JP4228914B2 - Manufacturing method of silicon epitaxial wafer - Google Patents
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Description
本発明は、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を形成したシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer in which a silicon epitaxial layer is formed on a main surface of a silicon single crystal substrate.
従来、シリコン単結晶基板に低抵抗率の埋め込み層を形成する場合には、不純物拡散領域が形成されたシリコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させ、これにより不純物拡散領域をシリコンエピタキシャル層の下部に埋め込んだ状態としている。 Conventionally, when a low resistivity buried layer is formed on a silicon single crystal substrate, a silicon epitaxial layer is vapor-phase grown on the main surface of the silicon single crystal substrate on which the impurity diffusion region is formed. Is embedded in the lower portion of the silicon epitaxial layer.
ところで、上記気相成長の際には、不純物拡散領域内より気相中に一旦放出されたドーパントが、成長中のシリコンエピタキシャル層にドーピングされる現象、つまりオートドーピングが生じてしまい、その結果、シリコンエピタキシャル層の深さ方向の不純物プロファイルが急峻とならずに緩やかになってしまう場合(縦方向オートドーピング)や、不純物拡散領域の表面からその周辺領域にドーパントが表面拡散して非拡散領域のシリコン単結晶基板とシリコンエピタキシャル層との界面に不純物がドープされてしまう場合(横方向オートドーピング)がある。そのため、オートドーピングを防止する技術として、気相成長を行う前に不純物拡散領域上に薄いシリコンエピタキシャル層、いわゆるキャップ層を気相成長させ、このキャップ層によって気相成長の際に不純物拡散領域からの縦方向オートドーピングの影響を小さくする技術があるが、キャップ層形成までにシリコン単結晶基板から放出されたドーパントが周辺領域に表面拡散することを防止することはできないので、横方向オートドーピングに対しては、有効な手段ではない。これに対し、キャップ層形成までの焼成(ベーキング)を低温化することにより、横方向オートドーピングを低減させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記特許文献1に記載の実施例では、キャップ層の気相成長を低温で実現するために二酸化珪素(SiO2)からなる自然酸化膜のフッ酸による除去と気相成長とを同一の気相成長装置内で行うことにより、シリコン単結晶基板が大気に曝されることを防止し、その結果、フッ酸で一旦除去した自然酸化膜が再生成するのを防ぎ、ベーキングの低温化を実現している。そのため、気相成長装置のクラスターツール化が前提となり、従来の気相成長装置を用いることができないという問題がある。
However, in the embodiment described in
本発明の目的は、自然酸化膜の除去を行う洗浄工程と気相成長工程との間にシリコン単結晶基板が大気に曝されるにも関わらず、ベーキング温度の低温化が可能であり、その結果、オートドーピングを抑制することが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である。 The object of the present invention is that the baking temperature can be lowered even though the silicon single crystal substrate is exposed to the atmosphere between the cleaning step for removing the natural oxide film and the vapor phase growth step. As a result, a method for producing a silicon epitaxial wafer capable of suppressing autodoping is provided.
