvement in electrical characteristics of a MOS, an imaging device, etc., and can easily suppress autodoping during epitaxial growth as compared with the conventional one.
上記課題を解決するため、本発明では、シリコンエピタキシャルウエーハの製造方法であって、少なくとも、ボロンが1.0×1019atoms/cm3以上の濃度でドープされた鏡面研磨が施されていないシリコンエッチドウエーハを準備し、該準備したシリコンエッチドウエーハの裏面側にCVD酸化膜を形成する工程を行い、その後、前記シリコンエッチドウエーハの表面に対して鏡面研磨を行って、該表面の平坦度を向上させるとともに該表面側に回り込んだCVD酸化膜を除去する工程を行い、その後、温度1100℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する工程を行い、そして、前記表面側の酸化膜をエッチングで除去する工程を行い、該エッチング工程で前記酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method for producing a silicon epitaxial wafer, wherein at least boron is doped at a concentration of 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more and is not subjected to mirror polishing. An etched wafer is prepared, a step of forming a CVD oxide film on the back side of the prepared silicon etched wafer is performed, and then the surface of the silicon etched wafer is mirror-polished to obtain a flat surface. And the step of removing the CVD oxide film that wraps around the surface side is performed, followed by the step of forming the oxide film by wet oxidation at a temperature of 1100 ° C. or lower, and the oxide film on the surface side is formed An etching process is performed, and an epitaxial layer is formed on the surface where the oxide film is removed in the etching process. To provide a method of manufacturing a silicon epitaxial wafer characterized by Rukoto.
ボロンが1.0×1019atoms/cm3以上と高濃度にドープされたシリコンウエーハを用いてエピタキシャルウエーハを作製する場合、エピタキシャル層の気相成長中のオートドープや、その原因となる外方拡散の抑制が非常に重要となる。そこで、シリコンウエーハの裏面側にCVD酸化膜を形成することによって裏面側からの外方拡散を確実に防止するが、表面側にも不必要なCVD酸化膜が形成されてしまう。しかし、エッチドウエーハにCVD酸化膜形成を行った後に鏡面研磨を行うことによって、ウエーハ表面の平坦度の向上とともに不要なCVD酸化膜の除去を同時に行うことができ、しかも鏡面研磨は1度しか行わないので工程に無駄が発生せず、また工程が煩雑になることなく、容易に実施することができる。 When producing an epitaxial wafer using a silicon wafer doped with boron at a high concentration of 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more, autodoping during vapor phase growth of the epitaxial layer, Suppression of diffusion is very important. Therefore, by forming a CVD oxide film on the back side of the silicon wafer, it is possible to reliably prevent outward diffusion from the back side. However, an unnecessary CVD oxide film is also formed on the front side. However, by performing mirror polishing after forming a CVD oxide film on the etched wafer, the wafer surface can be improved and the unnecessary CVD oxide film can be removed simultaneously, and the mirror polishing is performed only once. Since the process is not performed, the process is not wasted, and the process can be easily performed without being complicated.
更に、ウェット酸化による酸化膜形成によって、シリコンウエーハの表面部分のボロンを酸化膜に高濃度に偏析させることができ、この酸化膜をエピタキシャル層形成前に除去することで、シリコンウエーハの表面のみボロン濃度を低くできる。よってエピタキシャル成長中における表面でのボロンの外方拡散を強く抑制することができ、所望の抵抗率、例えば高抵抗率のエピタキシャル層と低抵抗率のシリコンウエーハからなるシリコンエピタキシャルウエーハを容易に製造することができる。 Furthermore, by forming an oxide film by wet oxidation, boron on the surface portion of the silicon wafer can be segregated at a high concentration in the oxide film. By removing this oxide film before forming the epitaxial layer, only the surface of the silicon wafer is boron. The concentration can be lowered. Therefore, boron out-diffusion on the surface during epitaxial growth can be strongly suppressed, and a silicon epitaxial wafer comprising a desired resistivity, for example, a high resistivity epitaxial layer and a low resistivity silicon wafer can be easily manufactured. Can do.
なお、ウェット酸化の温度を1100℃より高くすると、シリコン中のボロンの酸化膜中への偏析性向が弱まること、及び、基板表層付近のボロンが必要以上に酸化膜中に拡散して、エピタキシャル層と基板界面のドーパント濃度分布(抵抗率分布)が緩やかなものになり、所望の階段状に近い抵抗率分布からのズレが大きくなり、素子等の電気的特性の向上が思うように実現されなくなる。このため、ウェット酸化の温度は1100℃以下とする。 When the wet oxidation temperature is higher than 1100 ° C., the tendency of segregation of boron in silicon into the oxide film is weakened, and boron in the vicinity of the substrate surface layer diffuses more than necessary into the oxide film, resulting in an epitaxial layer. As a result, the dopant concentration distribution (resistivity distribution) at the substrate interface becomes gradual, the deviation from the resistivity distribution close to the desired step shape increases, and the electrical characteristics of the device and the like cannot be improved as expected. . For this reason, the temperature of wet oxidation shall be 1100 degrees C or less.
ここで、前記酸化膜のエッチング除去工程は、前記表面側の酸化膜をケミカルエッチで除去した後、該表面を6nm以下のエッチング量で仕上げ洗浄することが好ましい。 Here, in the etching removal step of the oxide film, it is preferable that the surface-side oxide film is removed by chemical etching, and then the surface is finished and cleaned with an etching amount of 6 nm or less.
この酸化膜のエッチング除去工程は一般的にフッ酸で行うが、この場合表面に特有のパーティクルが付着する。このパーティクルはSC1、SC2洗浄で除去できるので問題ないが、1回のSC1洗浄では2nm近くエッチングされる。そこで多数回の洗浄によって表層のボロン濃度が上昇してしまわない、すなわちボロン濃度の低い領域が必要以上にエッチングされ、ボロン濃度の高い領域が表層部に出てくることを確実に抑制するため、仕上げ洗浄でのエッチング量を6nmに制限されるべきである。これによって、ドーパントのプロファイルがシャープなエピタキシャル層とシリコンウエーハの界面が確実に得られることになる。 This etching removal process of the oxide film is generally performed with hydrofluoric acid. In this case, specific particles adhere to the surface. These particles can be removed by SC1 and SC2 cleaning, so there is no problem, but etching is performed at nearly 2 nm by one SC1 cleaning. Therefore, the boron concentration of the surface layer does not increase due to many washings, that is, the region with a low boron concentration is etched more than necessary, and the region with a high boron concentration is reliably suppressed from coming out to the surface layer part. The etching amount in the finish cleaning should be limited to 6 nm. This ensures that an interface between the epitaxial layer and the silicon wafer having a sharp dopant profile is obtained.
