JP2014011293A5

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Publication number: JP2014011293A5
Application number: JP2012146636A
Authority: JP
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2032-06-29

Description

この微小ピットは以下のようなメカニズムで発生すると考えられる。すなわち、ポリシリコン膜形成前の段階では、シリコンウェーハの格子間には、酸素と赤リンが存在している。基板抵抗率を低くするために、シリコンウェーハ中の赤リンの濃度を高くすると、過飽和な赤リンが格子間に存在することとなる。
この状態から、ポリシリコン膜を形成するためにシリコンウェーハを加熱すると、酸素の拡散能が赤リンの拡散能よりも大きいため、酸素が格子間を移動して赤リンと結合し、酸素と赤リンのクラスター（微小析出物）が形成される。
通常、エピタキシャル工程ではエピタキシャル膜を成長させるに先立って、シリコンウェーハ表面に存在する自然酸化膜除去を目的に、水素ガス雰囲気下で１１００℃以上の温度で３０秒以上の熱処理（以下、「水素ベーク」という）が施される。
ところが、酸素と赤リンのクラスターが形成されたシリコンウェーハに対して、エピタ
キシャル工程で実施される水素ベークが施されると、シリコンウェーハの最表層の酸素と赤リンは外方拡散するが、クラスターは安定状態にあるため、最表層に残留する。そして、水素ガスによるエッチング作用により、シリコンウェーハの最表層とクラスターとのエッチング速度の違いから、クラスターが選択的にエッチングされ微小ピットとなる。
この微小ピットが形成されたシリコンウェーハに対してエピタキシャル成長を行うと、微小ピットが起源となってエピタキシャル膜内にＳＦとなって発生すると考えられる。

＜実験６：アルゴンアニールによるエピタキシャルシリコンウェーハの面内抵抗均一性への影響調査＞
実験５において、１２００℃でアルゴンアニールを行ったエピタキシャルシリコンウェーハのうち、熱処理時間が０分、６０分、１２０分のものについて、エピタキシャル膜面内の抵抗分布を評価した。その結果を、図１１に示す。
図１１に示すように、熱処理時間が長くなるほど、エピタキシャル膜外周部での抵抗率が高くなり、面内での抵抗率が均一化することが分かった。
また、抵抗率の均一性Δρ（Δρ＝（最大値−最小値）／（２×平均値）×１００％）を評価したところ、以下の通りであった。
熱処理時間０分：９．６％
熱処理時間６０分：１．９％
熱処理時間１２０分：１．１％

すなわち、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、ＣＺ法により製造された単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハの裏面に酸化膜を形成する裏面酸化膜形成工程と、前記シリコンウェーハの外周部に存在する前記酸化膜を除去する裏面酸化膜除去工程と、前記裏面酸化膜除去工程後の前記シリコンウェーハに対し、アルゴンガス雰囲気下において１２００℃以上１２２０℃以下の温度で熱処理を行うアルゴンアニール工程と、前記アルゴンアニール工程後の前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成工程とを有することを特徴とする。
また、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、前記アルゴンアニール工程は、前記シリコンウェーハ中の酸素とリンとの結合により形成されるクラスターを溶体化し、かつ、前記シリコンウェーハの表面のリンを外方拡散させるように、熱処理を行うことが好ましい。
さらに、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、前記アルゴンアニール工程の熱処理時間は、３０分以上１２０分以下であることが好ましい。
また、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、前記アルゴンアニール工程の熱処理時間は、６０分以上１２０分以下であることが好ましい。

