JP4089354B2 - エピタキシャルウェーハとその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハに関し、特に、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されてピット欠陥が発生し易くなっているヒ素(As)をドープしたシリコン単結晶ウェーハにおいて、該インゴットより特定面方位に切り出して作製したウェーハを用いることで、前記ピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、シリコンエピタキシャルウェーハの製造において、(100)面基板のオフアングル、すなわち、傾斜角度は、SEMIスタンダード(Semiconductor Equipment and Materials International )で2°以下と規定されている(SEMI M2−87)。
【0003】
また、最近では基板の加工精度の向上により傾斜角度1°以下の基板が通常用いられている。例えば、特公平3-61634号公報には、エピタキシャル成長時の微小欠陥、すなわちティアドロップの低減を図ることを目的として、結晶軸の傾斜角度を、[100]軸に対して[011]方向または[011]方向の角度θ、[011]方向または[011]方向の角度φを、5'≦θ≦2°かつφ≦10'、または5'≦φ≦2°かつθ≦10'とする技術が開示されている。
なお、方向を示す数字の下線は、結晶学の表記で本来数字の上に位置する線を意味するものであり、表記の都合上、下線として補助している。
【0004】
しかしながら、この数値範囲のシリコン(100)基板ウェーハをエピタキシャル成長したときに、そのエピタキシャルウェーハ表面が基板ウェーハ表面より粗れてしまうことがあり、エピタキシャルウェーハ表面のマイクロラフネスを制御することが困難であった。
【0005】
そこで、上記マイクロラフネスを改善する方法として、特許第3081706号には、前記の切断方位の角度範囲を、30’≦θ≦2°、かつ30’≦φ≦2°に規定する技術が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、エピタキシャルウェーハの製造に際して一般的な、n型で3〜5mΩ・cm程度の低抵抗のシリコン単結晶ウェーハを用い、一般的な製造工程でウェーハ表面に鏡面研磨を施し、さらにエピタキシャル成長前に清浄化のためにHClガスエッチングを施すと、エピタキシャル成長後の成膜層にピットを生じる問題があることを知見した。
【0007】
この発明は、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハの提供を目的とし、特に、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されるとピット欠陥が発生し易くなる、ヒ素(As)をドープしたシリコン単結晶ウェーハに対して、エピタキシャル成膜を施しても前記ピット欠陥の発生を抑制し、健全なエピタキシャル層が得られるエピタキシャルウェーハとその製造方法の提供を目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、エピタキシャル層のピット欠陥の低減を目的にウェーハの面方位、結晶軸の傾きについて鋭意検討した結果、前述した従来のティアドロップやマイクロラフネスの改善のために規定した傾斜角とは異なる方位の傾斜角を特定することで健全なエピタキシャル層が得られることを知見し、この発明を完成した。
【0009】
すなわち、この発明は、ヒ素をドープし比抵抗値が 2.5m Ω・ cm 以上のシリコン単結晶インゴットより切り出された面方位が(100)のウェーハであり、[100]軸に対して[001]方向または[001]方向に角度θ、[010]方向または[010]方向に角度φが、0.2°≦θかつφ≦0.1°、または0.2°≦φかつθ≦0.1°だけ傾斜した範囲に切り出され、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されたウェーハ表面にエピタキシャル成膜を有し、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したことを特徴とするエピタキシャルウェーハである。
【0010】
また、この発明は、ウェーハの面方位が(100)であり、角度θ、角度φが特定範囲(0.2°≦θかつφ≦0.1°、または0.2°≦φかつθ≦0.1°)となるようにシリコン単結晶インゴットより切り出す工程と、エピタキシャル成膜する前のウェーハ表面にガスエッチングを施す工程と、ウェーハ表面にエピタキシャル成膜する工程を含み、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
この発明において、シリコン単結晶インゴット並びにウェーハは、エピタキシャルウェーハの製造に使用するため、ヒ素をドープし比抵抗値が2.5mΩ・cm以上である性状のものを対象としている。なお、比抵抗値に上限を設ける必要はない。