また、前記エピタキシャル層形成工程における、昇温完了からエピタキシャル成長開始までの時間をte、エピタキシャル層形成時の温度をTe、該Teにおけるボロンの拡散係数をD(Te)、前記表面側の酸化膜形成工程における熱処理時間をtO、熱処理温度をTO、該TOにおけるボロンの拡散係数をD(TO)とするときに、0.2×(D(Te)×te)1/2≦(D(TO)×tO)1/2≦5.0×(D(Te)×te)1/2の関係を満たすように、前記Te、前記te、前記TO、前記tOを設定することが好ましい。 Further, the in the epitaxial layer forming step, time t e from completion heated to epitaxial growth starting, temperature T e during epitaxial layer formation, the T a diffusion coefficient of boron in e D (T e), the surface t O the heat treatment time in the oxidation film formation process, the heat treatment temperature T O, the diffusion coefficient of boron in said T O when the D (T O), 0.2 × (D (T e) × t e ) 1/2 ≦ (D (T O ) × t O ) 1/2 ≦ 5.0 × (D (T e ) × t e ) The T e and the t e so as to satisfy the relationship of 1/2. , T O and t O are preferably set.
余り高温長時間でウェット酸化処理を行うと、シリコンウエーハの表面側にボロンの濃度の勾配を持った領域が広がってしまうが、低耐圧パワーMOSや撮像素子等の形成のためには、エピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を持った領域(遷移層)を狭くし、階段型のドーパント分布を崩さないようにするほうが良い。
そこで、ウェット酸化処理でのサーマルバジェット((D(TO)×tO)1/2)は、エピタキシャル成長工程での昇温からエピタキシャル成長が開始されるまでの外方拡散の目安となるサーマルバジェット((D(Te)×te)1/2)の5倍以下であることがよい。
また、ウェット酸化処理でのサーマルバジェットがエピタキシャル成長工程でのサーマルバジェットの5分の1以下になると、エピタキシャル層の形成におけるプリベーク中の外方拡散の抑制が必要十分なだけ確実に行うことが難しくなる。
そこで、0.2×(D(Te)×te)1/2≦(D(TO)×tO)1/2≦5.0×(D(Te)×te)1/2の関係を満たすように、Te、te、TO、tOを設定することで、エピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を急なもの、すなわち遷移層の幅を狭くすることができ、より確実に階段状のドーパント分布(抵抗率分布)となったシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。
When wet oxidation is performed at a very high temperature for a long time, a region having a boron concentration gradient spreads on the surface side of the silicon wafer, but an epitaxial layer is required for forming a low-voltage power MOS, an image sensor, etc. It is better to narrow the region (transition layer) having a dopant concentration gradient in the vicinity of the interface between the silicon wafer and the silicon wafer so as not to disturb the stepped dopant distribution.
Therefore, the thermal budget ((D (T O ) × t O ) 1/2 ) in the wet oxidation treatment is a thermal budget (outgoing diffusion from the temperature rise in the epitaxial growth step to the start of epitaxial growth ( It is good that it is 5 times or less of (D (T e ) × t e ) 1/2 ).
In addition, if the thermal budget in the wet oxidation process is less than one fifth of the thermal budget in the epitaxial growth process, it becomes difficult to reliably and sufficiently suppress out-diffusion during pre-baking in the formation of the epitaxial layer. .
Therefore, 0.2 × (D (T e ) × t e ) 1/2 ≦ (D (T O ) × t O ) 1/2 ≦ 5.0 × (D (T e ) × t e ) 1 / By setting T e , t e , T O and t O so as to satisfy the relationship of 2 , the dopant concentration gradient near the interface between the epitaxial layer and the silicon wafer is steep, that is, the width of the transition layer is narrowed Therefore, a silicon epitaxial wafer having a stepped dopant distribution (resistivity distribution) can be manufactured more reliably.
そして、前記表面側の酸化膜のエッチング工程では、前記裏面側のCVD酸化膜が200nm以上の厚さが残るようにエッチングすることが好ましい。 In the step of etching the oxide film on the front surface side, it is preferable that the CVD oxide film on the back surface side is etched so that a thickness of 200 nm or more remains.
このように、表面側の酸化膜のエッチングで裏面側のCVD酸化膜が200nm以上残るようにエッチングすることによって、ボロンの外方拡散を抑制するためのCVD酸化膜の厚さを確保して、エピタキシャル層の形成工程における裏面側からのボロンの外方拡散を強く抑制することができ、より確実に所望の抵抗率となったエピタキシャル層を有するシリコンエピタキシャルウエーハが得られる。 Thus, the thickness of the CVD oxide film for suppressing the outward diffusion of boron is ensured by etching so that the CVD oxide film on the back surface side remains by 200 nm or more by etching the oxide film on the front surface side, Boron out-diffusion from the back side in the epitaxial layer forming step can be strongly suppressed, and a silicon epitaxial wafer having an epitaxial layer having a desired resistivity can be obtained more reliably.
高濃度のボロンドープシリコンウエーハ上に、低ドーパント濃度のエピタキシャル層の成長を行う場合には、気相からのオートドープやエピタキシャル層への固体拡散が問題になるが、以上説明したような本発明によれば、エピタキシャル層形成の際のボロンの外方拡散と、それによるオートドープを強く抑制することができ、エピタキシャル成長時のオートドープの著しい低減が図れる。すなわち、素子の所定の電気特性を得るために必要な所望の抵抗率のエピタキシャル層と従来より更に低抵抗率なシリコンウエーハからなるシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法が提供される。 When an epitaxial layer with a low dopant concentration is grown on a high-concentration boron-doped silicon wafer, autodoping from the gas phase and solid diffusion into the epitaxial layer become problems, but the present invention as described above Therefore, the outward diffusion of boron during the formation of the epitaxial layer and the autodoping caused thereby can be strongly suppressed, and the autodoping during the epitaxial growth can be significantly reduced. That is, there is provided a method for producing a silicon epitaxial wafer comprising an epitaxial layer having a desired resistivity necessary for obtaining predetermined electrical characteristics of the device and a silicon wafer having a lower resistivity than conventional ones.
