JP4070949B2 - ウェーハ、エピタキシャルウェーハ及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、品質の安定したシリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ及びそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
デバイス製作工程における加熱処理によって材料のシリコンウェーハの電気特性がシリコンウェーハ中の不純物元素やシリコンウェーハに付着した不純物元素によって変化し、これがデバイス不良の原因となるので、これを避ける事はデバイスの高度化と共にますます重要となり、デバイス生産における大きな課題となっている。
【０００３】
その方策の一つとして、図１０に示すごとく、シリコンウェーハＷの背面に多結晶シリコン層〔ＰＢＳ(Poly Back Seal)膜〕６２を形成し、このＰＢＳ膜中に存在する結晶粒界を不純物元素の吸収源として利用する方法が実用化されており、背面にＰＢＳ膜を形成した、所謂ＰＢＳ膜付きのウェーハやエピタキシャルウェーハが製品として利用されている。
【０００４】
IIIＢ族元素の中の特にボロンはシリコンにＰ型導電性を賦与し、かつその導電率を所定の値に調整するために、積極的に活用されるが、他方、シリコンウェーハを取り扱う雰囲気やウェーハの処理工程で用いられる装置、材料等からウェーハに付着するボロンは熱処理工程中にシリコンウェーハ内部に拡散し、ウェーハの所定の電気特性を乱す外乱要因となるので、雰囲気やこれらの装置、材料等からのボロンによる汚染は極力防止することが求められる。
【０００５】
仮にシリコンウェーハ表面に１×１０10atoms/cm2のボロンが付着した場合、これがウェーハ表面から内部（深さ１μｍ程度）に拡散すると、電気抵抗率の値で数ohm・cmに相当するので、バルクの電気抵抗率の値が１ohm・cm以上のウェーハでは、デバイスが作り込まれるウェーハ表面層の電気特性にかなりの変動を来す。
【０００６】
また、ＰＢＳ膜付きウェーハや同じくＰＢＳ膜付きエピタキシャルウェーハの場合には、ＰＢＳ膜を形成するべきウェーハ表面に付着したボロンはＰＢＳ膜形成工程やその後のエピタキシャル層成長工程での加熱処理の際に主にＰＢＳ膜中に拡散する。また、エピタキシャル層を成長させるべき基板面にボロンが付着すると層の成長時の加熱によってこれらのボロン元素は基板とエピタキシャル層の界面からそれぞれの内部へ拡散する。これらが原因で基板の電気抵抗率が数ohm・cm以上のエピタキシャルウェーハを用いるデバイスで所定の特性が得られないことが起こることがある。
【０００７】
さらに、エピタキシャルウェーハの製造におけるエピタキシャル層成長時には、背面のＰＢＳ膜が特にウェーハ周縁部において、成長室内の成分ガスによってエッチングされて膜厚の不整化や表面の荒れが生じることがあり、これを防止する目的でＰＢＳ膜の上にさらにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってシリコン酸化物の膜（ＣＶＤシリコン酸化物膜）を形成することが行われるが、このＣＶＤ工程においても前述と同様にボロンによる汚染が生じると、この工程、ならびにその後のエピタキシャル層成長工程におけるウェーハの温度上昇によって付着したボロンは主としてＰＢＳ中に拡散し、前述と同様、デバイス特性に悪影響を与える。
【０００８】
上述した従来の問題点をＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハの場合を例にとってさらに具体的に説明する。図１０は従来のＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハの製造工程を示す説明図で、（ａ）はシリコンウェーハＷ、（ｂ）はシリコンウェーハＷに多結晶シリコン層６２を形成した状態、（ｃ）は次のエピタキシャル層成長工程における上述したエッチングを防止するため（ｂ）のシリコンウェーハＷの背面の多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）６２上にさらにＣＶＤシリコン酸化物膜６４を形成した状態、（ｄ）はシリコンウェーハの表面の多結晶シリコン層６２を鏡面研磨により除去した状態及び（ｅ）は（ｄ）の状態からシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層６６を形成した状態をそれぞれ示す。
【０００９】
この従来の背面ＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハの製造においては、まず、シリコンウェーハＷと多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）６２の界面７０にボロンＢが付着し、汚染が発生する〔図１０（ｂ）〕。次に、多結晶シリコン層６２とＣＶＤ膜６４の界面７２にボロンＢの汚染が発生する〔図１０（ｃ）〕。シリコンウェーハＷの表面の多結晶シリコン層６２を除去した後〔図１０（ｄ）〕、さらに、エピタキシャル層成長工程（高温熱処理）を経ると、それぞれの界面７０，７２に存在していたボロンＢは主としてＰＢＳ膜６２の内部に拡散し、ＰＢＳ膜６２の全体を汚染し、ボロン汚染されたＰＢＳ膜６２ａとなってしまう〔図１０（ｅ）〕。
【００１０】
一方、従来の半導体ウェーハの処理、例えば洗浄、搬送、保管、成膜等を行うクリーンルーム等（洗浄機、ウェーハ保管庫、成膜装置等を含む）では、ウェーハに接触する雰囲気中に存在するボロンがウェーハ表面にどの程度付着するかについて両者の間の定量的な関係は全く不明であった。よって、ウェーハに接触する雰囲気中のボロン濃度をどのような値に管理すればウェーハ上に付着するボロン量をデバイス特性を阻害しない値以下に抑制することができるかが全く不明で高品質ウェーハの製造におけるボロン汚染の防止を効果的に実施することが困難であった。すなわち、工程中のウェーハ上に付着したボロン量の測定には多大な時間を要するため、その結果を装置側に直ちにフィードバックできず、ボロン汚染を防止するための管理をオンラインで実施することが不可能であった。したがって、ウェーハ上のボロン量の測定によってボロン汚染防止の管理を行っている限り、安定した品質のウェーハを作ることは困難であった。
【００１１】
また、従来の半導体ウェーハの処理、例えば洗浄、搬送、保管、成膜等を行うクリーンルーム（洗浄機、ウェーハ保管庫、成膜装置等を含む）において使用するエアフィルタは、一般にガラス繊維でできており、ウェーハの処理の際に雰囲気中にフッ化水素ガス等の腐食性ガスが存在すると、この付着によりボロンが雰囲気中に溶出することが知られている。
【００１２】
たとえば、クリーンルームの空調設備としては、図１１に示すような構成が使われている。図１１において１２はクリーンルーム１４を構成する空調設備で、該クリーンルーム１４内には各種のウェーハ処理室、図示例の場合には、ＣＶＤ処理室１６、ＣＶＤ炉体室１８、ＰＢＳ膜形成室２０、ＰＢＳ炉体室２２が設けられている。上記各室１６，１８，２０，２２には１又は複数のエア流入口が設けられており、各エア流入口にはエアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａが設置されている。
【００１３】
それぞれのウェーハ処理室には各種のウェーハ処理装置が配備されている。例えば、該ＣＶＤ処理室１６には、ＣＶＤ処理前洗浄機２４、乾燥機２６及び保管用クリーンブース２８が配備されている。該ＣＶＤ炉体室１８には、ＣＶＤ装置３０が配置されている。該ＰＢＳ膜形成室２０には、ＰＢＳ膜形成前洗浄機３２、乾燥機３４及び保管用クリーンブース３６が配備されている。該ＰＢＳ炉体室２２には、ＰＢＳ装置３８が配置されている。上記各装置２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８のエア流入口にはエアフィルタ２４ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａが設置されている。３９はクリーンルーム１４の下流側に設けられたエアの排出用空間である。該エア排出用空間３９は回収用パイプ４３に接続されている。
【００１４】
該クリーンルーム１４の上流側には、上流から下流に向かって外調機４０、不純物除去装置４２及び空調機４４が直列状に配置されている。該外調機４０と不純物除去装置４２とは第１エアパイプ４６で接続され、該不純物除去装置４２と空調機４４とは第２エアパイプ４８で接続されている。該空調機４４と上記したクリーンルーム１４の各室のエア流入口に設置された各エアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａとは第３エアパイプ５０で接続されている。
【００１５】
該外調機４０はエア流入側にロールフィルタ９９、中性能フィルタ５２、エア流出側にファン５４を有している。該不純物除去装置４２は、ＮＯx及びＳＯxを除去するためのケミカルフィルタから構成されている。該空調機４４はエア流入側ファン５６、次にプレフィルタ９８、エア流出側に中性能フィルタ５８を有している。
【００１６】
上記のような構成を有する従来のクリーンルーム用空調設備１２においては、外気は外調機４０、不純物除去装置４２及び空調機４４を通り、ついで各エアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａを介して、ＣＶＤ処理室１６、ＣＶＤ炉本体１８、ＰＢＳ膜形成室２０、ＰＢＳ炉本体２２の内部にそれぞれ導入される。ＣＶＤ処理は一般的には、薄膜材料を構成する一種又は数種の化合物ガス、単体ガスをウェーハ上に供給し、気相又はウェーハ表面での化学反応により所望の薄膜を形成させる処理をいうが、例えばＰＢＳ膜を形成したウェーハ背面にシリコン酸化物を蒸着してエピタキシャル工程におけるＰＢＳ膜のエッチング及びオートドープを防止する処理として適用することができる。
【００１７】
各室に導入されたエアは、エアフィルタ２４ａを介して洗浄機２４に、さらにエアフィルタ２６ａを介して乾燥機２６に、エアフィルタ２８ａを介して保管用クリーンブース２８に、エアフィルタ３０ａを介してＣＶＤ装置３０に、エアフィルタ３２ａを介してＰＢＳ前洗浄機３２に、エアフィルタ３４ａを介して乾燥機３４に、エアフィルタ３６ａを介して保管用クリーンブース３６に、及びエアフィルタ３８ａを介してＰＢＳ装置３８内にそれぞれ導かれ、最後にエア排出用空間３９に排出される。但し、洗浄機２４，３２からは一部直接排気されＣＶＤ装置３０からは全量が排気される。エア排出用空間３９に排出されたエアは供給量全体の約８０％程度で、回収用パイプ４３を経て第２エアパイプ４８に戻されて再利用される。
【００１８】
このような従来のクリーンルーム用空調設備においては、エアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａにはＵＬＰＡフィルタ（例えば、日本無機株式会社製、ＮＭＯ−３２０）が用いられるのが通常である。このＵＬＰＡフィルタはボロンを除去する機能を有しないだけでなく、逆にボロンを放出するおそれがある。また、中性能フィルタ５２及び５８（例えば、日本無機株式会社製、ＡＳＴＣ−５６−９５）も同様にボロンを除去する機能を有しておらず、ボロンを放出するおそれのあるものである。したがって、このようなフィルタを組み込んだ従来のクリーンルーム用の空調設備ではクリーンルーム内の雰囲気中のボロン濃度を調整することは不可能であった。
【００１９】
さらに、ボロンレスフィルタ（ボロンを放出しないエアフィルタ）及びボロン吸着フィルタ（ボロンを吸着するフィルタ）は知られているが、これらのフィルタを効果的に使用してウェーハへのボロンの付着量を所定の値以下に効率よく抑える良好な方策についてはいまだ提案されていないのが現状である。結合型基板の製造におけるクリーンルーム内の雰囲気中のボロンの悪影響について言及した文献はあるが、具体的な除去設備を実現することの困難性について指摘している（例えば、特許第２７２３７８７号公報）のみで、ボロンの有効な除去とクリーンルーム内の雰囲気中のボロン量を所定の範囲内に管理することには言及していない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上述したウェーハ及びエピタキシャルウェーハについての問題点を解決するため、これらウェーハやエピタキシャルウェーハが接触する雰囲気中のボロン濃度と、その雰囲気中に置かれたこれらウェーハ表面に付着するボロンの量との間の関係を定量的に把握し、また、ボロンの付着量とそれによる各種の製品中のボロン濃度分布に与える影響を実験的に明らかにし、これらの知見に基づいて、環境からのボロンの汚染を抑制し、デバイス特性に悪影響を与えないシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハを安定して製造することに成功した。
【００２１】
本発明の第１の目的は、環境からのボロン汚染を抑制しデバイス特性に悪影響を与えない品質の安定したシリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ及びそれらの効果的な製造方法を提供することにある。
【００２２】
本発明者らは、さらに上記した従来のクリーンルーム空調設備の問題点を解決すべく、クリーンルーム（洗浄機、ウェーハ保管庫、成膜装置等を含む）内の空気をインピンジャーにて純水中に溶解させ、それをＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）にて分析する事により雰囲気中のボロン濃度を測定し、このボロン濃度とウェーハに吸着するボロン濃度の関係について鋭意検討を続けた結果、両者の間に一定の関係が存在することを見出すとともにクリーンルームの雰囲気中のボロン濃度を所定濃度以下に抑えることに成功した。
【００２３】