本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、ウェット洗浄の最終薬液槽内で、シリコン単結晶基板の表面から自然酸化膜を除去するとともに、このシリコン単結晶基板の表面を水素終端する洗浄工程と、
前記洗浄工程後、前記シリコン単結晶基板を大気に曝す時間を60分以内に保ちつつ、前記シリコン単結晶基板を気相成長装置に大気中で搬送する搬送工程と、
850℃より高く950℃以下の水素ガス雰囲気中でベーキングを行い、前記シリコン単結晶基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するベーキング工程と、
850℃より高く950℃以下の温度で、前記シリコン単結晶基板の主表面上へのシリコンエピタキシャル層の気相成長を開始する気相成長工程とをこの順に行い、
前記ベーキング工程の直後にドーパントガスを供給せずに形成する厚さ0.05μm以上0.5μm未満の副エピタキシャル層と、この副エピタキシャル層の形成後にドーパントガスを供給しながら形成する主エピタキシャル層とによって、前記シリコンエピタキシャル層を形成し、
前記副エピタキシャル層の形成中に、前記シリコン単結晶基板の昇温を行い、
前記シリコン単結晶基板として、主表面に不純物拡散領域が形成されたものを用い、前記気相成長工程により埋め込み層を形成することを特徴とする。
The method for producing a silicon epitaxial wafer of the present invention includes a cleaning step of removing the natural oxide film from the surface of the silicon single crystal substrate in the final chemical bath for wet cleaning, and hydrogen-terminating the surface of the silicon single crystal substrate,
After the cleaning step, a transporting step of transporting the silicon single crystal substrate to the vapor phase growth apparatus in the air while keeping the time for exposing the silicon single crystal substrate to the atmosphere within 60 minutes;
A baking step of performing baking in a hydrogen gas atmosphere higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C. to remove a natural oxide film formed on the surface of the silicon single crystal substrate;
At higher 950 ° C. temperature below than 850 ° C., they have rows and vapor phase growth step in this order to initiate the vapor phase growth of a silicon epitaxial layer on the main surface of the silicon single crystal substrate,
A sub-epitaxial layer having a thickness of 0.05 μm or more and less than 0.5 μm formed without supplying a dopant gas immediately after the baking step, and a main epitaxial layer formed while supplying a dopant gas after the formation of the sub-epitaxial layer, To form the silicon epitaxial layer,
During the formation of the sub-epitaxial layer, the silicon single crystal substrate is heated.
As the silicon single crystal substrate, used as the impurity diffusion region formed on the main surface, characterized by the formation child buried layer by the vapor phase growth step.
本発明によれば、ウェット洗浄の最終薬液槽内で、シリコン単結晶基板の表面から自然酸化膜を除去するとともに、最表面のシリコン原子を水素原子で終端して水素終端化するので、洗浄工程終了後にシリコン単結晶基板が大気に曝されても自然酸化膜が再形成され難い。但し、完全に自然酸化膜の再形成を防ぐことはできないので、シリコン単結晶基板を大気に曝す時間はできるだけ短いほうが好ましい。 According to the present invention, in the final chemical bath for wet cleaning, the natural oxide film is removed from the surface of the silicon single crystal substrate, and the silicon atoms on the outermost surface are terminated with hydrogen atoms to be hydrogen terminated. Even if the silicon single crystal substrate is exposed to the atmosphere after the completion, the natural oxide film is hardly re-formed. However, since the re-formation of the natural oxide film cannot be prevented completely, the time for exposing the silicon single crystal substrate to the atmosphere is preferably as short as possible.
洗浄工程後にシリコン単結晶基板が大気に曝されて再形成される自然酸化膜は、水素ガス雰囲気中でシリコン単結晶基板をベーキングすることによってエッチング除去できる。ただし、ベーキング温度が950℃よりも高いと、シリコン単結晶基板から気相中に放出されるドーパントの量が無視できないほどに大きくなる一方、ベーキング温度が850℃以下では自然酸化膜を十分にエッチングすることができないので、850℃より高く950℃以下の温度範囲でベーキングを行う。 The natural oxide film re-formed by exposing the silicon single crystal substrate to the air after the cleaning process can be removed by baking the silicon single crystal substrate in a hydrogen gas atmosphere. However, when the baking temperature is higher than 950 ° C., the amount of dopant released from the silicon single crystal substrate into the gas phase becomes so large that it cannot be ignored. On the other hand, when the baking temperature is 850 ° C. or lower, the natural oxide film is sufficiently etched. Therefore, baking is performed in a temperature range higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C.
この温度範囲でベーキングを行う場合、シリコン単結晶基板の表面に形成されている自然酸化膜の厚さが厚すぎると、自然酸化膜を完全に除去することができなくなり、シリコンエピタキシャル層の結晶性に悪影響を及ぼす。
形成される自然酸化膜の厚さは、シリコン単結晶基板が大気中に曝されている時間に依存する。上記したように、シリコン単結晶基板の表面が水素終端化している場合は自然酸化膜が再形成され難いが、シリコン単結晶基板を大気中に曝す時間が60分よりも長くなると、850℃より高く950℃以下の温度範囲でのベーキングでは自然酸化膜を完全にエッチング除去できないことがある。
すなわち、850℃より高く950℃以下の温度範囲でシリコン単結晶基板を水素ベーキングする場合、表面が水素終端化しているシリコン単結晶基板であっても大気中に曝す時間は60以内に保つ必要がある。
When baking in this temperature range, if the thickness of the natural oxide film formed on the surface of the silicon single crystal substrate is too thick, the natural oxide film cannot be completely removed, and the crystallinity of the silicon epitaxial layer Adversely affect.