以下、本発明についてより具体的に説明する。
上述のように、低抵抗率のシリコンウエーハを用いてエピタキシャルウエーハを製造するためには、エピタキシャル層の形成の際の外方拡散及びオートドープを抑制することが大切である。
このオートドープについては、シリコンウエーハからエピタキシャル成長雰囲気中への外方拡散を防止することが最も有効である。そのため、裏面をノンドープの酸化膜等でシールすることが広く行われている。
しかしながら、エピタキシャル成長を行う表面側については、シール酸化膜による外方拡散の防止策は適用できない。この表面からの外方拡散がオートドープの原因として残された問題である。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically.
As described above, in order to manufacture an epitaxial wafer using a silicon wafer having a low resistivity, it is important to suppress outward diffusion and autodoping during the formation of the epitaxial layer.
For autodoping, it is most effective to prevent outward diffusion from the silicon wafer into the epitaxial growth atmosphere. Therefore, sealing the back surface with a non-doped oxide film or the like is widely performed.
However, on the surface side where epitaxial growth is performed, a measure for preventing outward diffusion by the seal oxide film cannot be applied. This outward diffusion from the surface is a problem that remains as a cause of autodoping.
そこで、シリコンウエーハ表面側の外方拡散を少なくするために、低温で自然酸化膜除去アニールを行って、直ぐに薄いエピタキシャル層を成長させて外方拡散を抑制し、次にドーパントが拡散した雰囲気ガスを一旦パージしてからエピタキシャル成長を行うキャップデポジション法(2段階エピタキシャル成長)によって表面側のオートドープを抑制する方法が行われることもある。
しかし、この方法は工程が複雑になる割にはそれほどオートドープの抑制には有効ではないという問題がある。なぜなら、シリコンウエーハからドーパントを一旦外方拡散させてしまうと、ドーパント不純物は、表面吸着やポリ層への滲みこみ等、様々な形でシリコンウエーハ近傍に留まるため、オートドープの低減は難しくなる。
Therefore, in order to reduce the outward diffusion on the silicon wafer surface side, natural oxide film removal annealing is performed at a low temperature, and a thin epitaxial layer is immediately grown to suppress the outward diffusion. A method of suppressing auto-doping on the surface side may be performed by a cap deposition method (two-stage epitaxial growth) in which the epitaxial growth is performed once after purging the substrate.
However, this method has a problem that it is not very effective in suppressing autodoping, although the process is complicated. This is because once the dopant is diffused out of the silicon wafer, the dopant impurity remains in the vicinity of the silicon wafer in various forms such as surface adsorption and infiltration into the poly layer, so that it is difficult to reduce autodoping.
エピタキシャル成長中の雰囲気ガスへのドーパントの外方拡散の起こりやすさは、ドーパント種の拡散係数に関係するが、図6に示すように、拡散係数の大きなボロンでは、この外方拡散は大きくなる。
またこの外方拡散は温度に依存する。このため、低温短時間のアニールで自然酸化膜を蒸発させ、エピタキシャル成長が可能なシリコン面を生成できるようになればよいが、現実的にはSiGeへテロエピタキシャルの水素終端処理が実用化されているだけであり、水素終端化したシリコンウエーハの表面上に形成されたエピタキシャル層には欠陥が生じやすいという問題がある。
The likelihood of the out-diffusion of the dopant into the atmospheric gas during epitaxial growth is related to the diffusion coefficient of the dopant species, but as shown in FIG. 6, this out-diffusion becomes large with boron having a large diffusion coefficient.
This outdiffusion also depends on the temperature. For this reason, it is only necessary to evaporate the natural oxide film by low-temperature and short-time annealing so that a silicon surface capable of epitaxial growth can be generated. However, in reality, SiGe heteroepitaxial hydrogen termination is practically used. However, the epitaxial layer formed on the surface of the hydrogen-terminated silicon wafer has a problem that defects are likely to occur.
ここで、ボロンについては、工程の低温化が固体拡散にもオートドープにも有効であるので、エピタキシャル層の形成にジクロロシランやモノシランが使われることがある。
しかし、エピタキシャル層の成長前に自然酸化膜を除去するためのプリベークの温度・時間については、トリクロロシランの場合と同じであるため、これらもそれほど有効ではない。
Here, for boron, dichlorosilane or monosilane may be used to form an epitaxial layer because the low-temperature process is effective for both solid diffusion and autodoping.
However, the pre-baking temperature and time for removing the natural oxide film before the growth of the epitaxial layer are the same as in the case of trichlorosilane, so these are not so effective.
ところで、ドーパントの外方拡散は、加熱初期(図5のt=0参照)には表面のドーパント濃度が大きいため非常に大きく、やがて表面のドーパント濃度が低減するために外方拡散自体も少なくなる(図5のt=1,2参照)。
本発明者らは、この点を考慮して、エピタキシャル成長前に、基板表面のドーパントを外方拡散させることを考えた。
By the way, the out-diffusion of the dopant is very large at the initial stage of heating (see t = 0 in FIG. 5) because the surface dopant concentration is large, and eventually the out-diffusion itself is reduced because the surface dopant concentration is reduced. (See t = 1, 2 in FIG. 5).
In consideration of this point, the present inventors considered outdiffusion of the dopant on the substrate surface before epitaxial growth.
ここで、ボロンがドープされたシリコンウエーハを酸化、特にウェット雰囲気で酸化すると、シリコンと酸化膜(SiO2)との界面でシリコン側の濃度がバルクの濃度の数分の1になる、という現象がある。
そこで、ボロンが高濃度にドープされたシリコンウエーハをウェット酸化して、その酸化膜をフッ酸等でエッチング除去することで、表層のボロン濃度を5分の1以下にすることができ、これによってシリコンウエーハ表面側の外方拡散を抑制できること、裏面についてはCVD酸化膜によるシールを行うことを発想した。
Here, when a silicon wafer doped with boron is oxidized, particularly in a wet atmosphere, the silicon side concentration at the interface between silicon and the oxide film (SiO 2 ) becomes a fraction of the bulk concentration. There is.
Therefore, the boron concentration of the surface layer can be reduced to one fifth or less by wet-oxidizing a silicon wafer doped with boron at a high concentration and etching away the oxide film with hydrofluoric acid or the like. The idea was to be able to suppress the outward diffusion on the front side of the silicon wafer and to seal the back side with a CVD oxide film.