本発明の第２の目的は、ウェーハ上へのボロン汚染を安価に防ぐことができるようにした雰囲気調整装置、クリーンルーム及びクリーンルーム用空調設備を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するために、本シリコンウェーハの第１の態様は、表面の付着ボロンの量が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であることを特徴とする。
【００２５】
本シリコンウェーハの第２の態様は、深さ０．５μｍ迄の表面層内におけるボロン濃度の該表面層直下のバルクシリコン中のボロンの濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００２６】
本シリコンウェーハの第３の態様は、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である多結晶層を一方の主面に有することを特徴とする。
【００２７】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、単結晶シリコン基板の背面に多結晶シリコン層を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって基板の単結晶シリコンと多結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該近傍層に外接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であることを特徴とする。
【００２８】
本発明のシリコンウェーハの第４の態様は、ＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍0.5μｍ内の単結晶シリコン層中のボロン濃度の該層に接するバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるＣＶＤシリコン酸化物膜を一方の主面に有することを特徴とする。
【００２９】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、基板の背面にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンエピタキシャルウェーハであってＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍０．５μｍ内の単結晶シリコン基板中のボロン濃度の該層に接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００３０】
上記シリコンエピタキシャルウェーハにおいて、環境中のボロン汚染を有効に抑制し、多結晶層中のボロン濃度は、好ましくは５×１０14atoms/cm3以下、より好ましくは３×１０14atoms/cm3以下、最も好ましくは１×１０14atoms/cm3以下である。
【００３１】
本発明のシリコンウェーハの第１の態様は、単結晶シリコン層の一方の主面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンウェーハであって、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅０．５μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００３２】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、基板の背面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅０．５μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００３３】
上記シリコンウェーハにおいて、単結晶シリコンバルク中のボロンの濃度が１×１０16atoms/cm3以下である製品に対して特に有効である。
【００３４】
上記シリコンエピタキシャルウェーハにおいて、基板中のボロンの濃度が１×１０16atoms/cm3以下である製品に対して特に有効である。
【００３５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、ボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で処理、保管等の取り扱いを行うことを特徴とする。
【００３６】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で処理、保管等の取り扱いを行うことを特徴とする。
【００３７】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、多結晶シリコン層の形成をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００３８】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第２の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、多結晶シリコン層の形成をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００３９】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第３の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、ＣＶＤシリコン酸化物膜の成膜をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００４０】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第３の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ＣＶＤシリコン酸化物膜の成膜をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００４１】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第４の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、ボロンの付着量を１×１０10atoms/cm2以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とする。
【００４２】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第４の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ボロンの付着量を１×１０10atoms/cm2以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とする。
【００４３】
本雰囲気調整設備は、雰囲気中のボロン濃度を１５ｎｇ／ｍ3以下とすることを特徴とする。
【００４４】
本クリーンルームは、クリーンルームの雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下であることを特徴とする。
【００４５】
本クリーンルーム用空調設備は、ボロンレスフィルタとボロン吸着フィルタを有する空調機と、雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ 3 以下であるクリーンルームと、ボロンレスフィルタを有する１または複数のウェーハ処理装置とを有し、雰囲気ガスが該空調機と該クリーンルームと該ウェーハ処理装置の間を循環するように構成されたことを特徴とする。
【００４６】
上記クリーンルーム用空調設備において、ボロンレスフィルタとボロン吸着フィルタを設けるのが好ましい。
【００４７】
上記クリーンルーム用空調設備において、ウェーハ処理装置の内圧がクリーンルーム内圧より高く、該クリーンルーム内圧が外部圧より高く調整されるのが好適である。ここで外部圧とはクリーンルームの外側に隣接するサービスルーム（作業員の着替えや製品の搬入搬出等に用いられる部屋）や廊下における圧力をいい、外気圧ともいわれる。
【００４８】
本ウェーハの製造方法は、上記したウェーハを製造するにあたり、上記クリーンルーム用空調設備を用いて実施することを特徴とする。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面中、図１〜図３に基づいて説明するが、この実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の発明思想から逸脱しない限り、種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００５０】
図１は本発明による各種シリコンウェーハ製法の１例として背面ＰＢＳ膜付きシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を示すフローチャートで、図２はそのエピタキシャルウェーハの製造手順を示す説明図である。
【００５１】
図１において、１００はエピタキシャルウェーハ用の基板であるシリコンウェーハ製造工程で、シリコン単結晶インゴットを常法により、スライス、面取り、ラップ、エッチング、アニール等の各工程を経てシリコンウェーハＷが製造される。
【００５２】
所望に応じてこの段階でシリコンウェーハＷを取り出すことも可能であり、また、取り出したシリコンウェーハＷの片面もしくは両面を鏡面研磨して鏡面研磨シリコンウェーハを得ることも可能である。本発明においては、この鏡面研磨後の洗浄、乾燥、保管（包装）工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルーム中で行うことによって表面の付着ボロンの量が１×１０10atoms/cm2以下、あるいは深さ０．５μｍまでの表面層内におけるボロン濃度の該表面層直下のバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下といったボロン汚染のないシリコンウェーハを得ることができる。
【００５３】
１０２は、ＰＢＳ膜形成工程で、例えば真空度０．２〜１Torr、６００〜７００℃で原料のＳｉＨ4を分解して、上記基板シリコンウェーハに多結晶シリコンを析出させて、厚さ０．５〜２μｍのＰＢＳ膜６２を形成する。本発明においては、このＰＢＳ膜形成工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルーム中で行うのが特徴である。これによってシリコンウェーハＷと多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）６２の界面７０におけるボロン汚染を抑制することができる。
【００５４】
所望に応じて、この段階でシリコンウェーハＷを取り出すことも可能である。この場合、上記界面７０におけるボロン汚染を抑制、即ち、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるようにした多結晶シリコン層６２を設けたシリコンウェーハＷを得ることができる〔図２（ｂ）〕。
【００５５】
取り出したシリコンウェーハWの片面を鏡面研磨して背面に低ボロン汚染の多結晶シリコン層６２を設けた鏡面研磨シリコンウェーハを得ることも可能である。この得られたシリコンウェーハＷは、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下である多結晶シリコン層６２を背面に有するものである。
【００５６】
本発明においては、この鏡面研磨後の洗浄、乾燥、保管（包装）工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルーム中で行うことによって表面及び表面近傍にボロン汚染のない多結晶シリコン層付きのシリコンウェーハを得ることができる。この得られたシリコンウェーハWは、上記した多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面近傍のボロン濃度の低減に加えて、多結晶シリコン層６２の少なくとも一部におけるボロン濃度が５×１０14atoms/cm3以下である多結晶層を背面に有するものである。
【００５７】
１０４は、ＣＶＤシリコン酸化物膜の形成工程で、例えば大気圧下３８０〜５００℃でＳｉＨ4及び酸素を用い、シリコンウェーハＷの背面側のＰＢＳ膜６２の上にシリコン酸化物を析出させ、膜厚０．２〜２μｍのＣＶＤシリコン酸化物膜６４を形成する〔図２（ｃ）〕。本発明においては、このＣＶＤシリコン酸化物膜形成工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルームにおいて行うのが特徴である。
【００５８】
これによって、ＰＢＳ膜６２とＣＶＤシリコン酸化物膜６４の界面７２におけるボロン汚染を抑制、即ち、ＣＶＤシリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅0.5μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるようにすることができる。
【００５９】
ここで、所望に応じてＰＢＳ膜形成工程１０２を省略し、シリコンウェーハＷの背面側にＣＶＤシリコン酸化物膜６４を本発明の方法に従って直接形成することも可能である。このシリコンウェーハは、ＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍0.5μｍ内の単結晶シリコン層中のボロン濃度の該層に接するバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるＣＶＤシリコン酸化物膜を背面に有するものである。
【００６０】
このウェーハにエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハとすることも可能である。このエピタキシャルウェーハは、ＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍0.5μｍ内の単結晶シリコン基板中のボロン濃度の該層に接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるものである。
【００６１】
１０６は、エピタキシャル層成長工程で、シリコンウェーハＷの表面の多結晶シリコン層６２を例えば鏡面研磨によって除去した後〔図２（ｄ）〕、背面にＰＢＳ膜６２及びＣＶＤシリコン酸化物膜６４を有するシリコンウェーハＷの表面に例えば大気圧下1000〜1200℃でＳｉＨＣｌ3とＨ2の混合気体を流して厚さ３〜１５μmのエピタキシャル層６６を形成する。この時、界面７０，７２におけるボロン汚染が本発明の方法に従ってその付着量を１×１０10atoms/cm2以下に抑制されているとＰＢＳ膜６２へのボロン拡散は多結晶層中のボロン濃度（例えば３×１０14atoms/cm3）に影響を与えない。
【００６２】
１０８は、背面ＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハ取出し工程で、ボロン汚染が極力抑制された背面ＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハ６８を得ることができる〔図２（ｅ）〕。
【００６３】
次に、本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造を行うために好適に用いられる本クリーンルーム及びその空調設備の実施の形態を図３とともに説明する。
【００６４】
この実施の形態は１例として示されるもので、本発明の発明思想から逸脱しない限り、種々の変形が可能なことはいうまでもない。図３において図１１と同一の構成又は類似の構成は同一の符号によって示され、その構成作用についての再度の説明は省略する。
【００６５】
図３に示した本クリーンルーム用空調設備１２ａは、図１１に示した従来のクリーンルーム用空調設備１２とフィルタ構成以外は全く同様の構成であり、フィルタ構成以外については必要な場合を除いて再度の説明は省略する。
【００６６】
本クリーンルーム用空調設備１２ａの眼目は、従来設備１２におけるエアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａに代えてボロンレスフィルタ１６ｘ，１６ｙ，１８ｘ，２０ｘ，２０ｙ，２２ｘ，２４ｘ，２６ｘ，２８ｘ，３０ｘ，３２ｘ，３４ｘ，３６ｘ，３８ｘを用い、さらに中性能フィルタ５２，５８に代えてボロンレス中性能フィルタ５２ｘ，５８ｘを用い、プレフィルタ９８、ロールフィルタ９９に代えてボロンレスプレフィルタ９８ｘ、ボロンレスロールフィルタ９９ｘを用い、その上、外調機４０のボロンレス中性能フィルタ５２ｘの下流側にボロン吸着フィルタ４０ｘを設け、空調機４４のボロンレス中性能フィルタ５８ｘの下流側にボロン吸着フィルタ４４ｘを設けたことである。
【００６７】
上記のような構成を有する本クリーンルーム用空調設備１２ａにおいては、外気は外調機４０、不純物除去装置４２及び空調機４４を通り、ついで各ボロンレスフィルタ１６ｘ、１６ｙ、１８ｘ、２０ｘ、２０ｙ、２２ｘを介して、ＣＶＤ処理室１６、ＣＶＤ炉体室１８、ＰＢＳ膜形成室２０、ＰＢＳ炉体室２２の内部にそれぞれ導入される。
【００６８】
各室に導入されたエアは、ボロンレスフィルタ２４ｘを介して洗浄機２４に、さらにボロンレスフィルタ２６ｘを介して乾燥機２６に、ボロンレスフィルタ２８ｘを介して保管用クリーンブース２８に、ボロンレスフィルタ３０ｘを介してＣＶＤ装置３０に、ボロンレスフィルタ３２ｘを介してＰＢＳ前洗浄機３２に、ボロンレスフィルタ３４ｘを介して乾燥機３４に、ボロンレスフィルタ３６ｘを介して保管用クリーンブース３６に、及びボロンレスフィルタ３８ｘを介してＰＢＳ装置３８内にそれぞれ導かれ、最後にエア排出用空間３９に排出される。
【００６９】
例えば、洗浄機２４，３２からは一部のエアは直接排気され、ＣＶＤ装置３０からは全て排気される。エア排出用空間３９に達したエアは供給量全体の約８０％となり、回収用パイプ４３を通って第２エアパイプ４８に戻され、再利用される。
【００７０】
上記したような本クリーンルーム用空調設備１２ａを用いることによって、クリーンルーム１４内の雰囲気のボロン濃度を１５ｎｇ／ｍ3以下に設定することが可能である。
【００７１】
上記ボロンレスエアフィルタ１６ｘ，１６ｙ，１８ｘ，２０ｘ，２０ｙ，２２ｘとしては、具体的にはボロンフリーＵＬＰＡフィルタ（日本無機株式会社製、ＡＴＭＭＦ−３１−Ｐ−Ｂ）を用い、ボロンレス中性能フィルタ５２ｘ，５８ｘとしては、ボロンレス中性能フィルタ（日本無機株式会社製、ＥＭＬ−５６−９０）を用い、ボロンレスロールフィルタ９９xとしては（日本無機株式会社製、ＤＳＲ−３４０Ｒ−ＴＨ−Ｃ−２）を用い、さらにボロン吸着フィルタ４０ｘ，４４ｘとしては、ボロン吸着フィルタ（日本無機株式会社製、ＡＣＳ−３１−Ｑ−ｂ）を用いればよい。
【００７２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるものではないことはいうまでもない。
【００７３】
（実験例１：ボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気の形成）
図３に示したクリーンルーム用空調設備（各フィルタとしては、具体例として例示した製品名のものを使用した）を用い、外調機の風量を７０００m3/hr、圧力を大気圧に対し２０〜３０mmＨ2Ｏの加圧、空調機の風量を３７５００m3/hr、圧力を大気圧に対し２５〜３５mmＨ2Ｏの加圧とし、及びクリーンルームの室内圧を外部圧に対し３．０〜４．０mmＨ2Ｏ高い圧力に設定し、フィルタ前後のボロン濃度を測定した。その結果を表１に示したように、フィルタ後のエア中のボロン濃度はいずれも１５ng/m3以下に制御されていた。また、クリーンルーム内のパーティクルは０であった。
【００７４】
【表１】
【００７５】
なお、空気中のボロン濃度の測定は次のように行なった。
ボロン回収方法：
・純水溶解（インピンジャーを用いたエア吸引方式）
・サンプリング前回収用純水量−−２０ml
・サンプリング後回収純水量−−−約１７．５ml
・吸引流量−−−−−−−−−１リットル/min
・吸引時間−−−−−−−−−４hrs
・ボロン分析法：ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）
・使用機器−− MICROMASS社製、PLASMATRACE 2
空気中のボロン濃度は、測定値に測定液量を乗じて質量を求め、採気量で除することにより算出した。
【００７６】
（実施例１：実験例１の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成処理）
〈試料〉
シリコンウェーハ、直径２００mm、ＣＺ−Ｐ型、８−１５Ω・cm、結晶軸〈１００〉
〈ＰＢＳ膜形成工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→希フッ酸洗浄→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→スピン乾燥
ＰＢＳ処理：（温度）６５０℃、（時間）３．５時間、（反応ガス）モノシラン、（膜厚）１．２μｍ
【００７７】
実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、上記試料を用い、上記条件にてＰＢＳ膜形成を行った。試料中のボロン濃度の測定をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy, 二次イオン質量分析装置：ＩＭＳ−４Ｆ、メーカー：仏カメカ社）を用いて行い、その結果を図４に示した。図４から明らかなように、ＰＢＳ膜中のボロン濃度は１×１０14atoms/cm3以下であり、ＰＢＳ膜と基板シリコンの境界を含む幅１μmの界面近傍層内におけるボロン濃度（約６×１０14atoms/cm3）はこの近傍層に外接する基板単結晶シリコン中のボロン濃度（約１×１０15atoms/cm3）より低く（増分はマイナス）、同じく外接するＰＢＳ層中のボロン濃度（約１×１０14atoms/cm3）に対して、その差は５×１０14atoms/cm3である。
【００７８】
（比較例１：従来の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成）
従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例１と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行った。試料中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行って、その結果を図５に示した。図４と図５のボロン濃度の分布の差が雰囲気中のボロン濃度の差に基づくボロンによる汚染の影響を示しており、図５ではＰＢＳ膜中のボロン濃度は界面近傍で急激に上昇して、最大値は約６×１０16atoms/cm3でありＰＢＳ層と基板シリコンとの境界を含む幅１μmの界面近傍層内のボロン濃度は約３×１０16atoms/cm3で外接するＰＢＳ層及びシリコン単結晶に対する濃度の増加は１×１０15atoms/cm3をはるかに超えている。
【００７９】
（実施例２：実験例１の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋ＣＶＤ処理）
〈試料〉
シリコンウェーハ、直径２００mm、ＣＺ−Ｐ型、８−１５Ω・cm、結晶軸〈１００〉
〈ＰＢＳ膜形成工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→希フッ酸洗浄→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→スピン乾燥
ＰＢＳ膜形成：（温度）６５０℃、（時間）３．５時間、（反応ガス）モノシラン 、（膜厚）１．２μｍ
【００８０】
〈ＣＶＤ処理工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→希フッ酸洗浄→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→スピン乾燥
ＣＶＤ処理：（温度）４３０℃、（時間）１０分、（反応ガス）▲１▼モノシラン、▲２▼酵素、（膜厚）０．３μｍ
〈エピタキシャル工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→ＩＰＡ乾燥
エピタキシャル処理：（温度）１１００℃、（時間）１０分、（反応ガス）▲１▼トリクロロシラン▲２▼水素、（膜厚）５．０μｍ
【００８１】
実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、上記試料を用い、上記条件にてＰＢＳ膜形成及びＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ溶液で溶解除去した後、試料のＰＢＳ膜及び基板単結晶シリコン中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図６に示した。
【００８２】
図６から明らかなように、ボロンがエピタキシャル膜形成時の加熱によって基板単結晶シリコンからＰＢＳ膜中に拡散していることが認められるが、ＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μmの間のボロン濃度は約６×１０14atoms/cm3で外接するＰＢＳ膜中のボロン濃度（約１×１０14atoms/cm3）に対し、その増分は１×１０15atoms/cm3より少なく、又外接する単結晶シリコン中のボロン濃度（約１×１０15atoms/cm3）よりむしろ低く、ウェーハの処理中におけるボロンの汚染のレベルは低く抑えられていることが確認された。
【００８３】
（比較例２：従来の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋実験例１の雰囲気下におけるＣＶＤ処理）
従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例２と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行い、次に実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、実施例２と同一の条件にてＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ溶液で溶解除去した後、試料のＰＢＳ膜と基板単結晶シリコン中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図７に示した。
【００８４】
図７から明らかなように、ＰＢＳ膜形成処理の前に試料の基板単結晶シリコンウェーハ表面に雰囲気中のボロンが付着し、これがエピタキシャル膜形成の際の加熱によってＰＢＳ膜中及び基板単結晶シリコン中に拡散するがＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μmの界面近傍層内のボロン濃度は平均約３×１０16atoms/cm3で外接する基板単結晶シリコン中の平均ボロン濃度約１．２×１０15atoms/cm3及び外接するＰＢＳ膜中の平均ボロン濃度１×１０16atoms/cm3に対し大幅に高い値を示している。
【００８５】
ＰＢＳ膜の厚さ０μm、すなわち、ＣＶＤシリコン酸化物膜との境界のボロン濃度は４×１０14atoms/cm3でＣＶＤシリコン酸化物膜形成段階での雰囲気中のボロン濃度を１５ng/m3以下に抑制した結果、ＰＢＳ膜中のボロン濃度１×１０14atoms/cm3に近い値に抑制されていることが示される。