The thickness of the natural oxide film to be formed depends on the time during which the silicon single crystal substrate is exposed to the atmosphere. As described above, when the surface of the silicon single crystal substrate is hydrogen-terminated, the natural oxide film is difficult to be re-formed. However, if the time for exposing the silicon single crystal substrate to the atmosphere is longer than 60 minutes, When baking is performed at a high temperature range of 950 ° C. or lower, the natural oxide film may not be completely removed by etching.
That is, when a silicon single crystal substrate is hydrogen baked in a temperature range higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C., the time of exposure to the atmosphere must be kept within 60 even if the surface of the silicon single crystal substrate is hydrogen-terminated. is there.
上記したように、ベーキング温度が950℃よりも高いと、シリコン単結晶基板から気相中に放出されるドーパントの量が無視できないほどに大きくなり、シリコンエピタキシャル層の気相成長中に発生するオートドーピングが顕著になる。そこで、850℃より高く950℃以下の温度でシリコンエピタキシャル層の気相成長を開始して、シリコン単結晶基板の主表面上を低温で被覆することにより、縦方向及び横方向のオートドーピングを防止した状態でシリコンエピタキシャル層を形成することができる。気相成長の温度が850℃以下の場合、シリコンエピタキシャル層の成長温度が低くなりすぎるため、実用的でない。 As described above, when the baking temperature is higher than 950 ° C., the amount of dopant released from the silicon single crystal substrate into the vapor phase becomes so large that it cannot be ignored, and auto-generated during vapor phase growth of the silicon epitaxial layer. Doping becomes noticeable. Therefore, the vapor phase growth of the silicon epitaxial layer is started at a temperature higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C., and the main surface of the silicon single crystal substrate is coated at a low temperature to prevent vertical and horizontal auto-doping. In this state, a silicon epitaxial layer can be formed. When the vapor phase growth temperature is 850 ° C. or lower, the growth temperature of the silicon epitaxial layer becomes too low, which is not practical.
シリコン単結晶基板から気相中へのドーパントの放出は、シリコン単結晶基板の主表面上を副エピタキシャル層で被覆することにより止めることができる。その際、シリコン単結晶基板から放出されるドーパントと同じ導電型のドーパントを副エピタキシャル層の成長中に供給すると、オートドーピングの影響を大きくしてしまう。逆に、シリコン単結晶基板から放出されるドーパントとは反対の導電型のドーパントを副エピタキシャル層の成長中に供給すると、その供給量が放出量よりも多い場合には、p−n接合を形成してしまうことになる。そこで、副エピタキシャル層は、ドーパントガスを供給せずに形成する。なお、シリコンエピタキシャル層の気相成長は、ジクロロシラン(SiH2Cl2)、トリクロロシラン(SiHCl3)、モノシラン(SiH4)、四塩化珪素(SiCl4)等のシリコン原料を水素ガスで希釈して、所望の温度に加熱されたシリコン単結晶基板上に供給することにより行うことができる。 The release of the dopant from the silicon single crystal substrate into the gas phase can be stopped by coating the main surface of the silicon single crystal substrate with the sub-epitaxial layer. At that time, if a dopant having the same conductivity type as the dopant released from the silicon single crystal substrate is supplied during the growth of the sub-epitaxial layer, the influence of auto-doping is increased. Conversely, when a dopant having a conductivity type opposite to that emitted from the silicon single crystal substrate is supplied during the growth of the sub-epitaxial layer, a pn junction is formed when the supply amount is larger than the emission amount. Will end up. Therefore, the sub-epitaxial layer is formed without supplying the dopant gas. The vapor phase growth of the silicon epitaxial layer is performed by diluting a silicon raw material such as dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), monosilane (SiH 4 ), silicon tetrachloride (SiCl 4 ) with hydrogen gas. Then, it can be carried out by supplying the silicon single crystal substrate heated to a desired temperature.