ここで、ピット評価用熱処理としては、前述したようにエピタキシャル工程で実施される水素ベーク熱処理条件を模擬した熱処理条件を採用することができ、代表的な条件として、水素ガス雰囲気下において１２００℃の温度で３０秒の熱処理条件を例示することができる。水素ベーク熱処理条件を模擬した熱処理条件とすることにより、単結晶インゴットの製造段階においてクラスターが多く発生している単結晶インゴット部分から、評価用のシリコンウェーハを切り出し、当該評価用のシリコンウェーハに対してピット評価用熱処理を行うと、その表面に微小ピットが観察され、単結晶インゴットにおける当該評価用のシリコンウェーハを含む部分にも、クラスターが発生しているものと結論付けることができる。
一方、クラスターが発生していない部分の評価用のシリコンウェーハに対してピット評価用熱処理を行うと、その表面に微小ピットが観察されず、単結晶インゴットにおける当該評価用のシリコンウェーハを含む部分にも、クラスターが発生していないものと結論付けることができる。
なお、シリコンウェーハに発生した微小ピットをＡＦＭで観察した結果、それぞれの径は、３００ｎｍ〜５００ｎｍでほぼ同一であり、深さは、２．０ｎｍ〜５．５ｎｍでほぼ同一であることが分かっている。また、微小ピットの個数は、ＳＦの個数とほぼ同じであることが分かっている。
このことから、上述の「微小ピットが観察される」場合とは、径が５００ｎｍ以上の微小ピットの個数が１個／ｃｍ^２以上（２００ｍｍのシリコンウェーハ１枚あたり３１４個以上）の場合を意味し、「微小ピットが観察されない」場合とは、前記条件を満たさない場合を意味するものとする。
本発明によれば、単結晶インゴットから評価用のシリコンウェーハを切り出して、ピット評価用熱処理を行うことにより、単結晶インゴットの製造段階において、クラスターが発生している部分を推定することができる。したがって、クラスターが発生していると推定される部分から得られるシリコンウェーハに対して、アルゴンアニール工程を含む全工程を行うことにより、ＳＦの発生が抑制された高品質のエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。
また、クラスターが発生していないと推定される部分から得られるシリコンウェーハに対して、アルゴンアニール工程以外の工程を行うことにより、ＳＦの発生が抑制された高品質のエピタキシャルシリコンウェーハを効率よく製造することができる。

本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、前記シリコンウェーハにおけるゲルマニウムの濃度が３．７０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２．９３×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるようにゲルマニウムを添加して、ＣＺ法により単結晶インゴットを製造する単結晶インゴット製造工程を有することが好ましい。
本発明によれば、シリコンウェーハとエピタキシャル膜との界面部分での赤リンの濃度
差に起因する転位欠陥（ミスフィット転位）の発生を抑制できる。

本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が設けられ、裏面に酸化膜のみが設けられたエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記エピタキシャル膜の表面で観察される９０ｎｍサイズ以上のＬＰＤ（Light Point Defect）の平均個数が１個／ｃｍ^２以下であることを特徴とする。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図２０に示すように、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、単結晶インゴット製造工程を行う（ステップＳ１）。
この単結晶インゴット製造工程では、図示しない引き上げ装置を用いたＣＺ法（チョクラルスキー法）にて、ｎ型ドーパントとして赤リンを添加したシリコン融液から、図２１（Ａ）に示すような単結晶インゴット１を製造する。この単結晶インゴット１は、直径が２００ｍｍであり、肩部１１と、直胴部１２と、テール部１３とを備える。
ここで、単結晶インゴット１から切り出されたシリコンウェーハの抵抗率が０．６ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるように、以下の条件で単結晶インゴット１を製造した。
赤リン濃度：８．２９×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１．３２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
酸素濃度：７×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
なお、ミスフィット転位を抑制するために、３．７０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２．９３×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の濃度のゲルマニウムを添加してもよい。

このステップＳ５において、微小ピットが観察された、すなわち径が５００ｎｍ以上の
微小ピットが１個／ｃｍ^２以上（２００ｍｍのシリコンウェーハ１枚あたり３１４個以上）観察されたと判定した場合、この評価用のシリコンウェーハ１４１を含む小ブロック１４０から、図２１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、製品用のシリコンウェーハ１４２を切り出す。そして、図２０に示すように、この製品用のシリコンウェーハ１４２に対して、裏面酸化膜形成工程（ステップＳ６）、裏面酸化膜除去工程（ステップＳ７）、アルゴンアニール工程（ステップＳ８）、水素ベーク工程（（エピタキシャル膜形成工程）ステップＳ９）、エピタキシャル膜成長工程（（エピタキシャル膜形成工程）ステップＳ１０）の処理を行う。
すなわち、この製品用のシリコンウェーハ１４２にはクラスターが発生している可能性が高いため、アルゴンアニール工程を含む全ての工程を行う。

