JP2013131617A

JP2013131617A - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2013131617A
Application number: JP2011279880A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kataue; 博了片上; Shinichiro Yagi; 真一郎八木
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】エピタキシャル層への金属不純物による汚染を十分に低減でき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ことを目的とする。
【解決手段】シリコン基板を搬入して収納するためのロードロック室と、該ロードロック室から前記シリコン基板を搬入して、気相成長させるためのチャンバーとを備えた気相成長装置を用いて、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、前記ロードロック室に前記シリコン基板を搬入した後、前記ロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を複数回行い、その後、前記ロードロック室から前記シリコン基板を前記チャンバー内に搬入して、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法に関する。

ＣＣＤやＣＩＳなどの撮像素子用基板として使用されるシリコンエピタキシャルウェーハは、シリコン単結晶基板上に単結晶薄膜（エピタキシャル層）を形成したものである。このシリコンエピタキシャルウェーハは、抵抗率や導電型の異なる層を積み重ねて形成することが可能であり、様々な層構造を基板表層に作り込むことができる。

このような撮像素子用シリコンエピタキシャルウェーハでは、ウェーハ中の重金属不純物レベルを低くすることが非常に重要である。というのも、ウェーハ中に存在する金属不純物は深い準位をつくって再結合中心になると一般的に考えられている。特に金属不純物がウェーハ表面近傍に存在すると、デバイス特性に影響を及ぼすと考えられる。
例えばデバイス活性層に金属不純物が存在すると、電荷生成中心からの電荷のわき出しが起こり、その結果暗電流が発生してしまう。この暗電流レベルが悪くなると、白傷と呼ばれる撮像素子特有のデバイス特性不良が発生してしまう。

一般に、シリコンエピタキシャルウェーハを製造するためには、高温でエピタキシャル層を気相成長させる。そのため、エピタキシャル層を堆積する時、気相成長装置内に金属不純物が存在すると、エピタキシャル層が金属不純物による汚染を受けてしまう。これらの金属の汚染源としては、基材となるシリコン単結晶基板やプロセスガスの他に、反応炉に使用される部材に用いられるステンレス成分等が考えられる（特許文献１参照）。

気相成長装置には、基板を仕込んだ後、大気を不活性ガスに置換するためのロードロック機構が具備されている。大気にはパーティクルや水分など様々な不純物源が含まれる。ロードロック室内の雰囲気置換方法として、不活性ガスにより押し出し置換する方法と、ロードロック室内を真空引きした後不活性ガスにより置換する方法がある。ロードロック室の真空引き後、不活性ガス置換を行う方法がパーティクルなどの不純物の持ち込みは少ない。

特開２００９−４９０４７号公報

上記のような、用いるシリコン単結晶基板やプロセスガスからの金属不純物に対しては高純度化等の対策が行われているが、これらの対策を実施しても改善効果は十分でなく、更なる改善が必要とされる。
ロードロック室からの不純物持ち込みの対策として、従来は、１回のロードロック室の真空引きと不活性ガス置換を行っていた。しかし、上記した白傷と呼ばれる撮像素子特有のデバイス特性不良が生じることがあり、特に気相成長装置を用いた気相成長における金属不純物の低減が十分ではなかった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、エピタキシャル層への金属不純物による汚染を十分に低減でき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ことを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、シリコン基板を搬入して収納するためのロードロック室と、該ロードロック室から前記シリコン基板を搬入して、気相成長させるためのチャンバーとを備えた気相成長装置を用いて、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、前記ロードロック室に前記シリコン基板を搬入した後、前記ロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を複数回行い、その後、前記ロードロック室から前記シリコン基板を前記チャンバー内に搬入して、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。

このようにロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を複数回行うことで、ロードロック室にシリコン基板を搬入する際に大気とともに持ち込まれた金属不純物を十分に排出することができ、その後チャンバー内に金属不純物が持ち込まれることを防止できる。従って、エピタキシャル層の金属不純物濃度を十分に低減でき、白傷等のデバイス特性不良がほとんど生じないシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。

このとき、前記ロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を、２回又は３回行うことが好ましい。
このように上記工程を２，３回行うことで、金属不純物を効果的に低減しながら、シリコンエピタキシャルウェーハの生産性の低下を抑制できる。

以上のように、本発明によれば、金属不純物濃度が十分に低減され、白傷等のデバイス特性不良がほとんど生じないシリコンエピタキシャルウェーハを効率的に製造することができる。

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に用いることができる気相成長装置の一例を示す概略図である。実施例１−３、比較例において調べた、ロードロック室を真空引き、不活性ガスで置換する工程の回数とシリコンエピタキシャルウェーハの金属不純物濃度との関係を示すグラフである。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の製造方法では、気相成長装置を用いてシリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させる。この際、図１に示すような例えば枚葉式の気相成長装置を用いることができる。
図１の気相成長装置１は、搬送ロボット６が配置された搬送室７の周りに、サセプタ４，５が配置された気相成長のためのチャンバー２，３と、ウェーハ１２，１３を収納可能なカセット８，９が配置されたロードロック室１０，１１と、ウェーハを冷却するためのクーリングチャンバー１４とが接続されている。また、搬送室７とロードロック室１０，１１、チャンバー２，３との間には開閉するゲートバルブ１５，１６が設けられている。