一旦、シリコン単結晶基板の主表面上を副エピタキシャル層で被覆すると、シリコン単結晶基板から気相中へのドーパントの放出は実質的に止まるので、副エピタキシャル層の厚さは最低0.05μmあれば良い。但し、副エピタキシャル層の厚さが0.5μm以上になると、シリコン単結晶基板からのドーパントの外方拡散幅よりも副エピタキシャル層の厚さが大きくなることがあり、副エピタキシャル層の存在が顕在化してシリコンエピタキシャルウェーハの特性に影響を及ぼすことになる。 Once the main surface of the silicon single crystal substrate is coated with the sub-epitaxial layer, dopant emission from the silicon single crystal substrate into the gas phase substantially stops, so the thickness of the sub-epitaxial layer should be at least 0.05 μm. It ’s fine. However, if the thickness of the sub-epitaxial layer is 0.5 μm or more, the thickness of the sub-epitaxial layer may be larger than the outward diffusion width of the dopant from the silicon single crystal substrate, and the existence of the sub-epitaxial layer is apparent. Will affect the characteristics of the silicon epitaxial wafer.
副エピタキシャル層の成長は、850℃より高く950℃以下という低温領域で開始されるため、その成長開始時の成長速度は小さい。また、副エピタキシャル層成長後に施される一連の熱処理の際に生じるシリコン単結晶基板からのドーパントの外方拡散により、シリコン単結晶基板と副エピタキシャル層とは殆ど区別がつかなくなるので、副エピタキシャル層の厚さと抵抗値はそれほど重要でない。
そこで、成長速度を継続的に上昇させながら副エピタキシャル層を形成すると効率的である。成長速度はシリコン原料ガスの供給量を増加すると大きくなるが、成長温度を高くしても大きくなるので、主エピタキシャル層の成長温度までシリコン単結晶基板を昇温させながら副エピタキシャル層を形成すると、シリコンエピタキシャルウェーハの生産性を高めることができる。
Since the growth of the sub-epitaxial layer is started in a low temperature region higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C., the growth rate at the start of the growth is small. Also, the sub-epitaxial layer is indistinguishable from the silicon single-crystal substrate and the sub-epitaxial layer due to the out-diffusion of the dopant from the silicon single-crystal substrate that occurs during the series of heat treatments performed after the sub-epitaxial layer growth. The thickness and resistance are not so important.
Therefore, it is efficient to form the sub-epitaxial layer while continuously increasing the growth rate. The growth rate increases when the supply amount of the silicon source gas is increased, but it increases even when the growth temperature is increased, so when the sub-epitaxial layer is formed while raising the silicon single crystal substrate to the growth temperature of the main epitaxial layer, Productivity of the silicon epitaxial wafer can be increased.
ベーキングの時間が長くなると、副エピタキシャル層の形成開始前にシリコン単結晶基板から気相中へ放出されるドーパントの量が多くなり、副エピタキシャル層ではオートドーピングを抑制することができなくなることがあるので、副エピタキシャル層の形成を、ベーキング工程開始後から5分以内に行うことが好ましい。 If the baking time is increased, the amount of dopant released from the silicon single crystal substrate into the gas phase before the formation of the sub-epitaxial layer increases, and auto-doping may not be suppressed in the sub-epitaxial layer. Therefore, it is preferable to form the sub-epitaxial layer within 5 minutes after the start of the baking process.
最終薬液槽の薬液として例えばフッ酸(HF)を用いると、確実に、シリコン単結晶基板の表面から自然酸化膜を除去するとともに、シリコン単結晶基板の表面を水素終端することができる。最終薬液槽の薬液として、他に、水酸化ナトリウム(NaOH)或いは水酸化カリウム(KOH)水溶液を用いると、フッ酸を用いる場合よりもパーティクルの付着を抑制することができる。 When, for example, hydrofluoric acid (HF) is used as the chemical solution in the final chemical solution tank, the natural oxide film can be surely removed from the surface of the silicon single crystal substrate and the surface of the silicon single crystal substrate can be terminated with hydrogen. In addition, when a sodium hydroxide (NaOH) or potassium hydroxide (KOH) aqueous solution is used as the chemical solution in the final chemical solution tank, the adhesion of particles can be suppressed more than when hydrofluoric acid is used.