なお、枚葉エピタキシャル装置を用いる場合には、ウエーハが1100℃前後のエピタキシャル成長温度に昇温されてからエピタキシャル成長が始まるまでの時間は1分前後であるので、表面に酸化膜がない状態で熱処理されても表面のドーパント濃度が再び高くなることは殆どなく、固体拡散の量を低減することが十分可能である。 When a single wafer epitaxial apparatus is used, since the time from when the wafer is heated to an epitaxial growth temperature of about 1100 ° C. until the epitaxial growth starts is about 1 minute, the wafer is heat-treated without an oxide film on the surface. However, the dopant concentration on the surface hardly increases again, and the amount of solid diffusion can be sufficiently reduced.
更に、裏面シール用のCVD酸化を行うウエーハを鏡面ウエーハではなくエッチドウエーハとし、CVD酸化後に表面側の鏡面研磨を行うことによって、工程の無駄を省き、製造コストが上昇しないようにすることで、安価に高抵抗率エピタキシャル層と低抵抗率シリコンウエーハからなるシリコンエピタキシャルウエーハを製造できることを発想し、本発明を完成させた。 Furthermore, the wafer for CVD oxidation for back surface sealing is not a mirror surface wafer but an etched wafer, and the surface side mirror polishing is performed after the CVD oxidation, thereby eliminating the waste of the process and preventing the manufacturing cost from increasing. The present invention was completed with the idea that a silicon epitaxial wafer comprising a high resistivity epitaxial layer and a low resistivity silicon wafer can be produced at low cost.
以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、図1(a)に示すように、ボロンが1.0×1019atoms/cm3以上の濃度でドープされた鏡面研磨が施されていないシリコンエッチドウエーハ11を準備する。なお、シリコンエッチドウエーハ11は、一方の主表面を表面11a側、もう一方の主表面を裏面11b側とする。
ここで準備するシリコンエッチドウエーハは、ボロンが1.0×1019atoms/cm3以上の濃度でドープされたものであり、かつ一般的なウエーハ作製工程においてエッチング工程後のウエーハ(半導体単結晶インゴット製造、円筒研削工程、スライス加工工程、ベベリング加工工程、ラッピング加工工程、エッチング加工工程を経たもので、鏡面研磨は行われていないもの)とすること以外の他の物性は特に限定されず、例えばCZ法で育成したシリコン単結晶棒からスライスして作製したものを用いればよい。また結晶方位、結晶径、その他の条件等も規格に応じて所望のものとすれば良く、特に限定されない。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
First, as shown in FIG. 1A, a silicon etched
The silicon etched wafer prepared here is one in which boron is doped at a concentration of 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more, and a wafer (semiconductor single crystal) after an etching process in a general wafer manufacturing process. Other physical properties other than ingot manufacturing, cylindrical grinding process, slicing process, beveling process, lapping process, etching process, and not mirror polishing are not particularly limited, For example, what is produced by slicing a silicon single crystal rod grown by the CZ method may be used. Further, the crystal orientation, crystal diameter, other conditions, and the like may be set as desired according to the standard, and are not particularly limited.
次に、図1(b)に示すように、準備したシリコンエッチドウエーハ11の裏面11b側にCVD酸化膜12を形成する工程を行う。
このCVD酸化膜の形成方法であるが、熱分解であっても、プラズマ成長であっても良
いが、生産性を考慮するとバッチ処理が可能な熱分解CVD法が最も好適である。
Next, as shown in FIG. 1B, a step of forming a
Although this CVD oxide film formation method may be thermal decomposition or plasma growth, the thermal decomposition CVD method capable of batch processing is most preferable in consideration of productivity.
そして、図1(c)に示すように、その後、シリコンエッチドウエーハ11の表面11a側に対して鏡面研磨を行って、該表面11aの平坦度を向上させるとともに該表面11a側に回り込んだCVD酸化膜12を除去する工程を行う。
この鏡面研磨の条件も特に限定されず、一般的な条件で行うことができる。
Then, as shown in FIG. 1C, the
The conditions for this mirror polishing are not particularly limited, and can be performed under general conditions.
その後、図1(d)に示すように、温度1100℃以下のウェット酸化によって酸化膜13を形成する工程を行う。
Thereafter, as shown in FIG. 1D, a step of forming the
ボロンを含むシリコンウエーハを酸化すると、シリコンと酸化膜(SiO2)との界面で、シリコン側のボロン濃度がバルクの濃度の数分の1になる。すなわち、酸化膜中にボロンが多量に偏析し、シリコンウエーハ表面部のボロン濃度を低減することができる。
更に、表面側の酸化膜の形成においては、ウェット酸化、例えばパイロ酸化等の水蒸気を含む雰囲気での酸化が有効である。何故なら、酸化膜除去後のシリコン表面のボロンの濃度はウェット酸化の場合にはドライ酸化と比べて2分の1前後になるからである。
When a silicon wafer containing boron is oxidized, the boron concentration on the silicon side becomes a fraction of the bulk concentration at the interface between the silicon and the oxide film (SiO 2 ). That is, a large amount of boron is segregated in the oxide film, and the boron concentration on the surface of the silicon wafer can be reduced.
Further, in the formation of the oxide film on the surface side, wet oxidation, for example, oxidation in an atmosphere containing water vapor such as pyro-oxidation is effective. This is because the concentration of boron on the silicon surface after removal of the oxide film is about one-half in the case of wet oxidation compared to dry oxidation.
また、外方拡散するドーパント量は、図5に示すようにシリコンウエーハ表面のドーパント濃度に比例するので、ウェット酸化により酸化膜にボロンを偏析させ、これを除去することによって、除去後のシリコンウエーハは表面のドーパント濃度を減少させることができる。そして、ウェット酸化ではより厚い酸化膜が成長するので、より低温の酸化で多量のボロンを取り込むことができるという利点も有する。 Further, the amount of dopant that diffuses out is proportional to the dopant concentration on the surface of the silicon wafer as shown in FIG. 5, so that boron is segregated in the oxide film by wet oxidation and removed to remove the silicon wafer after removal. Can reduce the surface dopant concentration. In addition, since a thicker oxide film grows in wet oxidation, there is an advantage that a large amount of boron can be taken in at lower temperature oxidation.
このように、適当な酸化条件を選ぶ(温度1100℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する)ことにより、ボロンのシリコン相・酸化相の偏析特性を利用してシリコン表面のボロン濃度を低減させることができる。よって、エピタキシャル成長開始前の外方拡散の低減、オートドープの低減が達成され、エピタキシャル層−シリコンウエーハ界面のドーパント分布を悪化させることなく、エピタキシャル層側で生ずるオートドープの顕著な低減を図ることができる。 In this way, by selecting appropriate oxidation conditions (forming an oxide film by wet oxidation at a temperature of 1100 ° C. or lower), the boron concentration on the silicon surface is reduced by utilizing the segregation characteristics of the silicon phase / oxidized phase of boron. be able to. Therefore, reduction of outdiffusion before the start of epitaxial growth and reduction of autodoping are achieved, and it is possible to significantly reduce autodoping that occurs on the epitaxial layer side without deteriorating the dopant distribution at the epitaxial layer-silicon wafer interface. it can.