【0012】
この発明において、ウェーハの面方位は(100)であり、ウェーハの(100)面において、ウェーハ中心を通って結晶方向、[001]、[001]、[010]、[010]があり、(100)面法線とウェーハ表面の面法線とのなす角度で、[100]軸に対して[001]方向または[001]方向の角度成分を角度θ、[010]方向または[010]方向の角度成分を角度φとする。
【0013】
この発明は、前記傾斜角度θとφを、0.2°≦θでかつφ≦0.1°の範囲、または0.2°≦φでかつθ≦0.1°の範囲に制御することを特徴とし、θが0.2°以上である場合に、他方のφに比べて相対的に大きいことが好ましく、0.1以上の差異があることが好ましい。また同様に、φが0.2°以上である場合、他方のθに比べて大きいことが必要である。
【0014】
発明者らは、エピタキシャル層のピット欠陥は、COPに起因するものであり、このピット欠陥が発生(残留)するか否かは、前記傾斜角に依存するものと推測するもので、傾斜角θとφが前記範囲に制御されると、エピタキシャル成膜後の表面にピット欠陥を生じないことを確認している。
【0015】
この発明において、シリコン単結晶インゴットよりウェーハに切り出す工程は、当該結晶軸方向や特定方向への傾き等を正確に把握、制御できることができれば、公知の内周刃やワイヤーソーなどを用いるいずれのスライス方法も採用できる。
【0016】
ウェーハに切り出された後の製造工程は、各種の研磨工程、鏡面研摩工程、面取り工程、洗浄工程など、目的や要求される性状や清浄度などに応じて、公知のいずれの工法、工程をも採用することができ、選択する工程種とその実施順序なども適宜選定することが可能である。
【0017】
この発明において、ウェーハ表面にエピタキシャル成膜する工程は、特に限定されるものでなく、半導体デバイスの製造用基板として要求されるシリコンエピタキシャル層を気相成長できるよう、公知のいずれの気相成膜方法並びに気相成長装置をも用いることができ、選択した方法や装置等に応じてソースガスや成膜条件を適宜選定するとよい。なお、処理温度しては1050℃から1150℃が好ましい。
【0018】
また、この発明において、エピタキシャル成膜する前のウェーハ表面にガスエッチングを施す工程を採用する。具体的には、実施例に示すごとくエピタキシャル成膜するための準備段階、すなわちチャンバー内で昇温しながら水素ガス置換し、例えば所要温度で水素ベークし、続いてHClガスエッチングを行い、その後所要の成膜雰囲気、温度となしてソースガスを導入して、所要膜厚みとなるよう気相成長を行い、シリコンエピタキシャル層を形成する。
【0019】
水素ベーク条件としては、温度が1050℃から1200℃が好ましく、エッチングガスには、HClガスの他塩素化合物ガスが採用でき、エッチング量としては、表面から0.5μm以下の深さが好ましい。
【0020】
【実施例】
実施例1
チョクラルスキー法で引き上げた外径6インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置(日平トヤマ製)を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が4mΩ・cm、n型、(100)面からの傾斜角がθ=0.24°、φ=0.02°である性状のウェーハを得た。
【0021】
前記ウェーハに鏡面研磨を施し、洗浄した後、気相成長装置で、1150℃の水素雰囲気で1分保持する水素ベークを施し、その後、HClガスを流して約0.1μm深さのガスエッチングを行った。次いで、ソースガスを供給し、1100℃に保持して気相成長を行い、4μm厚みのエピタキシャル層を成膜した。
【0022】
以上の工程に際し、気相成長装置に投入する前(A)、ガスエッチング後(B)、エピタキシャル層成膜後(C)におけるウェーハ表面の性状を、光散乱法にて観察し、欠陥数を調べた。その結果を表1に示す。
【0023】
なお、気相成長装置に投入する前(A)の欠陥(COP)数測定には、三井金属鉱業製のMO601を用いた。ガスエッチング後(B)及びエピタキシヤル層成膜後(C)の欠陥(ピット)数測定には、KLAテンコール製のSurfscan6220を用いた。
【0024】
表1に示す欠陥数を説明すると、気相成長装置に投入する前(A)のCOP数は26035個、ガスエッチング後(B)のピット数は2621個で、エピタキシャル層成膜後(C)のピット数は22個であった。
【0025】
比較例3
チョクラルスキー法で引き上げた外径6インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が4.8mΩ・cm、n型、(100)面からの傾斜角がθ=0.20°、φ=0.10°である性状のウェーハを得た。
【0026】
得られたウェーハを用いて実施例1と同条件で、4μm厚みのエピタキシャル層を成膜した。また、実施例1と同様、同条件で測定観察した結果、すなわち気相成長装置に投入する前(A)、ガスエッチング後(B)、エピタキシヤル層成膜後(C)の各欠陥数を表1に示す。