本発明は、シリコン単結晶基板として主表面に不純物拡散領域が形成されたものを用い、気相成長工程により埋め込み層を形成する際に、縦方向及び横方向の不純物プロファイルを急峻にする必要がある場合に特に有効である。 The present invention uses a silicon single crystal substrate having an impurity diffusion region formed on the main surface, and when forming a buried layer by a vapor phase growth process, the vertical and horizontal impurity profiles must be steep. It is particularly effective in some cases.
本発明によれば、自然酸化膜の除去を行う洗浄工程と気相成長工程との間にシリコン単結晶基板が大気に曝されるにも関わらず、ベーキング温度の低温化が可能であり、その結果、縦方向及び横方向のオートドーピングを抑制することができる。 According to the present invention, the baking temperature can be lowered even though the silicon single crystal substrate is exposed to the atmosphere between the cleaning step for removing the natural oxide film and the vapor phase growth step. As a result, the auto-doping in the vertical direction and the horizontal direction can be suppressed.
以下、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の実施の形態について、図を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、シリコン単結晶基板の主表面に予め形成された不純物拡散領域上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させることにより、埋め込み層を有するシリコンエピタキシャルウェーハを製造する場合について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where a silicon epitaxial wafer having a buried layer is manufactured by vapor-phase growth of a silicon epitaxial layer on an impurity diffusion region previously formed on the main surface of a silicon single crystal substrate will be described. To do.
まず、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について説明する。気相成長装置1は、図1に示すように、シリコン単結晶基板21を気相成長装置1の内部に搬入し、シリコンエピタキシャルウェーハ20を気相成長装置1の外部に搬出するロードロック室10a,10bを備える。
なお、これらロードロック室10a、10bは、相互に代用可能であるが、本実施の形態では、ロードロック室10aはシリコン単結晶基板21の投入用としてのみ用い、ロードロック室10bはシリコンエピタキシャルウェーハ20の搬出用としてのみ用いることとする。ロードロック室10a,10bの内部は、窒素(N2)等の不活性ガスの供給によって大気が排除されており、清浄な雰囲気に保たれている。
First, an example of a vapor phase growth apparatus that can be used in the method for producing a silicon epitaxial wafer of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the vapor
Although these
ロードロック室10a,10bには、シリコン単結晶基板21またはシリコンエピタキシャルウェーハ20を内部で搬送するための搬送室13が連結されている。搬送室13は、以下で説明する気相成長炉11に連結されている。搬送室13と、ロードロック室10a,10b、気相成長炉11との間には、開閉可能なゲートバルブ15a,15b,15cが介在しており、搬送室13の内部を窒素等の不活性ガスにより清浄な雰囲気に保つようになっている。搬送室13の内部には、ハンドラ14が配設されている。
A
ハンドラ14は、ロードロック室10a,10bと、気相成長炉11との間でシリコン単結晶基板21又はシリコンエピタキシャルウェーハ20を搬送する。
The
気相成長炉11は、シリコン単結晶基板21の主表面にシリコンエピタキシャル層24を形成するように構成されている。具体的には、気相成長炉11は、シリコン単結晶基板21を加熱する加熱装置(図示せず)と、シリコン単結晶基板21の表面にトリクロロシラン等のシリコン原料を水素ガス等のキャリアガスとともに供給するガス供給装置(図示せず)とを備えている。
The vapor