なお、このウェット酸化は、温度が1100℃より高いと、エピタキシャル層との界面となる領域のボロンが必要以上に酸化膜側に拡散して、シリコンウエーハ表面のボロン濃度が必要以上に低くなり、抵抗率分布が緩やかになる。そしてこのような表面にエピタキシャル層を形成しても、エピタキシャル層とシリコンウエーハとの界面のドーパント濃度分布(抵抗率分布)が階段状とならず緩やかな分布となってしまうため、所望の抵抗率分布とのズレが大きくなる。そのため、抵抗率の遷移領域が狭いシリコンエピタキシャルウエーハとならず、素子等の電気的特性の向上を実現することが困難となる。従って、ウェット酸化の温度は1100℃以下とする。 In this wet oxidation, when the temperature is higher than 1100 ° C., boron in the region serving as the interface with the epitaxial layer diffuses more than necessary to the oxide film side, and the boron concentration on the silicon wafer surface becomes lower than necessary. The resistivity distribution becomes gradual. Even if an epitaxial layer is formed on such a surface, the dopant concentration distribution (resistivity distribution) at the interface between the epitaxial layer and the silicon wafer will not be stepped, but a gentle distribution. Deviation from distribution increases. For this reason, a silicon epitaxial wafer having a narrow resistivity transition region is not obtained, and it is difficult to improve the electrical characteristics of elements and the like. Accordingly, the wet oxidation temperature is set to 1100 ° C. or lower.
そして、図1(e)に示すように、表面11a側の酸化膜13をエッチングで除去する工程を行う。
このエッチング工程も、その詳細は特に限定されず、一般的に行われている酸化膜のエッチング方法を用いることができ、例えばフッ酸を用いることができる。
Then, as shown in FIG. 1E, a step of removing the
The details of this etching step are not particularly limited, and a generally performed method for etching an oxide film can be used. For example, hydrofluoric acid can be used.
ここで、この酸化膜のエッチング除去工程は、表面側の酸化膜をケミカルエッチで除去した後、表面を6nm以下のエッチング量で仕上げ洗浄することができる。
酸化膜のエッチング除去はフッ酸を用いて行うことが一般的であるが、フッ酸を用いる場合、エッチングされた表面に特有のパーティクルが付着することがよく知られている。しかしこのパーティクルはSC1、SC2洗浄で除去できるので、エピタキシャル層の形成等で問題となることはないが、1回のSC1洗浄ではシリコンウエーハの表面が2nm近くエッチングされる。
そのため、このSC1、SC2洗浄を複数回行うと、ボロン濃度の低い領域がエッチングによって除去され、ボロン濃度が高い領域が表面にあらわれることになるが、これでは先のウェット酸化によってボロン濃度を低減させた意味が薄れることになる。そこで仕上げ洗浄でのエッチング量を6nm以下に制限することが重要であり、これによって、ドーパントのプロファイルがシャープなシリコンエピタキシャルウエーハを確実に製造することができる。
Here, in this oxide film etching removal step, after the surface side oxide film is removed by chemical etching, the surface can be finished and cleaned with an etching amount of 6 nm or less.
Etching removal of the oxide film is generally performed using hydrofluoric acid, but it is well known that specific particles adhere to the etched surface when hydrofluoric acid is used. However, since these particles can be removed by SC1 and SC2 cleaning, there is no problem in the formation of an epitaxial layer or the like, but the surface of the silicon wafer is etched by nearly 2 nm in one SC1 cleaning.
Therefore, when this SC1 and SC2 cleaning is performed a plurality of times, regions with a low boron concentration are removed by etching, and regions with a high boron concentration appear on the surface, but this reduces the boron concentration by the previous wet oxidation. The meaning will fade. Therefore, it is important to limit the etching amount in the finish cleaning to 6 nm or less, and this makes it possible to reliably manufacture a silicon epitaxial wafer having a sharp dopant profile.
また、これによってボロン濃度の低い領域の厚さをある程度保つことができ、素子製造工程中の熱処理におけるシリコンウエーハからエピタキシャル層へのボロンの拡散によってエピタキシャル層の抵抗率が上昇する危険性を低くできるので、エピタキシャル層の厚さも、所定の耐圧に対して、従来に比べてその分薄くすることができる。
そこで、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法においては、厚さを振ったサンプルを用いてデバイスを作製し、特性を確認して最適化を行うことが望ましい。そうすることにより、シリコンウエーハの低抵抗化と同時にオン抵抗低減がより容易に実現できるようになる。
In addition, the thickness of the region having a low boron concentration can be kept to some extent, and the risk that the resistivity of the epitaxial layer increases due to the diffusion of boron from the silicon wafer to the epitaxial layer in the heat treatment during the device manufacturing process can be reduced. Therefore, the thickness of the epitaxial layer can also be reduced by a corresponding amount with respect to a predetermined breakdown voltage as compared with the conventional case.
Therefore, in the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer according to the present invention, it is desirable that a device is manufactured using a sample with a varying thickness, and the characteristics are confirmed and optimized. By doing so, the on-resistance can be more easily reduced at the same time as the reduction of the resistance of the silicon wafer.
そして、この表面11a側の酸化膜13のエッチング工程では、裏面11b側のCVD酸化膜12が200nm以上の厚さが残るようにエッチングすることができる。これは、例えば、シール用のCVD酸化膜12の厚さが表面11a側に形成する酸化膜13の厚さよりも、300nm程度厚いものとすることによって実現できる。
このように、裏面側のCVD酸化膜が200nm以上残るように表面側の酸化膜をエッチングすることによって、裏面におけるボロンの外方拡散を抑制するCVD酸化膜の厚さを十分に確保することができる。よって、エピタキシャル成長中に裏面側からボロンが外方拡散することを確実に抑制することができ、より確実に所望の抵抗率となったエピタキシャル層を成長させることができる。
In the etching process of the
Thus, the thickness of the CVD oxide film that suppresses the outward diffusion of boron on the back surface can be sufficiently secured by etching the front surface side oxide film so that the CVD oxide film on the back surface side remains 200 nm or more. it can. Therefore, it is possible to reliably suppress the outward diffusion of boron from the back surface side during epitaxial growth, and it is possible to grow an epitaxial layer having a desired resistivity more reliably.