【００８６】
（比較例３：実験例１の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋従来の雰囲気下におけるＣＶＤ処理）
実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、実施例２と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行い、次に従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例２と同一の条件にてＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ水溶液で溶解除去した後、試料ＰＢＳ膜および基板単結晶シリコン中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図８に示した。
【００８７】
図８から明らかなように、ボロン濃度の高い雰囲気中に付着したボロンがＰＢＳ膜とＣＶＤシリコン酸化物膜の界面（図中深さ０μｍ）側からＰＢＳ膜内へ拡散し、深さ０．５μｍまでのボロンの平均濃度は２×１０15atoms/cm3と高い値を示し、深さ０．５μｍ以上のＰＢＳ膜中のボロンの平均濃度約８×１０14atoms/cm3に対し大幅に増加している。一方、ＰＢＳ膜形成は雰囲気中のボロンの濃度を１５ng/cm3以下に抑えた状態で行ったので、ＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μｍの中のボロンの平均濃度は約１．５×１０15atoms/cm3であり、外接する単結晶シリコン中のボロンの平均濃度（約２×１０15atoms/cm3）以下の値に抑制されている。
【００８８】
すなわち、基板単結晶シリコン表面に付着したボロン量は所定のボロン濃度に対し殆ど影響を与えない程度に少なく、ＰＢＳ膜中へこの界面から拡散するボロンもＰＢＳ膜形成時の膜中のボロン濃度にほとんど影響を与えないことが知られる。
【００８９】
（比較例４：従来の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋ＣＶＤ処理）
従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例２と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行い、次にその従来の雰囲気下のまま、実施例２と同一の条件にてＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ水溶液で溶解除去した後、試料中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図９に示した。
【００９０】
図９から明らかなように、ＰＢＳ膜中のボロン濃度はＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界からの付着ボロンの拡散とＣＶＤシリコン酸化物膜とＰＢＳ膜との界面（図中深さ０μｍ）からの付着ボロンの拡散によって、図７及び図８と比較しておよそ１桁以上の高い値を示しており、ＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μｍの間のボロンの平均濃度（約４×１０15atoms/cm3）は外接する基板単結晶シリコン中のボロンの平均濃度（約１．５×１０15atoms/cm3）に対し、およそ２．５×１０15atoms/cm3も増加している。
【００９１】
また、上記の実施例と比較例から明らかなように、雰囲気中のボロン濃度を１５ng/m3以下に抑制して形成したＰＢＳ膜中のボロン濃度は膜の少なくとも一部において３×１０14atoms/cm3以下であることが知られる。
【００９２】
なお、図４〜図９において、中央の縦線は界面で、界面の左側はＰＢＳ膜、右側は基板単結晶シリコンである。図７、図８及び図９において、符号１２０はエピタキシャル層成長工程でのボロンの拡散方向を示す。
【００９３】
（比較例５）
図１１に示した従来のクリーンルーム空調設備（外調機ロールフィルタ：日本無機株式会社製ＡＴ−２００−ＫＳ、外調機中性能フィルタ：日本無機株式会社製ＡＳＴＣ−５６−９５、空調機プレフィルタ：日本無機株式会社製ＤＳ−６００−３１−ＲＥＡ−２０、空調機中性能フィルタ：日本無機株式会社製ＡＳＴＣ−５６−９５、クリーンルーム内ＵＬＰＡ：日本無機株式会社製ＮＭＯ−３２０）を用い、外調機の風量７０００m3/hrでその圧力を大気圧に対し１０〜２０mmＨ2Ｏの加圧状態、空調機の風量３７５００m3/hrでその圧力は大気圧に対し１５〜２５mmＨ2Ｏの加圧状態及びクリーンルームの室内圧を外部圧に対し３．０〜４．０mmH2Ｏ高い圧力に設定し、フィルタ前後のエア中のボロン濃度を実施例１と同様に測定し、表２に示した。
【００９４】
表２の結果から明らかなごとく、従来設備によれば、フィルタ後のエア中のボロン濃度を１５ng/m3以下に制御することは不可能であった。なお、クリーンルーム内のパーティクルは０であった。さらに、このクリーンルーム雰囲気中でウェーハ処理を行なったところ、ウェーハに吸着するボロン濃度を１×１０15atoms/cm3以下に低減することは不可能であった。
【００９５】
【表２】
【００９６】
(実験例２)
実施例２と同様のシリコンウェーハに対して同様の条件で前洗浄を施した後、クリーンルーム（相対湿度：３０〜５０%、温度：２５℃±３℃、圧力：外部圧＋３〜５mmAq、ボロン濃度：６０ng/m3）内に２時間放置した場合の放置時間とウェーハ表面のボロンの付着量の関係をＳＩＭＳ（装置：ＩＭＳ−４Ｆ、メーカー：仏カメカ社）を用いて調べ、図１２に示した。図１２から明らかなように、放置時間が１時間を越えると、ボロンの付着量が飽和状態となることを確認した。
【００９７】
（実験例３）
室内雰囲気中のボロン濃度を５、１０、３０及び６０ng/m3の４段階に変化させた点を除いて実験例２の雰囲気と同一条件のクリーンルーム内に実験例２と同様のウェーハを２時間放置し、それぞれの場合のウェーハ表面のボロンの付着量（atoms/cm2）を実験例２と同様にＳＩＭＳを用いて測定し、両者の間の関係を図１３に示すように定量的に把握した。図１３に明示されるように、環境雰囲気中のボロン濃度を１５ng/m3以下とすれば、ウェーハ表面のボロン付着量が１×１０10atoms/cm2以下に抑制されることがわかった。
【００９８】
以上の実施例および比較例ではボロンが比較的低濃度にドープされたｐ型シリコンウェーハを用いたが、本発明はこれに限らずリンやヒ素、アンチモン等をドープしたｎ型のシリコンウェーハでも本発明は有効である。
【００９９】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハでは、表面、ＰＢＳ膜、基板単結晶シリコン、ＰＢＳ膜とＣＶＤシリコン酸化物膜、基板単結晶シリコンとエピタキシャル層との界面のボロン汚染量が所定濃度以下に抑制されているため、品質が安定し、デバイス特性に悪影響を与えることがないという効果が達成される。
【０１００】
本発明のシリコンウェーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、本発明の品質の安定したシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハを安価でかつ効率よく製造できる利点がある。
【０１０１】
本発明の雰囲気調整設備及びクリーンルームによれば、雰囲気及びクリーンルーム雰囲気中のボロン濃度が所望濃度以下に制御されているので、ウェーハ上へのボロン付着を極めて低く抑えることができる。また、本発明のクリーンルーム用空調設備によれば、クリーンルーム雰囲気中のボロン濃度を大幅に低減することができ、ボロンによる汚染を抑制した各種のシリコンウェーハ、あるいはエピタキシャルウェーハを安定して生産できるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】 本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造手順を示す説明図で、（ａ）はシリコンウェーハ、（ｂ）はシリコンウェーハに多結晶シリコン層を形成した状態、（ｃ）は（ｂ）のシリコンウェーハの背面の多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）上にさらにＣＶＤシリコン酸化物膜を形成した状態、（ｄ）はシリコンウェーハの表面の多結晶シリコン層を除去した状態及び（ｅ）は（ｄ）の状態からシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成した状態をそれぞれ示す。
【図３】 本クリーンルーム用空調設備を示す概略説明図である。
【図４】 実施例１における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図５】 比較例１における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図６】 実施例２における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図７】 比較例２における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図８】 比較例３における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図９】 比較例４における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図１０】 従来のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造手順を示す説明図で、（ａ）はシリコンウェーハ、（ｂ）はシリコンウェーハに多結晶シリコン層を形成した状態、（ｃ）は（ｂ）のシリコンウェーハの背面の多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）上にさらにＣＶＤシリコン酸化物膜を形成した状態、（ｄ）はシリコンウェーハの表面の多結晶シリコン層を除去した状態及び（ｅ）は（ｄ）の状態からシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成した状態をそれぞれ示す。
【図１１】 従来のクリーンルーム用空調設備の一例を示す概略説明図である。
【図１２】 実験例２におけるウェーハの放置時間とウェーハボロン付着量との関係を示すグラフである。
【図１３】 実験例３における環境雰囲気中のボロン濃度とシリコンウェーハ表面におけるボロン付着量の関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、品質の安定したシリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ及びそれらの製造方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
デバイス製作工程における加熱処理によって材料のシリコンウェーハの電気特性がシリコンウェーハ中の不純物元素やシリコンウェーハに付着した不純物元素によって変化し、これがデバイス不良の原因となるので、これを避ける事はデバイスの高度化と共にますます重要となり、デバイス生産における大きな課題となっている。
【０００３】
その方策の一つとして、図１０に示すごとく、シリコンウェーハＷの背面に多結晶シリコン層〔ＰＢＳ(Poly Back Seal)膜〕６２を形成し、このＰＢＳ膜中に存在する結晶粒界を不純物元素の吸収源として利用する方法が実用化されており、背面にＰＢＳ膜を形成した、所謂ＰＢＳ膜付きのウェーハやエピタキシャルウェーハが製品として利用されている。
【０００４】
IIIＢ族元素の中の特にボロンはシリコンにＰ型導電性を賦与し、かつその導電率を所定の値に調整するために、積極的に活用されるが、他方、シリコンウェーハを取り扱う雰囲気やウェーハの処理工程で用いられる装置、材料等からウェーハに付着するボロンは熱処理工程中にシリコンウェーハ内部に拡散し、ウェーハの所定の電気特性を乱す外乱要因となるので、雰囲気やこれらの装置、材料等からのボロンによる汚染は極力防止することが求められる。
【０００５】
仮にシリコンウェーハ表面に１×１０10atoms/cm2のボロンが付着した場合、これがウェーハ表面から内部（深さ１μｍ程度）に拡散すると、電気抵抗率の値で数ohm・cmに相当するので、バルクの電気抵抗率の値が１ohm・cm以上のウェーハでは、デバイスが作り込まれるウェーハ表面層の電気特性にかなりの変動を来す。
【０００６】
また、ＰＢＳ膜付きウェーハや同じくＰＢＳ膜付きエピタキシャルウェーハの場合には、ＰＢＳ膜を形成するべきウェーハ表面に付着したボロンはＰＢＳ膜形成工程やその後のエピタキシャル層成長工程での加熱処理の際に主にＰＢＳ膜中に拡散する。また、エピタキシャル層を成長させるべき基板面にボロンが付着すると層の成長時の加熱によってこれらのボロン元素は基板とエピタキシャル層の界面からそれぞれの内部へ拡散する。これらが原因で基板の電気抵抗率が数ohm・cm以上のエピタキシャルウェーハを用いるデバイスで所定の特性が得られないことが起こることがある。
【０００７】
さらに、エピタキシャルウェーハの製造におけるエピタキシャル層成長時には、背面のＰＢＳ膜が特にウェーハ周縁部において、成長室内の成分ガスによってエッチングされて膜厚の不整化や表面の荒れが生じることがあり、これを防止する目的でＰＢＳ膜の上にさらにＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってシリコン酸化物の膜（ＣＶＤシリコン酸化物膜）を形成することが行われるが、このＣＶＤ工程においても前述と同様にボロンによる汚染が生じると、この工程、ならびにその後のエピタキシャル層成長工程におけるウェーハの温度上昇によって付着したボロンは主としてＰＢＳ中に拡散し、前述と同様、デバイス特性に悪影響を与える。