以下、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を用い、シリコン単結晶基板の主表面の不純物拡散領域上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させることによって埋め込み層を形成する手順について、図2〜図4を参照して説明する。なお、本実施の形態においては、シリコン単結晶基板21の主表面には、予めホウ素(B)、リン(P)ヒ素(As)またはアンチモン(Sb)が部分的に拡散された不純物拡散領域22が形成されているものとして説明する。また、図2には、シリコンエピタキシャルウェーハを製造する各工程(図2(b)参照)と、シリコン単結晶基板21またはシリコンエピタキシャルウェーハ20の断面図(図2(a)参照)とを対応させて図示している。
Hereinafter, a procedure for forming a buried layer by vapor-phase growth of a silicon epitaxial layer on an impurity diffusion region on a main surface of a silicon single crystal substrate using the method for manufacturing a silicon epitaxial wafer according to the present invention will be described with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the
埋め込み層25を形成するための気相成長を行う前には、図2に示すように、まず、シリコン単結晶基板21に洗浄工程を行う(ステップS1)。
Before performing vapor phase growth for forming the buried
具体的には、例えば図3に示すように、アンモニア−過酸化水素水を入れた薬液槽B1と、塩酸−過酸化水素水を入れた薬液槽B3とによってシリコン単結晶基板21にSC−1洗浄とSC−2洗浄とを施す。なお、SC−1洗浄は、主に有機物及びパーティクルの除去を行うものである。また、SC−2洗浄は、主に金属及びイオン性不純物の除去を行うものである。
そして、フッ酸を入れた最終薬液槽B5により、シリコン単結晶基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するとともに、シリコン単結晶基板21の表面を水素終端化する。
Specifically, for example, as shown in FIG. 3, a chemical tank B1 containing ammonia-hydrogen peroxide solution and a chemical tank B3 containing hydrochloric acid-hydrogen peroxide solution are placed on the silicon
Then, the natural chemical film formed on the surface of the silicon single crystal substrate is removed by the final chemical bath B5 containing hydrofluoric acid, and the surface of the silicon
この最終薬液槽B5におけるフッ酸洗浄の条件としては、例えば、1%の希フッ酸中にシリコン単結晶基板21を150秒間浸漬する。ただし、フッ酸を含む水溶液であれば、他の濃度のフッ酸や、バッファードフッ酸(フッ化アンモニウム水溶液)等を用いても良い。また、フッ酸を含む蒸気をシリコン単結晶基板21の表面に噴きつけても良い。
As a condition for cleaning hydrofluoric acid in the final chemical bath B5, for example, the silicon
薬液槽B1,B3,B5で洗浄した後は、それぞれ、純水を入れたリンス槽B2,B4,B6内でリンスを行う。リンス槽B2,B4,B6は、複数槽並べて使用しても良い。
薬液槽B5におけるフッ酸洗浄に続けてリンス槽B6でリンスを行った後、IPA(イソプロピルアルコール)等によりシリコン単結晶基板21を乾燥し、洗浄工程S1を終了する。
After washing in the chemical baths B1, B3, and B5, rinsing is performed in rinse baths B2, B4, and B6 containing pure water, respectively. A plurality of rinse tanks B2, B4, and B6 may be used side by side.
After rinsing in the rinsing tank B6 following the hydrofluoric acid cleaning in the chemical solution tank B5, the silicon
洗浄工程S1の後、シリコン単結晶基板21を大気に曝しながら気相成長装置1に搬送する(搬送工程:ステップS2)。なお、シリコン単結晶基板21を箱に収納して搬送する場合も、その箱内の雰囲気が大気であれば、当該シリコン単結晶基板21が大気に曝されていることは言うまでもない。
このとき、シリコン単結晶基板21が60分よりも長く大気に曝されることがないようにする。これにより、後工程で、850℃より高く950℃以下の低温でベーキングすることにより、大気に曝されてシリコン単結晶基板21の表面に再形成される自然酸化膜23を確実に除去することができる。
After the cleaning step S1, the silicon
At this time, the silicon