そして、図1(f)に示すように、エッチング工程で酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層14を形成することによって、シリコンエピタキシャルウエーハ10が得られる。
このエピタキシャル層を形成する方法としては、例えば気相成長法によれば良い。気相成長法で形成する場合、例えば、サセプタ上に先の工程で酸化膜を除去した裏面側にCVD酸化膜を有するシリコンウエーハをエッチングによってシリコンが露出した側を上面として配置し、H2をキャリアガスとしてSiHCl3等のソースガスをチャンバー内に導入して、シリコンウエーハの表面上に、1050〜1250℃程度でのCVD法により、エピタキシャル成長させることができる。
そしてこの際、形成するエピタキシャル層の導電型や抵抗率、厚さ等は特に制限されるものではなく、作製する素子に適した所望の物性とすることができる。
And as shown in FIG.1 (f), the
As a method of forming this epitaxial layer, for example, a vapor phase growth method may be used. When forming a vapor phase growth method, for example, arranged side silicon is exposed silicon wafer having a CVD oxide film on the back surface side of the oxide film has been removed in the previous step on the susceptor by etching as the upper surface, and H 2 A source gas such as SiHCl 3 can be introduced into the chamber as a carrier gas, and epitaxial growth can be performed on the surface of the silicon wafer by a CVD method at about 1050 to 1250 ° C.
At this time, the conductivity type, resistivity, thickness, and the like of the epitaxial layer to be formed are not particularly limited, and desired physical properties suitable for the element to be manufactured can be obtained.
ここで、このエピタキシャル層形成工程における、昇温完了からエピタキシャル成長開始までの時間をte、エピタキシャル層形成時の温度をTe、Teにおけるボロンの拡散係数をD(Te)、表面側の酸化膜形成工程における熱処理時間をtO、熱処理温度をTO、TOにおけるボロンの拡散係数をD(TO)とするときに、0.2×(D(Te)×te)1/2≦(D(TO)×tO)1/2≦5.0×(D(Te)×te)1/2の関係を満たすように、Te、te、TO、tOを設定することができる。 Here, in the epitaxial layer forming step, time t e from completion heated to epitaxial growth starting, temperature T e during epitaxial layer formation, the diffusion coefficient of boron at T e D (T e), the surface side the heat treatment time in the oxidation film formation step t O, a heat treatment temperature T O, the diffusion coefficient of boron at T O when the D (T O), 0.2 × (D (T e) × t e) 1 / 2 ≦ (D (T O ) × t O ) 1/2 ≦ 5.0 × (D (T e ) × t e ) 1/2 so as to satisfy the relationship of T e , t e , T O , t O can be set.
上述のウェット酸化処理でのサーマルバジェット((D(TO)×tO)1/2)が、このエピタキシャル成長工程でのサーマルバジェット((D(Te)×te)1/2)の5分の1以上であれば、エピタキシャル層成長の際のプリベーク中のシリコンウエーハ表面からの外方拡散が必要十分なだけ抑制することが容易となる。そこで、ウェット酸化処理でのサーマルバジェットは、エピタキシャル成長工程での昇温からエピタキシャル成長が開始されるまでのサーマルバジェットの1/5以上とすることがよい。
また、ウェット酸化処理が長時間であったり、高温であると、酸化膜にボロンが必要以上に拡散して、シリコンウエーハの表面側にボロンの濃度の勾配を持った領域が広がってしまう。そしてエピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を持った領域(遷移層)を狭くし、階段型のドーパント分布を崩さないようにするほうが低耐圧パワーMOSや撮像素子等の形成のためには都合が良い。そこで、ウェット酸化処理でのサーマルバジェット((D(TO)×tO)1/2)は、エピタキシャル成長工程での昇温からエピタキシャル成長が開始されるまでのサーマルバジェット((D(Te)×te)1/2)の5倍以下であることがよい。
The thermal budget ((D (T O ) × t O ) 1/2 ) in the above wet oxidation treatment is 5 of the thermal budget ((D (T e ) × t e ) 1/2 ) in this epitaxial growth step. If it is at least one-fifth, it becomes easy to suppress the out-diffusion from the silicon wafer surface during the pre-bake during the epitaxial layer growth as much as necessary and sufficient. Therefore, the thermal budget in the wet oxidation treatment is preferably set to 1/5 or more of the thermal budget from the temperature rise in the epitaxial growth process until the epitaxial growth is started.
Further, if the wet oxidation treatment is performed for a long time or at a high temperature, boron is diffused more than necessary in the oxide film, and a region having a boron concentration gradient spreads on the surface side of the silicon wafer. In order to form low-voltage power MOSs, imaging devices, etc., it is better to narrow the region (transition layer) with a dopant concentration gradient near the interface between the epitaxial layer and silicon wafer so as not to disturb the step-type dopant distribution. Is convenient. Therefore, the thermal budget ((D (T O ) × t O ) 1/2 ) in the wet oxidation treatment is the thermal budget ((D (T e ) ×) from the temperature rise in the epitaxial growth step to the start of epitaxial growth. t e ) 1/2 ) is preferably 5 times or less.
そこで、0.2×(D(Te)×te)1/2≦(D(TO)×tO)1/2≦5.0×(D(Te)×te)1/2の関係を満たすように、Te、te、TO、tOを設定し、ウェット酸化やエピタキシャル層の形成を行うことによって、エピタキシャル層とシリコンウエーハの界面近傍のドーパント濃度勾配を確実に急にすることができ、よってより確実に階段状のドーパント分布(抵抗率分布)となったシリコンエピタキシャルウエーハを製造することができる。 Therefore, 0.2 × (D (T e ) × t e ) 1/2 ≦ (D (T O ) × t O ) 1/2 ≦ 5.0 × (D (T e ) × t e ) 1 / By setting T e , t e , T O , and t O so as to satisfy the relationship of 2 , and performing wet oxidation or formation of an epitaxial layer, a dopant concentration gradient near the interface between the epitaxial layer and the silicon wafer can be ensured. Therefore, it is possible to manufacture a silicon epitaxial wafer having a stepped dopant distribution (resistivity distribution) more reliably.