一方、図２０に示すように、ステップＳ５において、微小ピットが観察されなかった、すなわち径が５００ｎｍ以上の微小ピットが１個／ｃｍ^２以上（２００ｍｍのシリコンウェーハ１枚あたり３１４個以上）観察されなかったと判定した場合、この評価用のシリコンウェーハ１４１を含む小ブロック１４０から切り出した製品用のシリコンウェーハ１４２に対して、ステップＳ６，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０とそれぞれ同じ条件で、裏面酸化膜形成工程（ステップＳ１１）、裏面酸化膜除去工程（ステップＳ１２）、水素ベーク工程（（エピタキシャル膜形成工程）ステップＳ１３）、エピタキシャル膜成長工程（（エピタキシャル膜形成工程）ステップＳ１４）の処理を行う。
すなわち、この製品用のシリコンウェーハ１４２にはクラスターが発生している可能性が低いため、クラスターを溶体化するためのアルゴンアニール工程を行う必要がない。このような理由から、アルゴンアニール工程を除く全ての工程を行う。
そして、上述のステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を行うことによって、エピタキシャルシリコンウェーハ２に発生しているＳＦの個数が１個／ｃｍ^２以下であって、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハ２に発生しているＬＰＤの個数が３１４個以下の高品質のエピタキシャルシリコンウェーハ２を製造することができる。

Claims

抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
ＣＺ法により製造された単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハの裏面に酸化膜を形成する裏面酸化膜形成工程と、
前記シリコンウェーハの外周部に存在する前記酸化膜を除去する裏面酸化膜除去工程と、
前記裏面酸化膜除去工程後の前記シリコンウェーハに対し、アルゴンガス雰囲気下において１２００℃以上１２２０℃以下の温度で熱処理を行うアルゴンアニール工程と、
前記アルゴンアニール工程後の前記シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャル膜形成工程とを有することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記アルゴンアニール工程は、前記シリコンウェーハ中の酸素とリンとの結合により形成されるクラスターを溶体化し、かつ、前記シリコンウェーハの表面のリンを外方拡散させるように、熱処理を行うことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記アルゴンアニール工程の熱処理時間は、３０分以上１２０分以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項３に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記アルゴンアニール工程の熱処理時間は、６０分以上１２０分以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記単結晶インゴットから切り出された評価用のシリコンウェーハに対してピット評価用熱処理を行い、その表面にピットが観察された場合に、当該評価用のシリコンウェーハの切り出し位置を含む部分から切り出されるシリコンウェーハに対し、前記裏面酸化膜形成工程から前記エピタキシャル膜形成工程に至る全ての工程を行うことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記単結晶インゴットから切り出された評価用のシリコンウェーハに対してピット評価用熱処理を行い、その表面にピットが観察されない場合に、当該評価用のシリコンウェーハの切り出し位置を含む部分から切り出されるシリコンウェーハに対し、前記裏面酸化膜形成工程から前記エピタキシャル膜形成工程に至る工程のうち前記アルゴンアニール工程以外の工程を行うことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記単結晶インゴットから切り出されたシリコンウェーハは、前記単結晶インゴットのうち当該単結晶インゴットの製造工程において５７０℃±７０℃の範囲内で加熱された時間が２００分を超える部分から切り出されたシリコンウェーハであることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハの抵抗率は、０．８ｍΩ・ｃｍ未満であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項８に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハの抵抗率は、０．６ｍΩ・ｃｍ以上であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハにおけるゲルマニウムの濃度が３．７０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上２．９３×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるようにゲルマニウムを添加
して、ＣＺ法により単結晶インゴットを製造する単結晶インゴット製造工程を有することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜が設けられ、裏面に酸化膜のみが設けられたエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記エピタキシャル膜の表面で観察される９０ｎｍサイズ以上のＬＰＤ（Light Point Defect）の平均個数が１個／ｃｍ^２以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。