シリコン単結晶基板21を気相成長装置1のロードロック室10a内に収納後、N2ガス等の不活性ガスによりロードロック室10a内の大気をパージし、自然酸化膜の形成を止める。次に、シリコン単結晶基板21を気相成長炉11内に移し、850℃より高く950℃以下の温度、例えば900℃まで昇温し、H2ガスの雰囲気中でシリコン単結晶基板21をベーキングする(ベーキング工程:ステップS3)。これにより、上記ステップS2の大気中での搬送工程中に再度形成された自然酸化膜23が水素ガスにより完全にエッチング除去される。
このように、ベーキング工程(ステップS3)を行う前に、予めステップS1の最終薬液槽(B5)内で、シリコン単結晶基板21から自然酸化膜23を除去するとともに水素終端することにより、シリコン単結晶基板21を60分程度大気に曝しても、自然酸化膜23は僅かに成長するだけとなるため、850℃より高く950℃以下の範囲の比較的低温のベーキングによっても、シリコン単結晶基板21の表面上に形成された自然酸化膜23は容易に除去される。つまり、シリコン単結晶基板21の主表面に形成された不純物拡散領域22から気相中へのドーパントの放出と、不純物拡散領域22の周辺領域へのドーパントの表面拡散とを極めて少なくした状態で自然酸化膜23を除去することができる。この結果、シリコンエピタキシャル層形成時に、縦方向及び横方向のオートドーピングを抑制することができる。
After the silicon
Thus, before performing the baking process (step S3), the
シリコン単結晶基板21のベーキング工程(ステップS3)終了直後から、不純物拡散領域22の形成されたシリコン単結晶基板21の主表面上に原料ガスをキャリアガスとともに供給することにより、シリコン単結晶基板21を所望の温度、例えば1100℃まで昇温しながら、厚さ0.05μm以上0.5μm未満の副エピタキシャル層24aを気相成長し、埋め込み層25を形成する(副エピタキシャル層形成工程:ステップS4)。所望の温度(例えば1100℃)に到達後は昇温を中止して一定温度に保ち、副エピタキシャル層24a上に主エピタキシャル層24bを気相成長する(主エピタキシャル層形成工程:ステップS5)。このように昇温中に副エピタキシャル層24aを気相成長することにより、シリコンエピタキシャル層の成長速度は継続的に高くなっていくので、オートドープの影響を受けやすい初期に形成されるシリコンエピタキシャル層の厚さを薄くするとともに、オートドープの影響が小さい後半に形成されるシリコンエピタキシャル層の厚さを大きくすることができ、縦方向及び横方向のオートドープの影響をより一層抑制した状態でシリコンエピタキシャル層を成長することができる。
また、主エピタキシャル層24bを副エピタキシャル層24aよりも高温で形成することにより、不純物拡散領域22にシリコンエピタキシャル層24の成長を行う時に問題となる、パターンシフトやパターンダレを最適に制御することができる。
更に、ベーキング工程(ステップS3)と副エピタキシャル層形成工程(ステップS4)との間でパージを省略するとともに、ベーキング工程後の昇温中に副エピタキシャル層24aの成長を行うことにより、低温成長による成長速度の低下に起因する生産性の低下を補うことができる。
上記した一連の工程により、埋め込み層25を備えたシリコンエピタキシャルウェーハ20が製造される。
Immediately after the completion of the baking process (step S3) of the silicon
Further, by forming the
Further, purging is omitted between the baking step (step S3) and the sub-epitaxial layer forming step (step S4), and the
Through the series of steps described above, the
気相成長終了後、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ20を室温まで冷却(降温)し、気相成長装置1から取出す(降温工程:ステップS6)。
After the vapor phase growth is completed, the manufactured
なお、上記実施の形態においては、枚葉式の気相成長装置1を例示して説明したが、バッチ式の気相成長装置に対しても適用が可能である。
また、最終薬液槽B5内には、フッ酸を入れることとして説明したが、NaOH水溶液またはKOH水溶液を入れても良い。但し、これらのアルカリ性水溶液はシリコン単結晶基板21に対するエッチング力が強いので、シリコン単結晶基板21の表面における面荒れが顕著にならない程度に希釈したものを用いることが好ましい。
In the above embodiment, the single-wafer type vapor
Moreover, although it demonstrated as putting hydrofluoric acid in the last chemical | medical solution tank B5, you may put NaOH aqueous solution or KOH aqueous solution. However, since these alkaline aqueous solutions have a strong etching ability with respect to the silicon
以下、実施例および比較例を挙げることにより、本発明をさらに具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically by giving examples and comparative examples.