このように、シリコンエッチドウエーハの裏面側にCVD酸化膜を形成することによって裏面側からの外方拡散を確実に防止する。
そして、シリコンエッチドウエーハにCVD酸化膜形成を行った後に鏡面研磨を行うことによって、ウエーハ表面の平坦度の向上とともに不要なCVD酸化膜の除去を同時に行うことができ、工程に無駄が発生せず、またその実施も非常に容易である。
更に、ウェット酸化による酸化膜形成によって、シリコンウエーハの表面部分のボロンをこの酸化膜に高濃度に凝集させることができ、シリコンウエーハの表面のみボロン濃度を低くできる。よってエピタキシャル成長中における表面でのボロンの外方拡散、すなわちオートドーピングの発生を強く抑制することができ、所望の抵抗率のシリコンエピタキシャルウエーハを容易にかつ確実に製造することができる。
In this way, by forming a CVD oxide film on the back side of the silicon etched wafer, outward diffusion from the back side is reliably prevented.
Then, by performing mirror polishing after forming a CVD oxide film on a silicon etched wafer, it is possible to simultaneously remove the unnecessary CVD oxide film while improving the flatness of the wafer surface. It is also very easy to implement.
Furthermore, by forming an oxide film by wet oxidation, boron on the surface portion of the silicon wafer can be aggregated at a high concentration in this oxide film, and the boron concentration can be lowered only on the surface of the silicon wafer. Therefore, the out-diffusion of boron on the surface during epitaxial growth, that is, the occurrence of auto-doping can be strongly suppressed, and a silicon epitaxial wafer having a desired resistivity can be manufactured easily and reliably.
このように、本発明のようなシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法であれば、安全上の問題もなく、また簡単な設備でよい上、ボロンは酸化膜に凝集するため、拡散炉が汚染されることはなく、量産を行う上での問題もないという利点を有する。
また、近年Geをコドープした高濃度ボロンドープ結晶がエピタキシャルウエーハの出発基板として用いられるようになってきたりする等、基板の若干のコスト上昇が受け入れられるようになっているが、本発明の製造方法であれば、短時間のウェット酸化工程を加えるだけでよいので、品質的な問題がないと共に、高価なGeを使用する必要もないため、コスト的にも優れているものとなっている。
As described above, if the silicon epitaxial wafer manufacturing method of the present invention is used, there is no safety problem, simple equipment is required, and boron is agglomerated in the oxide film, so that the diffusion furnace is contaminated. There is no problem in mass production.
Further, in recent years, a slight increase in the cost of the substrate has been accepted, such as a high-concentration boron-doped crystal co-doped with Ge has come to be used as a starting substrate for an epitaxial wafer. If there is, it is only necessary to add a short wet oxidation step, there is no quality problem, and there is no need to use expensive Ge, so that the cost is excellent.
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例・比較例)
直径200mm、ボロンドープ、導電型P型、抵抗率10.0mΩcm、結晶面が(100)のCZ単結晶から、エピタキシャル用のシリコンエッチドウエーハを計3枚準備した。
そして準備した3枚のシリコンエッチドウエーハの裏面側に、常圧CVDによりノンドープ、厚さ500nmの酸化膜を形成した。
その後、CVD酸化膜を形成した裏面側とは反対側である表面側の鏡面研磨を行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
(Examples and comparative examples)
Three silicon etched wafers for epitaxial use were prepared from a CZ single crystal having a diameter of 200 mm, boron dope, conductivity type P, resistivity 10.0 mΩcm, and crystal plane (100).
Then, an undoped, 500 nm thick oxide film was formed by atmospheric pressure CVD on the back side of the three prepared silicon etched wafers.
Then, the mirror polishing of the surface side opposite to the back surface side in which the CVD oxide film was formed was performed.
その後、3枚のシリコンエッチドウエーハのうち2枚に対して、拡散炉を用いて、1000℃、60分のパイロ酸化により、鏡面側に200nmの酸化膜を形成した(実施例)。
その後、酸化膜形成後のシリコンウエーハをフッ酸水溶液にディップしてエッチングを行い、鏡面側の撥水を確認して酸化膜を除去した。このとき、ウエーハ裏面側のCVD酸化膜は干渉色から約200nm以上残っていることが確認できた。また、フッ酸水溶液中に浸漬するとパーティクルが生じ易いので、エッチング終了後に、SC1、SC2洗浄で取り代3nmの洗浄を行い、ウエーハ表面については、通常の鏡面研磨ウエーハと同等レベルまでパーティクルを低減させた。
また、残りの1枚に対しては、このウェット酸化膜形成と酸化膜のエッチング除去を行わなかった(比較例)。
Thereafter, an oxide film having a thickness of 200 nm was formed on the mirror surface side by pyrooxidation at 1000 ° C. for 60 minutes using a diffusion furnace on two of the three silicon etched wafers (Example).
Thereafter, the silicon wafer after the formation of the oxide film was dipped in a hydrofluoric acid aqueous solution and etched to confirm the water repellency on the mirror surface side and remove the oxide film. At this time, it was confirmed that the CVD oxide film on the wafer back side remained about 200 nm or more from the interference color. In addition, since particles are likely to be generated when immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution, the SC1 and SC2 cleaning is performed after cleaning to remove 3 nm of allowance, and the wafer surface is reduced to the same level as a normal mirror polished wafer. It was.
Further, the wet oxide film formation and the oxide film etching removal were not performed on the remaining one sheet (comparative example).
ウェット酸化を行ったウエーハ(実施例)のうち1枚はここで工程から外し、残り1枚と、ウェット酸化を行わなかったウエーハ(比較例)1枚について、枚葉式エピタキシャル反応機を用いてエピタキシャル成長を行った。
エピタキシャル成長はトリクロロシランをシリコンソースに用いて、1150℃で5μmのエピタキシャル層を形成した。また、エピタキシャル成長では、1150℃で60秒のプリベークを行った。
この条件は、ウェット酸化を行った実施例のウエーハでは、ボロンのサーマルバジェット(D(t)・t)1/2は、エピタキシャル成長工程に関しては(D(1150℃)・(1/60))1/2≒0.5×(0.017)1/2=0.065μm、ウェット酸化膜成長に関しては(D(1,000℃)・1.0)1/2≒0.08×(1.0)1/2=0.08μmとなり、0.2×0.065≒0.013≦0.08≦5.0×0.065≒0.325と、0.2×(D(Te)×te)1/2≦(D(TO)×tO)1/2≦5.0×(D(Te)×te)1/2の関係を満たしている。
One of the wafers (Examples) subjected to wet oxidation was removed from the process here, and the remaining one and one wafer (Comparative Example) not subjected to wet oxidation were used using a single wafer epitaxial reactor. Epitaxial growth was performed.