このような気相成長装置１を用いてシリコンエピタキシャルウェーハを製造するには、先ず、ロードロック室１０，１１内のカセット８，９に、気相成長用のシリコン基板１２，１３を搬入して収納する。そして、ゲートバルブ１６を閉じた状態で、ロードロック室１０，１１を密閉して、真空ポンプ等で真空引き（真空排気）することで減圧する。その後、窒素等の不活性ガスをロードロック室１０，１１内に導入することで不活性ガスで置換する。

そして、本発明では、上記のように真空引き、不活性ガスで置換した後、さらに、真空引き、不活性ガス置換を一回以上行う。
このようなロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を行うことにより、基板搬入の際にロードロック室内に入った大気やパーティクル等の不純物を排出することができる。そして、真空引きして不活性ガスで置換する工程を複数回行うことで、気相成長を行うチャンバー内に持ち込まれる金属不純物を十分に低減することができる。このため、気相成長させるエピタキシャル層への汚染を効果的に防止することができる。

このようなロードロック室１０，１１の真空引き、不活性ガス置換の工程は、２回又は３回行うことが好ましい。
上記工程を２，３回実施することで十分に金属不純物の排出が可能であり、また３回を超える回数で実施してもこれ以上の改善効果は小さいため、生産性、コストの観点から２，３回実施することが好ましい。

次に、ゲートバルブ１６を開けて、ロードロック室１０，１１からシリコン基板１１，１２を搬送ロボット６で搬出して、投入温度（例えば６５０℃）に調整したチャンバー２，３に搬入し、サセプタ４，５上にシリコン基板１１，１２を載置する。
そして、ゲートバルブ１５を閉じて、水素熱処理温度（例えば１０５０〜１２００℃）まで加熱する。その後、シリコン基板１１，１２を所望の成長温度（例えば９５０〜１１８０℃）にして、シリコン基板１１，１２の表面上に、原料ガス（例えばトリクロロシラン：ＳｉＨＣｌ_３）及びキャリアガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給することによって、シリコン基板１１，１２の表面上にエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。

その後、シリコンエピタキシャルウェーハを、搬送ロボット６でチャンバー２，３から搬出し、クーリングチャンバー１４内で冷却した後、装置外へ搬出される。

このような本発明であれば、例えば撮像素子に用いても白傷が発生せず、デバイス歩留まりを向上できるシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。

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１−３、比較例）
図１に示す気相成長装置を用いて、以下のように気相成長を行った。
まず、シリコン単結晶ウェーハをロードロック室内に搬入し、ロードロック室を真空引きした後不活性ガスで置換する工程を１−４回実施した。次に、ロードロック室からチャンバー内にウェーハを搬送し、１１００℃まで加熱し、原料ガスとしてＳｉＨＣｌ_３、ドーパントガスとしてＰＨ_３を用い、厚さ１０μｍ、Ｎ型、抵抗率１０Ωｃｍのエピタキシャル層を気相成長させ、シリコンエピタキシャルウェーハを製造した。

上記のように製造したシリコンエピタキシャルウェーハからウェーハ片を切り出し、ＨＦ／ＨＮＯ_３にて全て溶解し、蒸発乾固させた後、再度ＨＮＯ_３に溶解させ、ＩＣＰ−ＭＳ分析装置にて元素毎の定量分析を行った。
実施した条件を表１に、分析結果を図２に示す。

図２に示すように、実施例１−３（置換回数２〜４回）では、比較例（置換回数１回）に比べ、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｍｏの３元素で検出量が小さかった。ロードロック室の真空引き、不活性ガス置換工程の３回実施（実施例２）と４回実施（実施例３）では、金属不純物濃度に大きな差は見られなかった。従って、上記工程は生産性の観点から２又は３回実施することが好ましいことがわかる。また、実施例１−３で得られたシリコンエピタキシャルウェーハでは、撮像素子として用いた場合、白傷の発生が抑制され、歩留まりが向上した。

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。

１…気相成長装置、２、３…チャンバー、４、５…サセプタ、
６…搬送ロボット、７…搬送室、８、９…カセット、
１０、１１…ロードロック室、１２、１３…ウェーハ、
１４…クーリングチャンバー、１５、１６…ゲートバルブ。

Claims

シリコン基板を搬入して収納するためのロードロック室と、該ロードロック室から前記シリコン基板を搬入して、気相成長させるためのチャンバーとを備えた気相成長装置を用いて、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法であって、
前記ロードロック室に前記シリコン基板を搬入した後、前記ロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を複数回行い、その後、前記ロードロック室から前記シリコン基板を前記チャンバー内に搬入して、前記シリコン基板上にエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記ロードロック室を真空引きして不活性ガスで置換する工程を、２回又は３回行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。