【0027】
表1に示す欠陥数を説明すると、気相成長装置に投入する前(A)のCOP数は25303個、ガスエッチング後(B)のビット数は2754個、エピタキシャル層成膜後(C)のピット数は34個であった。
【0028】
比較例1
チョクラルスキー法で引き上げた外径6インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が4.2mΩ・cm、n型、(100)面からの傾斜角がθ=0.18°、φ=0.13°である性状のウェーハを得た。
【0029】
得られたウェーハを用いて実施例1と同様条件で、4μm厚みのエピタキシャル層を成膜した。また、実施例1と同様、同条件で測定観察した結果、すなわち気相成長装置に投入する前(A)、ガスエッチング後(B)、エピタキシャル層成膜後(C)の各欠陥数を表1に示す。
【0030】
表1に示す欠陥数を説明すると、気組成長装置に搬入する前(A)のCOP数は28902個、ガスエッチング後(B)のピット数は15253個、エピタキシャル層成膜後(C)のピット数は7546個であった。
【0031】
比較例2
チョクラルスキー法で引き上げた外径6インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が3.6mΩ・cm、n型、(100)面からの傾斜角がθ=0.22°、φ=0.21°である性状のウェーハを得た。
【0032】
得られたウェーハを用いて実施例1と同様条件で、4μm厚みのエピタキシャル層を成膜した。また、実施例1と同様、同条件で測定観察した結果、すなわち気相成長装置に投入する前(A)、ガスエッチング後(B)、エピタキシャル層成膜後(C)の各欠陥数を表1に示す。
【0033】
表1に示す欠陥数を説明すると、気相成長装置に投入する前(A)のCOP数は2822個、ガスエッチング後(B)のビット数は2125個、エピタキシャル層成膜後(C)のピット数は252個であった。
【0034】
以上の実施例と比較例を対比すると、この発明の場合は、基板のCOP数が多くてもエピタキシヤル層成膜後の欠陥数を低減できることが分る。
【0035】
【表1】
【0036】
【発明の効果】
この発明によると、実施例に明らかなように、シリコン単結晶の切断において特別な工程、作業の追加がなく、切断時に面方位傾斜角を特定することにより、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハを提供でき、特に、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されてピット欠陥が発生し易くなっているヒ素(As)をドープしたシリコン単結晶ウェーハに対し、エピタキシャル成膜を施しても、前記ピット欠陥の発生を抑制し、健全なエピタキシャル層が得られる。
Claims (4)
- 面方位が(100)であり、[100]軸に対して[001]方向または[001]方向に角度θ、[010]方向または[010]方向に角度φだけ傾斜した範囲(0.2°≦θかつφ≦0.1°、または0.2°≦φかつθ≦0.1°。ただし、[011]方向または[011]方向の傾斜角が10´以下の範囲および[011]方向または[011]方向の傾斜角が10´以下の範囲を除く。)に、ヒ素をドープし比抵抗値が2.5mΩ・cm以上のシリコン単結晶インゴットより切り出されたウェーハであり、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されたウェーハ表面にエピタキシャル成膜を有し、COPに起因する、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したエピタキシャルウェーハ。
- シリコン単結晶インゴットより、ウェーハの面方位が(100)であり、[100]軸に対して[001]方向または[001]方向に角度θ、[010]方向または[010]方向に角度φだけ傾斜した範囲(0.2°≦θかつφ≦0.1°、または0.2°≦φかつθ≦0.1°。ただし、[011]方向または[011]方向の傾斜角が10´以下の範囲および[011]方向または[011]方向の傾斜角が10´以下の範囲を除く。)に切り出す工程と、エピタキシャル成膜する前のウェーハ表面にガスエッチングを施す工程と、ウェーハ表面にエピタキシャル成膜する工程を含み、COPに起因する、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したエピタキシャルウェーハの製造方法。
- シリコン単結晶インゴットが、ヒ素をドープし比抵抗値が2.5mΩ・cm以上である請求項2に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- ガスエッチングが、HClガスである請求項2に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
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