【０００８】
上述した従来の問題点をＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハの場合を例にとってさらに具体的に説明する。図１０は従来のＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハの製造工程を示す説明図で、（ａ）はシリコンウェーハＷ、（ｂ）はシリコンウェーハＷに多結晶シリコン層６２を形成した状態、（ｃ）は次のエピタキシャル層成長工程における上述したエッチングを防止するため（ｂ）のシリコンウェーハＷの背面の多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）６２上にさらにＣＶＤシリコン酸化物膜６４を形成した状態、（ｄ）はシリコンウェーハの表面の多結晶シリコン層６２を鏡面研磨により除去した状態及び（ｅ）は（ｄ）の状態からシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層６６を形成した状態をそれぞれ示す。
【０００９】
この従来の背面ＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハの製造においては、まず、シリコンウェーハＷと多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）６２の界面７０にボロンＢが付着し、汚染が発生する〔図１０（ｂ）〕。次に、多結晶シリコン層６２とＣＶＤ膜６４の界面７２にボロンＢの汚染が発生する〔図１０（ｃ）〕。シリコンウェーハＷの表面の多結晶シリコン層６２を除去した後〔図１０（ｄ）〕、さらに、エピタキシャル層成長工程（高温熱処理）を経ると、それぞれの界面７０，７２に存在していたボロンＢは主としてＰＢＳ膜６２の内部に拡散し、ＰＢＳ膜６２の全体を汚染し、ボロン汚染されたＰＢＳ膜６２ａとなってしまう〔図１０（ｅ）〕。
【００１０】
一方、従来の半導体ウェーハの処理、例えば洗浄、搬送、保管、成膜等を行うクリーンルーム等（洗浄機、ウェーハ保管庫、成膜装置等を含む）では、ウェーハに接触する雰囲気中に存在するボロンがウェーハ表面にどの程度付着するかについて両者の間の定量的な関係は全く不明であった。よって、ウェーハに接触する雰囲気中のボロン濃度をどのような値に管理すればウェーハ上に付着するボロン量をデバイス特性を阻害しない値以下に抑制することができるかが全く不明で高品質ウェーハの製造におけるボロン汚染の防止を効果的に実施することが困難であった。すなわち、工程中のウェーハ上に付着したボロン量の測定には多大な時間を要するため、その結果を装置側に直ちにフィードバックできず、ボロン汚染を防止するための管理をオンラインで実施することが不可能であった。したがって、ウェーハ上のボロン量の測定によってボロン汚染防止の管理を行っている限り、安定した品質のウェーハを作ることは困難であった。
【００１１】
また、従来の半導体ウェーハの処理、例えば洗浄、搬送、保管、成膜等を行うクリーンルーム（洗浄機、ウェーハ保管庫、成膜装置等を含む）において使用するエアフィルタは、一般にガラス繊維でできており、ウェーハの処理の際に雰囲気中にフッ化水素ガス等の腐食性ガスが存在すると、この付着によりボロンが雰囲気中に溶出することが知られている。
【００１２】
たとえば、クリーンルームの空調設備としては、図１１に示すような構成が使われている。図１１において１２はクリーンルーム１４を構成する空調設備で、該クリーンルーム１４内には各種のウェーハ処理室、図示例の場合には、ＣＶＤ処理室１６、ＣＶＤ炉体室１８、ＰＢＳ膜形成室２０、ＰＢＳ炉体室２２が設けられている。上記各室１６，１８，２０，２２には１又は複数のエア流入口が設けられており、各エア流入口にはエアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａが設置されている。
【００１３】
それぞれのウェーハ処理室には各種のウェーハ処理装置が配備されている。例えば、該ＣＶＤ処理室１６には、ＣＶＤ処理前洗浄機２４、乾燥機２６及び保管用クリーンブース２８が配備されている。該ＣＶＤ炉体室１８には、ＣＶＤ装置３０が配置されている。該ＰＢＳ膜形成室２０には、ＰＢＳ膜形成前洗浄機３２、乾燥機３４及び保管用クリーンブース３６が配備されている。該ＰＢＳ炉体室２２には、ＰＢＳ装置３８が配置されている。上記各装置２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，３８のエア流入口にはエアフィルタ２４ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａが設置されている。３９はクリーンルーム１４の下流側に設けられたエアの排出用空間である。該エア排出用空間３９は回収用パイプ４３に接続されている。
【００１４】
該クリーンルーム１４の上流側には、上流から下流に向かって外調機４０、不純物除去装置４２及び空調機４４が直列状に配置されている。該外調機４０と不純物除去装置４２とは第１エアパイプ４６で接続され、該不純物除去装置４２と空調機４４とは第２エアパイプ４８で接続されている。該空調機４４と上記したクリーンルーム１４の各室のエア流入口に設置された各エアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａとは第３エアパイプ５０で接続されている。
【００１５】
該外調機４０はエア流入側にロールフィルタ９９、中性能フィルタ５２、エア流出側にファン５４を有している。該不純物除去装置４２は、ＮＯx及びＳＯxを除去するためのケミカルフィルタから構成されている。該空調機４４はエア流入側ファン５６、次にプレフィルタ９８、エア流出側に中性能フィルタ５８を有している。
【００１６】
上記のような構成を有する従来のクリーンルーム用空調設備１２においては、外気は外調機４０、不純物除去装置４２及び空調機４４を通り、ついで各エアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａを介して、ＣＶＤ処理室１６、ＣＶＤ炉本体１８、ＰＢＳ膜形成室２０、ＰＢＳ炉本体２２の内部にそれぞれ導入される。ＣＶＤ処理は一般的には、薄膜材料を構成する一種又は数種の化合物ガス、単体ガスをウェーハ上に供給し、気相又はウェーハ表面での化学反応により所望の薄膜を形成させる処理をいうが、例えばＰＢＳ膜を形成したウェーハ背面にシリコン酸化物を蒸着してエピタキシャル工程におけるＰＢＳ膜のエッチング及びオートドープを防止する処理として適用することができる。
【００１７】
各室に導入されたエアは、エアフィルタ２４ａを介して洗浄機２４に、さらにエアフィルタ２６ａを介して乾燥機２６に、エアフィルタ２８ａを介して保管用クリーンブース２８に、エアフィルタ３０ａを介してＣＶＤ装置３０に、エアフィルタ３２ａを介してＰＢＳ前洗浄機３２に、エアフィルタ３４ａを介して乾燥機３４に、エアフィルタ３６ａを介して保管用クリーンブース３６に、及びエアフィルタ３８ａを介してＰＢＳ装置３８内にそれぞれ導かれ、最後にエア排出用空間３９に排出される。但し、洗浄機２４，３２からは一部直接排気されＣＶＤ装置３０からは全量が排気される。エア排出用空間３９に排出されたエアは供給量全体の約８０％程度で、回収用パイプ４３を経て第２エアパイプ４８に戻されて再利用される。
【００１８】
このような従来のクリーンルーム用空調設備においては、エアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａにはＵＬＰＡフィルタ（例えば、日本無機株式会社製、ＮＭＯ−３２０）が用いられるのが通常である。このＵＬＰＡフィルタはボロンを除去する機能を有しないだけでなく、逆にボロンを放出するおそれがある。また、中性能フィルタ５２及び５８（例えば、日本無機株式会社製、ＡＳＴＣ−５６−９５）も同様にボロンを除去する機能を有しておらず、ボロンを放出するおそれのあるものである。したがって、このようなフィルタを組み込んだ従来のクリーンルーム用の空調設備ではクリーンルーム内の雰囲気中のボロン濃度を調整することは不可能であった。
【００１９】
さらに、ボロンレスフィルタ（ボロンを放出しないエアフィルタ）及びボロン吸着フィルタ（ボロンを吸着するフィルタ）は知られているが、これらのフィルタを効果的に使用してウェーハへのボロンの付着量を所定の値以下に効率よく抑える良好な方策についてはいまだ提案されていないのが現状である。結合型基板の製造におけるクリーンルーム内の雰囲気中のボロンの悪影響について言及した文献はあるが、具体的な除去設備を実現することの困難性について指摘している（例えば、特許第２７２３７８７号公報）のみで、ボロンの有効な除去とクリーンルーム内の雰囲気中のボロン量を所定の範囲内に管理することには言及していない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、上述したウェーハ及びエピタキシャルウェーハについての問題点を解決するため、これらウェーハやエピタキシャルウェーハが接触する雰囲気中のボロン濃度と、その雰囲気中に置かれたこれらウェーハ表面に付着するボロンの量との間の関係を定量的に把握し、また、ボロンの付着量とそれによる各種の製品中のボロン濃度分布に与える影響を実験的に明らかにし、これらの知見に基づいて、環境からのボロンの汚染を抑制し、デバイス特性に悪影響を与えないシリコンウェーハ及びエピタキシャルウェーハを安定して製造することに成功した。
【００２１】
本発明の第１の目的は、環境からのボロン汚染を抑制しデバイス特性に悪影響を与えない品質の安定したシリコンウェーハ、エピタキシャルウェーハ及びそれらの効果的な製造方法を提供することにある。
【００２２】
本発明者らは、さらに上記した従来のクリーンルーム空調設備の問題点を解決すべく、クリーンルーム（洗浄機、ウェーハ保管庫、成膜装置等を含む）内の空気をインピンジャーにて純水中に溶解させ、それをＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）にて分析する事により雰囲気中のボロン濃度を測定し、このボロン濃度とウェーハに吸着するボロン濃度の関係について鋭意検討を続けた結果、両者の間に一定の関係が存在することを見出すとともにクリーンルームの雰囲気中のボロン濃度を所定濃度以下に抑えることに成功した。
【００２３】
本発明の第２の目的は、ウェーハ上へのボロン汚染を安価に防ぐことができるようにした雰囲気調整装置、クリーンルーム及びクリーンルーム用空調設備を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するために、本シリコンウェーハの第１の態様は、表面の付着ボロンの量が１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下であることを特徴とする。
【００２５】
本シリコンウェーハの第２の態様は、深さ０．５μｍ迄の表面層内におけるボロン濃度の該表面層直下のバルクシリコン中のボロンの濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００２６】
本シリコンウェーハの第３の態様は、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である多結晶層を一方の主面に有することを特徴とする。
【００２７】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、単結晶シリコン基板の背面に多結晶シリコン層を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって基板の単結晶シリコンと多結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該近傍層に外接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であることを特徴とする。
【００２８】
本発明のシリコンウェーハの第４の態様は、ＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍0.5μｍ内の単結晶シリコン層中のボロン濃度の該層に接するバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるＣＶＤシリコン酸化物膜を一方の主面に有することを特徴とする。
【００２９】
本シリコンエピタキシャルウェーハの第１の態様は、基板の背面にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンエピタキシャルウェーハであってＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍０．５μｍ内の単結晶シリコン基板中のボロン濃度の該層に接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００３０】
上記シリコンエピタキシャルウェーハにおいて、環境中のボロン汚染を有効に抑制し、多結晶層中のボロン濃度は、好ましくは５×１０14atoms/cm3以下、より好ましくは３×１０14atoms/cm3以下、最も好ましくは１×１０14atoms/cm3以下である。
【００３１】
本発明のシリコンウェーハの第１の態様は、単結晶シリコン層の一方の主面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンウェーハであって、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅０．５μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００３２】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの第２の態様は、基板の背面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅０．５μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする。