Epitaxial growth used trichlorosilane as a silicon source to form an epitaxial layer of 5 μm at 1150 ° C. In the epitaxial growth, pre-baking was performed at 1150 ° C. for 60 seconds.
This condition is that, in the wafer subjected to wet oxidation, the thermal budget of boron (D (t) · t) 1/2 is (D (1150 ° C.) · (1/60)) 1 for the epitaxial growth process. / 2 ≒ 0.5 × (0.017) 1/2 = 0.065μm, with respect to wet oxide growth (D (1,000 ℃) · 1.0 ) 1/2 ≒ 0.08 × (1. 0) 1/2 = 0.08 μm, 0.2 × 0.065≈0.013 ≦ 0.08 ≦ 5.0 × 0.065≈0.325, 0.2 × (D (T e ) Xt e ) 1/2 ≦ (D (T O ) × t O ) 1/2 ≦ 5.0 × (D (T e ) × t e ) 1/2 is satisfied.
そして作製した実施例と比較例のエピタキシャルウエーハのエピタキシャル層の厚さを赤外線の干渉法で調べた。
その結果、エピタキシャル層の厚さは、5.0〜5.2μmの範囲であった。また、エピタキシャル層の抵抗率は、CV法の測定からウエーハ中心で10.5Ωcmであることが判った。
And the thickness of the epitaxial layer of the epitaxial wafer of the produced Example and a comparative example was investigated by the infrared interference method.
As a result, the thickness of the epitaxial layer was in the range of 5.0 to 5.2 μm. Further, the resistivity of the epitaxial layer was found to be 10.5 Ωcm at the wafer center from the measurement by the CV method.
そして上記エピタキシャルウエーハを、それぞれ角度研摩・スプレデイングレジスタンス測定を行い、ドーパントプロファイルを測定した。その結果を図2に示した。
図2に示すように、スプレデイングレジスタンスの測定結果から、オートドープに明確な差が見られた。
The epitaxial wafer was then subjected to angle polishing and spreading resistance measurement, and the dopant profile was measured. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 2, a clear difference was observed in autodoping from the measurement results of the spreading resistance.
また、ウェット酸化膜をフッ酸で除去した段階で工程から外したシリコンウエーハに対して、四重極型のSIMSで表面から1μmまでのボロンのデプスプロファイルを測定した。その結果を図3に示した。
図3に示すように、酸化膜を除去した段階で基板の表面のボロン濃度はバルクの濃度の約7分の1に減少していること、また濃度分布は表面から約0.2μmの深さでは、ほぼバルクの濃度になっており、ボロン濃度分布は急な勾配を有していることが判った。
In addition, the boron depth profile from the surface to 1 μm was measured with a quadrupole SIMS on the silicon wafer removed from the process when the wet oxide film was removed with hydrofluoric acid. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 3, the boron concentration on the surface of the substrate is reduced to about 1/7 of the bulk concentration at the stage of removing the oxide film, and the concentration distribution is about 0.2 μm deep from the surface. Then, it was found that the concentration was almost bulky, and the boron concentration distribution had a steep slope.
以上のように、本発明のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長工程初期の昇温、プリベーク段階でボロンの外方拡散が低減され、それがオートドープ現象を大きく抑制でき、所望の抵抗率分布のシリコンエピタキシャルウエーハが製造できることが判った。 As described above, according to the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer of the present invention, boron out-diffusion is reduced in the initial temperature rise and pre-bake stages of the epitaxial growth process, which can largely suppress the auto-doping phenomenon and achieve a desired resistance. It was found that a silicon epitaxial wafer having a rate distribution can be manufactured.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、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ものは、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 the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
10…シリコンエピタキシャルウエーハ、
11…シリコンエッチドウエーハ、 11a…表面、 11b…裏面、 12…CVD酸化膜、 13…酸化膜、 14…エピタキシャル層。
10 ... silicon epitaxial wafer,
DESCRIPTION OF
Claims (4)
ボロンが1.0×1019atoms/cm3以上の濃度でドープされた鏡面研磨が施されていないシリコンエッチドウエーハを準備し、
該準備したシリコンエッチドウエーハの裏面側にCVD酸化膜を形成する工程を行い、
その後、前記シリコンエッチドウエーハの表面に対して鏡面研磨を行って、該表面の平坦度を向上させるとともに該表面側に回り込んだCVD酸化膜を除去する工程を行い、
その後、温度1100℃以下のウェット酸化によって酸化膜を形成する工程を行い、
そして、前記表面側の酸化膜をエッチングで除去する工程を行い、
該エッチング工程で前記酸化膜が除去された側の表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。 A method for producing a silicon epitaxial wafer, comprising at least:
Preparing a silicon etched wafer in which boron is doped at a concentration of 1.0 × 10 19 atoms / cm 3 or more and not subjected to mirror polishing;
Performing a step of forming a CVD oxide film on the back side of the prepared silicon etched wafer;
Thereafter, the surface of the silicon etched wafer is mirror-polished to improve the flatness of the surface and remove the CVD oxide film that has come around to the surface side.
Thereafter, a step of forming an oxide film by wet oxidation at a temperature of 1100 ° C. or lower is performed.
And the step of removing the oxide film on the surface side by etching,
A method for producing a silicon epitaxial wafer, comprising forming an epitaxial layer on a surface on the side from which the oxide film has been removed in the etching step.
前記表面側の酸化膜形成工程における熱処理時間をtO、熱処理温度をTO、該TOにおけるボロンの拡散係数をD(TO)とするときに、
0.2×(D(Te)×te)1/2≦(D(TO)×tO)1/2≦5.0×(D(Te)×te)1/2
の関係を満たすように、前記Te、前記te、前記TO、前記tOを設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のシリコンエピタキシャルウエーハの製造方法。 Wherein the epitaxial layer forming step, time t e from completion heated to epitaxial growth starting, temperature T e during epitaxial layer formation, the diffusion coefficient of boron in said T e D (T e),
The heat treatment time in the oxidation film formation step of the surface t O, a heat treatment temperature T O, the diffusion coefficient of boron in said T O when the D (T O),
0.2 × (D (T e ) × t e ) 1/2 ≦ (D (T O ) × t O ) 1/2 ≦ 5.0 × (D (T e ) × t e ) 1/2
The method for manufacturing a silicon epitaxial wafer according to claim 1, wherein the T e , the t e , the T O , and the t O are set so as to satisfy the relationship.
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