<実施例>
約6×1015cm-3の不純物濃度を有するn型シリコン単結晶基板の主表面から、約5×1019cm-3の濃度にリンを拡散して不純物拡散領域22が形成されたシリコン単結晶基板21を用意し、SC−1洗浄、SC−2洗浄及びフッ酸洗浄を施した後、シリコン単結晶基板21を気相成長装置1まで大気中で搬送した。この洗浄工程終了から気相成長装置1内で窒素ガスにより大気パージが行われるまでの時間は60分以内であった。シリコン単結晶基板21を気相成長炉11内のサセプタに載置後、水素雰囲気下900℃でベーキングを行い、更に、副エピタキシャル層24aを900℃でドーパントガスを供給せずに約0.05μm気相成長させた後に、約1×1015cm-3の不純物濃度を有する主エピタキシャル層24bを1150℃で気相成長し、厚さ約4μmのシリコンエピタキシャル層24を有するシリコンエピタキシャルウェーハ20を製造した。
製造したシリコンエピタキシャルウェーハにおける横方向のオートドーピングを測定するために、埋め込み層25の縁部から2mm離れた位置(図5(a)参照)で深さ方向にSR(Spreading Resistance)測定を行った。その結果を図5(b)に示す。シリコン単結晶基板21とシリコンエピタキシャル層24との界面における不純物濃度のピーク値は約2×1016cm-3であった。
<Example>
From the main surface of the n-type silicon single crystal substrate having an impurity concentration of about 6 × 10 15 cm −3 , phosphorus is diffused to a concentration of about 5 × 10 19 cm −3 to form an
In order to measure lateral autodoping in the manufactured silicon epitaxial wafer, SR (Spreading Resistance) measurement was performed in the depth direction at a
<比較例>
副エピタキシャル層24aの形成を行わず、シリコンエピタキシャル層を1150℃の一定温度で気相成長した以外は、実施例と同じ条件でシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。埋め込み層の縁部から2mm離れた位置で深さ方向にSR測定を行った結果、図5(b)に示すように、シリコン単結晶基板とシリコンエピタキシャル層との界面における不純物濃度のピーク値は約5×1016cm-3であった。
<Comparative example>
A silicon epitaxial wafer was manufactured under the same conditions as in the example except that the
1 気相成長装置
10a,10b ロードロック室
11 気相成長炉
20 シリコンエピタキシャルウェーハ
21 シリコン単結晶基板
22 不純物拡散領域
23 自然酸化膜
24 シリコンエピタキシャル層
25 埋め込み層
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記洗浄工程後、前記シリコン単結晶基板を大気に曝す時間を60分以内に保ちつつ、前記シリコン単結晶基板を気相成長装置に大気中で搬送する搬送工程と、
850℃より高く950℃以下の水素ガス雰囲気中でベーキングを行い、前記シリコン単結晶基板の表面に形成された自然酸化膜を除去するベーキング工程と、
850℃より高く950℃以下の温度で、前記シリコン単結晶基板の主表面上へのシリコンエピタキシャル層の気相成長を開始する気相成長工程とをこの順に行い、
前記ベーキング工程の直後にドーパントガスを供給せずに形成する厚さ0.05μm以上0.5μm未満の副エピタキシャル層と、この副エピタキシャル層の形成後にドーパントガスを供給しながら形成する主エピタキシャル層とによって、前記シリコンエピタキシャル層を形成し、
前記副エピタキシャル層の形成中に、前記シリコン単結晶基板の昇温を行い、
前記シリコン単結晶基板として、主表面に不純物拡散領域が形成されたものを用い、前記気相成長工程により埋め込み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。 In the final chemical bath for wet cleaning, a natural oxide film is removed from the surface of the silicon single crystal substrate, and a cleaning step for terminating the surface of the silicon single crystal substrate with hydrogen,
After the cleaning step, a transporting step of transporting the silicon single crystal substrate to the vapor phase growth apparatus in the air while keeping the time for exposing the silicon single crystal substrate to the atmosphere within 60 minutes;
A baking step of performing baking in a hydrogen gas atmosphere higher than 850 ° C. and lower than 950 ° C. to remove a natural oxide film formed on the surface of the silicon single crystal substrate;
At higher 950 ° C. temperature below than 850 ° C., they have rows and vapor phase growth step in this order to initiate the vapor phase growth of a silicon epitaxial layer on the main surface of the silicon single crystal substrate,
A sub-epitaxial layer having a thickness of 0.05 μm or more and less than 0.5 μm formed without supplying a dopant gas immediately after the baking step, and a main epitaxial layer formed while supplying a dopant gas after the formation of the sub-epitaxial layer, To form the silicon epitaxial layer,
During the formation of the sub-epitaxial layer, the silicon single crystal substrate is heated.
Examples silicon single crystal substrate, used as the impurity diffusion region formed on the main surface, a manufacturing method of a silicon epitaxial wafer, comprising the formation child buried layer by the vapor phase growth step.
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