【００３３】
上記シリコンウェーハにおいて、単結晶シリコンバルク中のボロンの濃度が１×１０16atoms/cm3以下である製品に対して特に有効である。
【００３４】
上記シリコンエピタキシャルウェーハにおいて、基板中のボロンの濃度が１×１０16atoms/cm3以下である製品に対して特に有効である。
【００３５】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第１の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、ボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で処理、保管等の取り扱いを行うことを特徴とする。
【００３６】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第１の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で処理、保管等の取り扱いを行うことを特徴とする。
【００３７】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第２の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、多結晶シリコン層の形成をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００３８】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第２の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、多結晶シリコン層の形成をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００３９】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第３の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、ＣＶＤシリコン酸化物膜の成膜をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００４０】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第３の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ＣＶＤシリコン酸化物膜の成膜をボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
【００４１】
本発明のシリコンウェーハの製造方法の第４の態様は、上記したシリコンウェーハを製造するにあたり、ボロンの付着量を１×１０10atoms/cm2以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とする。
【００４２】
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の第４の態様は、上記したシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ボロンの付着量を１×１０10atoms/cm2以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とする。
【００４３】
本雰囲気調整設備は、雰囲気中のボロン濃度を１５ｎｇ／ｍ3以下とすることを特徴とする。
【００４４】
本クリーンルームは、クリーンルームの雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下であることを特徴とする。
【００４５】
本クリーンルーム用空調設備は、ボロンレスフィルタとボロン吸着フィルタを有する空調機と、雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ 3 以下であるクリーンルームと、ボロンレスフィルタを有する１または複数のウェーハ処理装置とを有し、雰囲気ガスが該空調機と該クリーンルームと該ウェーハ処理装置の間を循環するように構成されたことを特徴とする。
【００４６】
上記クリーンルーム用空調設備において、ボロンレスフィルタとボロン吸着フィルタを設けるのが好ましい。
【００４７】
上記クリーンルーム用空調設備において、ウェーハ処理装置の内圧がクリーンルーム内圧より高く、該クリーンルーム内圧が外部圧より高く調整されるのが好適である。ここで外部圧とはクリーンルームの外側に隣接するサービスルーム（作業員の着替えや製品の搬入搬出等に用いられる部屋）や廊下における圧力をいい、外気圧ともいわれる。
【００４８】
本ウェーハの製造方法は、上記したウェーハを製造するにあたり、上記クリーンルーム用空調設備を用いて実施することを特徴とする。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面中、図１〜図３に基づいて説明するが、この実施の形態は例示的に示されるもので、本発明の発明思想から逸脱しない限り、種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００５０】
図１は本発明による各種シリコンウェーハ製法の１例として背面ＰＢＳ膜付きシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を示すフローチャートで、図２はそのエピタキシャルウェーハの製造手順を示す説明図である。
【００５１】
図１において、１００はエピタキシャルウェーハ用の基板であるシリコンウェーハ製造工程で、シリコン単結晶インゴットを常法により、スライス、面取り、ラップ、エッチング、アニール等の各工程を経てシリコンウェーハＷが製造される。
【００５２】
所望に応じてこの段階でシリコンウェーハＷを取り出すことも可能であり、また、取り出したシリコンウェーハＷの片面もしくは両面を鏡面研磨して鏡面研磨シリコンウェーハを得ることも可能である。本発明においては、この鏡面研磨後の洗浄、乾燥、保管（包装）工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルーム中で行うことによって表面の付着ボロンの量が１×１０10atoms/cm2以下、あるいは深さ０．５μｍまでの表面層内におけるボロン濃度の該表面層直下のバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下といったボロン汚染のないシリコンウェーハを得ることができる。
【００５３】
１０２は、ＰＢＳ膜形成工程で、例えば真空度０．２〜１Torr、６００〜７００℃で原料のＳｉＨ4を分解して、上記基板シリコンウェーハに多結晶シリコンを析出させて、厚さ０．５〜２μｍのＰＢＳ膜６２を形成する。本発明においては、このＰＢＳ膜形成工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルーム中で行うのが特徴である。これによってシリコンウェーハＷと多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）６２の界面７０におけるボロン汚染を抑制することができる。
【００５４】
所望に応じて、この段階でシリコンウェーハＷを取り出すことも可能である。この場合、上記界面７０におけるボロン汚染を抑制、即ち、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるようにした多結晶シリコン層６２を設けたシリコンウェーハＷを得ることができる〔図２（ｂ）〕。
【００５５】
取り出したシリコンウェーハWの片面を鏡面研磨して背面に低ボロン汚染の多結晶シリコン層６２を設けた鏡面研磨シリコンウェーハを得ることも可能である。この得られたシリコンウェーハＷは、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下である多結晶シリコン層６２を背面に有するものである。
【００５６】
本発明においては、この鏡面研磨後の洗浄、乾燥、保管（包装）工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルーム中で行うことによって表面及び表面近傍にボロン汚染のない多結晶シリコン層付きのシリコンウェーハを得ることができる。この得られたシリコンウェーハWは、上記した多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面近傍のボロン濃度の低減に加えて、多結晶シリコン層６２の少なくとも一部におけるボロン濃度が５×１０14atoms/cm3以下である多結晶層を背面に有するものである。
【００５７】
１０４は、ＣＶＤシリコン酸化物膜の形成工程で、例えば大気圧下３８０〜５００℃でＳｉＨ4及び酸素を用い、シリコンウェーハＷの背面側のＰＢＳ膜６２の上にシリコン酸化物を析出させ、膜厚０．２〜２μｍのＣＶＤシリコン酸化物膜６４を形成する〔図２（ｃ）〕。本発明においては、このＣＶＤシリコン酸化物膜形成工程を後述する雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下という極めて低いクリーンルームにおいて行うのが特徴である。
【００５８】
これによって、ＰＢＳ膜６２とＣＶＤシリコン酸化物膜６４の界面７２におけるボロン汚染を抑制、即ち、ＣＶＤシリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅0.5μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるようにすることができる。
【００５９】
ここで、所望に応じてＰＢＳ膜形成工程１０２を省略し、シリコンウェーハＷの背面側にＣＶＤシリコン酸化物膜６４を本発明の方法に従って直接形成することも可能である。このシリコンウェーハは、ＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍0.5μｍ内の単結晶シリコン層中のボロン濃度の該層に接するバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるＣＶＤシリコン酸化物膜を背面に有するものである。
【００６０】
このウェーハにエピタキシャル層を形成してエピタキシャルウェーハとすることも可能である。このエピタキシャルウェーハは、ＣＶＤシリコン酸化物膜との界面近傍0.5μｍ内の単結晶シリコン基板中のボロン濃度の該層に接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15atoms/cm3以下であるものである。
【００６１】
１０６は、エピタキシャル層成長工程で、シリコンウェーハＷの表面の多結晶シリコン層６２を例えば鏡面研磨によって除去した後〔図２（ｄ）〕、背面にＰＢＳ膜６２及びＣＶＤシリコン酸化物膜６４を有するシリコンウェーハＷの表面に例えば大気圧下1000〜1200℃でＳｉＨＣｌ3とＨ2の混合気体を流して厚さ３〜１５μmのエピタキシャル層６６を形成する。この時、界面７０，７２におけるボロン汚染が本発明の方法に従ってその付着量を１×１０10atoms/cm2以下に抑制されているとＰＢＳ膜６２へのボロン拡散は多結晶層中のボロン濃度（例えば３×１０14atoms/cm3）に影響を与えない。
【００６２】
１０８は、背面ＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハ取出し工程で、ボロン汚染が極力抑制された背面ＰＢＳ膜付エピタキシャルウェーハ６８を得ることができる〔図２（ｅ）〕。
【００６３】
次に、本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造を行うために好適に用いられる本クリーンルーム及びその空調設備の実施の形態を図３とともに説明する。
【００６４】
この実施の形態は１例として示されるもので、本発明の発明思想から逸脱しない限り、種々の変形が可能なことはいうまでもない。図３において図１１と同一の構成又は類似の構成は同一の符号によって示され、その構成作用についての再度の説明は省略する。
【００６５】
図３に示した本クリーンルーム用空調設備１２ａは、図１１に示した従来のクリーンルーム用空調設備１２とフィルタ構成以外は全く同様の構成であり、フィルタ構成以外については必要な場合を除いて再度の説明は省略する。
【００６６】
本クリーンルーム用空調設備１２ａの眼目は、従来設備１２におけるエアフィルタ１６ａ，１６ｂ，１８ａ，２０ａ，２０ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３０ａ，３２ａ，３４ａ，３６ａ，３８ａに代えてボロンレスフィルタ１６ｘ，１６ｙ，１８ｘ，２０ｘ，２０ｙ，２２ｘ，２４ｘ，２６ｘ，２８ｘ，３０ｘ，３２ｘ，３４ｘ，３６ｘ，３８ｘを用い、さらに中性能フィルタ５２，５８に代えてボロンレス中性能フィルタ５２ｘ，５８ｘを用い、プレフィルタ９８、ロールフィルタ９９に代えてボロンレスプレフィルタ９８ｘ、ボロンレスロールフィルタ９９ｘを用い、その上、外調機４０のボロンレス中性能フィルタ５２ｘの下流側にボロン吸着フィルタ４０ｘを設け、空調機４４のボロンレス中性能フィルタ５８ｘの下流側にボロン吸着フィルタ４４ｘを設けたことである。
【００６７】
上記のような構成を有する本クリーンルーム用空調設備１２ａにおいては、外気は外調機４０、不純物除去装置４２及び空調機４４を通り、ついで各ボロンレスフィルタ１６ｘ、１６ｙ、１８ｘ、２０ｘ、２０ｙ、２２ｘを介して、ＣＶＤ処理室１６、ＣＶＤ炉体室１８、ＰＢＳ膜形成室２０、ＰＢＳ炉体室２２の内部にそれぞれ導入される。
【００６８】
各室に導入されたエアは、ボロンレスフィルタ２４ｘを介して洗浄機２４に、さらにボロンレスフィルタ２６ｘを介して乾燥機２６に、ボロンレスフィルタ２８ｘを介して保管用クリーンブース２８に、ボロンレスフィルタ３０ｘを介してＣＶＤ装置３０に、ボロンレスフィルタ３２ｘを介してＰＢＳ前洗浄機３２に、ボロンレスフィルタ３４ｘを介して乾燥機３４に、ボロンレスフィルタ３６ｘを介して保管用クリーンブース３６に、及びボロンレスフィルタ３８ｘを介してＰＢＳ装置３８内にそれぞれ導かれ、最後にエア排出用空間３９に排出される。
【００６９】
例えば、洗浄機２４，３２からは一部のエアは直接排気され、ＣＶＤ装置３０からは全て排気される。エア排出用空間３９に達したエアは供給量全体の約８０％となり、回収用パイプ４３を通って第２エアパイプ４８に戻され、再利用される。
【００７０】
上記したような本クリーンルーム用空調設備１２ａを用いることによって、クリーンルーム１４内の雰囲気のボロン濃度を１５ｎｇ／ｍ3以下に設定することが可能である。
【００７１】
上記ボロンレスエアフィルタ１６ｘ，１６ｙ，１８ｘ，２０ｘ，２０ｙ，２２ｘとしては、具体的にはボロンフリーＵＬＰＡフィルタ（日本無機株式会社製、ＡＴＭＭＦ−３１−Ｐ−Ｂ）を用い、ボロンレス中性能フィルタ５２ｘ，５８ｘとしては、ボロンレス中性能フィルタ（日本無機株式会社製、ＥＭＬ−５６−９０）を用い、ボロンレスロールフィルタ９９xとしては（日本無機株式会社製、ＤＳＲ−３４０Ｒ−ＴＨ−Ｃ−２）を用い、さらにボロン吸着フィルタ４０ｘ，４４ｘとしては、ボロン吸着フィルタ（日本無機株式会社製、ＡＣＳ−３１−Ｑ−ｂ）を用いればよい。
【００７２】
【実施例】
以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので、限定的に解釈されるものではないことはいうまでもない。
【００７３】
（実験例１：ボロン濃度が１５ng/m3以下の雰囲気の形成）
図３に示したクリーンルーム用空調設備（各フィルタとしては、具体例として例示した製品名のものを使用した）を用い、外調機の風量を７０００m3/hr、圧力を大気圧に対し２０〜３０mmＨ2Ｏの加圧、空調機の風量を３７５００m3/hr、圧力を大気圧に対し２５〜３５mmＨ2Ｏの加圧とし、及びクリーンルームの室内圧を外部圧に対し３．０〜４．０mmＨ2Ｏ高い圧力に設定し、フィルタ前後のボロン濃度を測定した。その結果を表１に示したように、フィルタ後のエア中のボロン濃度はいずれも１５ng/m3以下に制御されていた。また、クリーンルーム内のパーティクルは０であった。
【００７４】
【表１】
なお、空気中のボロン濃度の測定は次のように行なった。
ボロン回収方法：
・純水溶解（インピンジャーを用いたエア吸引方式）
・サンプリング前回収用純水量−−２０ml
・サンプリング後回収純水量−−−約１７．５ml
・吸引流量−−−−−−−−−１リットル/min
・吸引時間−−−−−−−−−４hrs
・ボロン分析法：ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析法）
・使用機器−− MICROMASS社製、PLASMATRACE 2
空気中のボロン濃度は、測定値に測定液量を乗じて質量を求め、採気量で除することにより算出した。
【００７６】
（実施例１：実験例１の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成処理）
〈試料〉
シリコンウェーハ、直径２００mm、ＣＺ−Ｐ型、８−１５Ω・cm、結晶軸〈１００〉
〈ＰＢＳ膜形成工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→希フッ酸洗浄→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→スピン乾燥
ＰＢＳ処理：（温度）６５０℃、（時間）３．５時間、（反応ガス）モノシラン、（膜厚）１．２μｍ
【００７７】
実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、上記試料を用い、上記条件にてＰＢＳ膜形成を行った。試料中のボロン濃度の測定をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy, 二次イオン質量分析装置：ＩＭＳ−４Ｆ、メーカー：仏カメカ社）を用いて行い、その結果を図４に示した。図４から明らかなように、ＰＢＳ膜中のボロン濃度は１×１０14atoms/cm3以下であり、ＰＢＳ膜と基板シリコンの境界を含む幅１μmの界面近傍層内におけるボロン濃度（約６×１０14atoms/cm3）はこの近傍層に外接する基板単結晶シリコン中のボロン濃度（約１×１０15atoms/cm3）より低く（増分はマイナス）、同じく外接するＰＢＳ層中のボロン濃度（約１×１０14atoms/cm3）に対して、その差は５×１０14atoms/cm3である。
【００７８】
（比較例１：従来の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成）
従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例１と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行った。試料中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行って、その結果を図５に示した。図４と図５のボロン濃度の分布の差が雰囲気中のボロン濃度の差に基づくボロンによる汚染の影響を示しており、図５ではＰＢＳ膜中のボロン濃度は界面近傍で急激に上昇して、最大値は約６×１０16atoms/cm3でありＰＢＳ層と基板シリコンとの境界を含む幅１μmの界面近傍層内のボロン濃度は約３×１０16atoms/cm3で外接するＰＢＳ層及びシリコン単結晶に対する濃度の増加は１×１０15atoms/cm3をはるかに超えている。
【００７９】
（実施例２：実験例１の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋ＣＶＤ処理）
〈試料〉
シリコンウェーハ、直径２００mm、ＣＺ−Ｐ型、８−１５Ω・cm、結晶軸〈１００〉
〈ＰＢＳ膜形成工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→希フッ酸洗浄→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→スピン乾燥
ＰＢＳ膜形成：（温度）６５０℃、（時間）３．５時間、（反応ガス）モノシラン 、（膜厚）１．２μｍ
【００８０】
〈ＣＶＤ処理工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→希フッ酸洗浄→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→スピン乾燥
ＣＶＤ処理：（温度）４３０℃、（時間）１０分、（反応ガス）▲１▼モノシラン、▲２▼酵素、（膜厚）０．３μｍ
〈エピタキシャル工程〉
前洗浄：ＳＣ−１（アンモニア、過酸化水素、水）→ＳＣ−２（塩酸、過酸化水素、水）→ＩＰＡ乾燥
エピタキシャル処理：（温度）１１００℃、（時間）１０分、（反応ガス）▲１▼トリクロロシラン▲２▼水素、（膜厚）５．０μｍ
【００８１】
実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、上記試料を用い、上記条件にてＰＢＳ膜形成及びＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ溶液で溶解除去した後、試料のＰＢＳ膜及び基板単結晶シリコン中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図６に示した。
【００８２】
図６から明らかなように、ボロンがエピタキシャル膜形成時の加熱によって基板単結晶シリコンからＰＢＳ膜中に拡散していることが認められるが、ＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μmの間のボロン濃度は約６×１０14atoms/cm3で外接するＰＢＳ膜中のボロン濃度（約１×１０14atoms/cm3）に対し、その増分は１×１０15atoms/cm3より少なく、又外接する単結晶シリコン中のボロン濃度（約１×１０15atoms/cm3）よりむしろ低く、ウェーハの処理中におけるボロンの汚染のレベルは低く抑えられていることが確認された。
【００８３】
（比較例２：従来の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋実験例１の雰囲気下におけるＣＶＤ処理）
従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例２と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行い、次に実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、実施例２と同一の条件にてＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ溶液で溶解除去した後、試料のＰＢＳ膜と基板単結晶シリコン中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図７に示した。
【００８４】
図７から明らかなように、ＰＢＳ膜形成処理の前に試料の基板単結晶シリコンウェーハ表面に雰囲気中のボロンが付着し、これがエピタキシャル膜形成の際の加熱によってＰＢＳ膜中及び基板単結晶シリコン中に拡散するがＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μmの界面近傍層内のボロン濃度は平均約３×１０16atoms/cm3で外接する基板単結晶シリコン中の平均ボロン濃度約１．２×１０15atoms/cm3及び外接するＰＢＳ膜中の平均ボロン濃度１×１０16atoms/cm3に対し大幅に高い値を示している。
【００８５】
ＰＢＳ膜の厚さ０μm、すなわち、ＣＶＤシリコン酸化物膜との境界のボロン濃度は４×１０14atoms/cm3でＣＶＤシリコン酸化物膜形成段階での雰囲気中のボロン濃度を１５ng/m3以下に抑制した結果、ＰＢＳ膜中のボロン濃度１×１０14atoms/cm3に近い値に抑制されていることが示される。
【００８６】
（比較例３：実験例１の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋従来の雰囲気下におけるＣＶＤ処理）
実験例１のクリーンルーム雰囲気下（ボロン濃度４〜１３ng/m3）において、実施例２と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行い、次に従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例２と同一の条件にてＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ水溶液で溶解除去した後、試料ＰＢＳ膜および基板単結晶シリコン中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図８に示した。
【００８７】
図８から明らかなように、ボロン濃度の高い雰囲気中に付着したボロンがＰＢＳ膜とＣＶＤシリコン酸化物膜の界面（図中深さ０μｍ）側からＰＢＳ膜内へ拡散し、深さ０．５μｍまでのボロンの平均濃度は２×１０15atoms/cm3と高い値を示し、深さ０．５μｍ以上のＰＢＳ膜中のボロンの平均濃度約８×１０14atoms/cm3に対し大幅に増加している。一方、ＰＢＳ膜形成は雰囲気中のボロンの濃度を１５ng/cm3以下に抑えた状態で行ったので、ＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μｍの中のボロンの平均濃度は約１．５×１０15atoms/cm3であり、外接する単結晶シリコン中のボロンの平均濃度（約２×１０15atoms/cm3）以下の値に抑制されている。
【００８８】
すなわち、基板単結晶シリコン表面に付着したボロン量は所定のボロン濃度に対し殆ど影響を与えない程度に少なく、ＰＢＳ膜中へこの界面から拡散するボロンもＰＢＳ膜形成時の膜中のボロン濃度にほとんど影響を与えないことが知られる。
【００８９】
（比較例４：従来の雰囲気下におけるＰＢＳ膜形成＋ＣＶＤ処理）
従来の雰囲気下（ボロン濃度５０〜８０ng/m3）において、実施例２と同様の試料を用い、同一の条件にてＰＢＳ膜形成を行い、次にその従来の雰囲気下のまま、実施例２と同一の条件にてＣＶＤシリコン酸化物膜形成を行い、その後エピタキシャル膜成長を行った。裏面のＣＶＤシリコン酸化物膜を２０％ＨＦ水溶液で溶解除去した後、試料中のボロン濃度の測定を実施例１と同様に行い、その結果を図９に示した。
【００９０】
図９から明らかなように、ＰＢＳ膜中のボロン濃度はＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界からの付着ボロンの拡散とＣＶＤシリコン酸化物膜とＰＢＳ膜との界面（図中深さ０μｍ）からの付着ボロンの拡散によって、図７及び図８と比較しておよそ１桁以上の高い値を示しており、ＰＢＳ膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅１μｍの間のボロンの平均濃度（約４×１０15atoms/cm3）は外接する基板単結晶シリコン中のボロンの平均濃度（約１．５×１０15atoms/cm3）に対し、およそ２．５×１０15atoms/cm3も増加している。
【００９１】
また、上記の実施例と比較例から明らかなように、雰囲気中のボロン濃度を１５ng/m3以下に抑制して形成したＰＢＳ膜中のボロン濃度は膜の少なくとも一部において３×１０14atoms/cm3以下であることが知られる。
【００９２】
なお、図４〜図９において、中央の縦線は界面で、界面の左側はＰＢＳ膜、右側は基板単結晶シリコンである。図７、図８及び図９において、符号１２０はエピタキシャル層成長工程でのボロンの拡散方向を示す。
【００９３】
（比較例５）
図１１に示した従来のクリーンルーム空調設備（外調機ロールフィルタ：日本無機株式会社製ＡＴ−２００−ＫＳ、外調機中性能フィルタ：日本無機株式会社製ＡＳＴＣ−５６−９５、空調機プレフィルタ：日本無機株式会社製ＤＳ−６００−３１−ＲＥＡ−２０、空調機中性能フィルタ：日本無機株式会社製ＡＳＴＣ−５６−９５、クリーンルーム内ＵＬＰＡ：日本無機株式会社製ＮＭＯ−３２０）を用い、外調機の風量７０００m3/hrでその圧力を大気圧に対し１０〜２０mmＨ2Ｏの加圧状態、空調機の風量３７５００m3/hrでその圧力は大気圧に対し１５〜２５mmＨ2Ｏの加圧状態及びクリーンルームの室内圧を外部圧に対し３．０〜４．０mmH2Ｏ高い圧力に設定し、フィルタ前後のエア中のボロン濃度を実施例１と同様に測定し、表２に示した。
【００９４】
表２の結果から明らかなごとく、従来設備によれば、フィルタ後のエア中のボロン濃度を１５ng/m3以下に制御することは不可能であった。なお、クリーンルーム内のパーティクルは０であった。さらに、このクリーンルーム雰囲気中でウェーハ処理を行なったところ、ウェーハに吸着するボロン濃度を１×１０15atoms/cm3以下に低減することは不可能であった。
【００９５】
【表２】
(実験例２)
実施例２と同様のシリコンウェーハに対して同様の条件で前洗浄を施した後、クリーンルーム（相対湿度：３０〜５０%、温度：２５℃±３℃、圧力：外部圧＋３〜５mmAq、ボロン濃度：６０ng/m3）内に２時間放置した場合の放置時間とウェーハ表面のボロンの付着量の関係をＳＩＭＳ（装置：ＩＭＳ−４Ｆ、メーカー：仏カメカ社）を用いて調べ、図１２に示した。図１２から明らかなように、放置時間が１時間を越えると、ボロンの付着量が飽和状態となることを確認した。
【００９７】
（実験例３）
室内雰囲気中のボロン濃度を５、１０、３０及び６０ng/m3の４段階に変化させた点を除いて実験例２の雰囲気と同一条件のクリーンルーム内に実験例２と同様のウェーハを２時間放置し、それぞれの場合のウェーハ表面のボロンの付着量（atoms/cm2）を実験例２と同様にＳＩＭＳを用いて測定し、両者の間の関係を図１３に示すように定量的に把握した。図１３に明示されるように、環境雰囲気中のボロン濃度を１５ng/m3以下とすれば、ウェーハ表面のボロン付着量が１×１０10atoms/cm2以下に抑制されることがわかった。
【００９８】
以上の実施例および比較例ではボロンが比較的低濃度にドープされたｐ型シリコンウェーハを用いたが、本発明はこれに限らずリンやヒ素、アンチモン等をドープしたｎ型のシリコンウェーハでも本発明は有効である。
【００９９】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハでは、表面、ＰＢＳ膜、基板単結晶シリコン、ＰＢＳ膜とＣＶＤシリコン酸化物膜、基板単結晶シリコンとエピタキシャル層との界面のボロン汚染量が所定濃度以下に抑制されているため、品質が安定し、デバイス特性に悪影響を与えることがないという効果が達成される。
【０１００】
本発明のシリコンウェーハの製造方法及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、本発明の品質の安定したシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハを安価でかつ効率よく製造できる利点がある。
【０１０１】
本発明の雰囲気調整設備及びクリーンルームによれば、雰囲気及びクリーンルーム雰囲気中のボロン濃度が所望濃度以下に制御されているので、ウェーハ上へのボロン付着を極めて低く抑えることができる。また、本発明のクリーンルーム用空調設備によれば、クリーンルーム雰囲気中のボロン濃度を大幅に低減することができ、ボロンによる汚染を抑制した各種のシリコンウェーハ、あるいはエピタキシャルウェーハを安定して生産できるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】 本発明のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造手順を示す説明図で、（ａ）はシリコンウェーハ、（ｂ）はシリコンウェーハに多結晶シリコン層を形成した状態、（ｃ）は（ｂ）のシリコンウェーハの背面の多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）上にさらにＣＶＤシリコン酸化物膜を形成した状態、（ｄ）はシリコンウェーハの表面の多結晶シリコン層を除去した状態及び（ｅ）は（ｄ）の状態からシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成した状態をそれぞれ示す。
【図３】 本クリーンルーム用空調設備を示す概略説明図である。
【図４】 実施例１における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図５】 比較例１における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図６】 実施例２における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図７】 比較例２における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図８】 比較例３における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図９】 比較例４における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃度を示すグラフである。
【図１０】 従来のシリコンウェーハ及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造手順を示す説明図で、（ａ）はシリコンウェーハ、（ｂ）はシリコンウェーハに多結晶シリコン層を形成した状態、（ｃ）は（ｂ）のシリコンウェーハの背面の多結晶シリコン層（ＰＢＳ膜）上にさらにＣＶＤシリコン酸化物膜を形成した状態、（ｄ）はシリコンウェーハの表面の多結晶シリコン層を除去した状態及び（ｅ）は（ｄ）の状態からシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成した状態をそれぞれ示す。
【図１１】 従来のクリーンルーム用空調設備の一例を示す概略説明図である。
【図１２】 実験例２におけるウェーハの放置時間とウェーハボロン付着量との関係を示すグラフである。
【図１３】 実験例３における環境雰囲気中のボロン濃度とシリコンウェーハ表面におけるボロン付着量の関係を示すグラフである。
Claims (16)
- 単結晶シリコン基板の背面に多結晶シリコン層を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、基板の単結晶シリコンと多結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該近傍層に外接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下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。
- 多結晶層の少なくとも一部におけるボロン濃度が５×１０14ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下である多結晶層を背面に有することを特徴とする請求項１記載のシリコンエピタキシャルウェーハ。
- 単結晶シリコン層の一方の主面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンウェーハであって、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅０．５μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とするシリコンウェーハ。
- 基板の背面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上にＣＶＤシリコン酸化物膜を有するシリコンエピタキシャルウェーハであって、多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅１μｍの界面近傍層内におけるボロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であり、シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を含む幅０．５μｍの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のボロン濃度に対する増分が１×１０15ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下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。
- 単結晶シリコンバルク中のボロンの濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項３記載のシリコンウェーハ。
- 基板中のボロンの濃度が１×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ3以下であることを特徴とする請求項１，２及び４のいずれか１項記載のシリコンエピタキシャルウェーハ。
- 請求項３又は５記載のシリコンウェーハを製造するにあたり、ボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下の雰囲気で当該シリコンウェーハの処理、保管等の取り扱いを行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項１、２、４及び６のいずれか１項記載のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下の雰囲気で当該シリコンエピタキシャルウェーハの処理、保管等の取り扱いを行う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。
- 請求項３記載のシリコンウェーハを製造するにあたり、多結晶シリコン層の形成をボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下の雰囲気で行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項１、２、４及び６のいずれか１項記載のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、多結晶シリコン層の形成をボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下の雰囲気で行う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。
- 請求項３又は５記載のシリコンウェーハを製造するにあたり、ＣＶＤシリコン酸化物膜の成膜をボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下の雰囲気で行うことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項４又は６記載のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ＣＶＤシリコン酸化物膜の成膜をボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ3以下の雰囲気で行う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。
- 請求項３又は５記載のシリコンウェーハを製造するにあたり、ボロンの付着量を１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項１、２、４及び６のいずれか１項記載のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、ボロンの付着量を１×１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2以下に抑制した表面に多結晶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ェーハの製造方法。
- 請求項１〜６のいずれか１項記載のウェーハを製造するにあたり、ボロンレスフィルタとボロン吸着フィルタを有する空調機と、雰囲気中のボロン濃度が１５ｎｇ／ｍ 3 以下であるクリーンルームと、ボロンレスフィルタを有する１または複数のウェーハ処理装置とを有し、雰囲気ガスが該空調機と該クリーンルームと該ウェーハ処理装置の間を循環するように構成されたクリーンルーム用空調設備を用いて実施することを特徴とするウェーハの製造方法。
- 前記ウェーハ処理装置の内圧がクリーンルーム内圧より高く、該クリーンルーム内圧が外部圧より高く調整されていることを特徴とする請求項１５記載のウェーハの製造方法。
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