JP5375768B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、｛１１０｝面を有する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るシリコンエピタキシャル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に関する。

現在、デバイス用としては｛１００｝面を主表面としたシリコンウェーハが主流である。
しかしながら、近年、｛１１０｝面を主表面とするシリコンウェーハを用いてその主表面上にｐＭＯＳトランジスタを形成した場合、キャリア移動度が｛１００｝面を主表面としたウェーハに比べて高くすることができることが見出されたことによって、｛１１０｝面を主表面としたシリコンウェーハが注目されている。

一方、エピタキシャルウェーハは、表面の欠陥が極めて少なく、高性能デバイス用基板として用いられている。
このため、｛１１０｝面を主表面としたエピタキシャルウェーハは、ＭＰＵ等の高性能、高速デバイス用基板としての需要が高まってきている。

しかし、面方位が｛１１０｝ジャストの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すると、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハの主表面の周辺部（面取部を除く外周縁部）に顕著な面粗れが円環状に発生する。この面粗れ部分は、暗室内で集光ランプ等を用いて目視観察すると光が乱反射して白く曇って見えることからヘイズと呼ばれている。

シリコンウェーハの主表面上にヘイズが発生した場合、パーティクルカウンターによるシリコンウェーハ主表面上のバックグラウンドノイズ（ヘイズレベル）の上昇により、ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ）の測定が困難になり、シリコンウェーハ表面上の異物、キズ等の保証も困難になってしまう問題が生じる。
また、ヘイズの発生している部分は、高さ１〜１０ｎｍ、サブミクロンから数十ミクロン程度の波長成分を有した凹凸によって表面粗さが悪化しており、デバイス特性を劣化させる問題も生じる。

この｛１１０｝面を主表面としたシリコンエピタキシャルウェーハ表面のヘイズを抑制するために、｛１１０｝面から最近接の＜１００＞軸方向へ０．５°以上３°以下傾斜させたオフアングルを有する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する方法が提案されている（特許文献１）。

また、｛１１０｝面からのオフアングルが１度未満のシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル成長を行い、その後、主表面を０．０５μｍ〜１μｍ研磨して表面に発生したヘイズを除去する方法も提案されている（特許文献２）。

特開２００５−３９１１１号公報 ＷＯ２００９／１５０８９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、主表面が｛１１０｝面に対して大きく傾斜しているために、その主表面上にｐＭＯＳトランジスタを形成した場合、キャリアが傾斜した格子と衝突し、キャリアの移動度を低下させ、目的とした高速デバイス特性が得られないという懸念がある。

また、特許文献２に記載の方法では、シリコンエピタキシャル層を形成した表面に発生した高さ１〜１０ｎｍ、サブミクロンから数十ミクロン程度の波長成分を有した凹凸を除去するためには、少なくともシリコンエピタキシャル層を０．０５μｍ以上研磨することが必要となる。
その為、研磨によってエピタキシャル層の層厚均一性が劣化し、研磨起因による表面欠陥（ＰＩＤ：Ｐｏｌｉｓｈ−Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｆｅｃｔ）を発生させてしまい、新たな問題が生じるという欠点がある。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、｛１１０｝面からの傾斜角度が小さくてもヘイズレベルが良好で、かつシリコン単結晶エピタキシャル層の層厚均一性も良好であり、更に表面欠陥の少ないシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法とシリコンエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明では、シリコン単結晶基板の主表面上にシリコン単結晶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であって、前記シリコン単結晶基板として、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のものを用い、かつ前記気相成長工程では、前記シリコン単結晶基板温度を１１７０℃〜１１９０℃として気相成長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を提供する。

このように、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板の基板温度を１１７０℃〜１１９０℃として、その主表面に、シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させると、シリコン単結晶エピタキシャル層の表面のヘイズレベルや表面粗さを｛１００｝面を主表面としたシリコン単結晶基板を用いたエピタキシャルウェーハと同程度の水準に抑制することができ、高歩留りでの高品質シリコンエピタキシャルウェーハの製造が可能となる。従って、本発明によれば、キャリア移動度を高くすることができる｛１１０｝ジャストと同等の｛１１０｝面からの傾斜角度が小さいシリコン単結晶基板を用いた高性能デバイス用基板を効率的に製造することができるようになる。
なお、気相成長時の基板温度が１１７０℃未満では、ヘイズレベルや表面粗さが｛１００｝基板と同水準にならず、高品質なエピタキシャルウェーハの製造が困難となる。また基板温度が１１９０℃より高温では、スリップ欠陥が発生するため、表面欠陥の少ないエピタキシャルウェーハを得ることが困難となる。このため、気相成長時の基板温度は１１７０℃以上１１９０℃以下とする必要がある。

ここで、前記気相成長工程では、前記シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させた後、連続して水素雰囲気で１１３０℃〜１１９０℃の温度で熱処理を行うことが好ましい。
このように、エピタキシャル層の成長後に、連続して１１３０℃〜１１９０℃の温度で水素雰囲気にて熱処理を行うことで、シリコン単結晶エピタキシャル層表面の平坦化をより図ることができ、更にヘイズレベルの改善および表面粗さの低減を達成することができる。

また、前記気相成長工程後、前記シリコン単結晶エピタキシャル層の表面に対して研磨量０．０１μｍ〜０．０５μｍの仕上げ研磨を行うことが好ましい。
上述のように、１１７０℃〜１１９０℃の間の温度でシリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させることにより、高さ１〜１０ｎｍ、サブミクロンから数十ミクロン程度の波長成分を有した凹凸を抑えることができる為、気相成長後に、エピタキシャル層表面を仕上げ研磨する事でさらにヘイズレベルを改善できる。
そして仕上げ研磨の研磨量を０．０１μｍ〜０．０５μｍの範囲に設定することで、エピタキシャル層の層厚均一性を劣化させず、研磨起因の表面欠陥の無いヘイズレベルの良好なシリコンエピタキシャルウェーハをより確実に製造することが可能となる。

そして、前記気相成長工程後、前記仕上げ研磨工程の前に、前記シリコン単結晶エピタキシャル層の表面を、フッ化水素を含有した洗浄液によって洗浄することが好ましい。
気相成長直後はシリコンエピタキシャルウェーハ表面には、自然酸化膜は存在しないが、大気中に保管する場合、時間経過とともに表面が酸化され、エピタキシャル成長後の仕上げ研磨量が安定しなくなる恐れがある。
そこで、エピタキシャル成長後４８時間以上経過した場合には、仕上げ研磨前にフッ化水素を含有した洗浄液によって表面の自然酸化膜を除去しておくと、仕上げ研磨でのヘイズレベルの改善を確実に達成することができ、好適である。

また、本発明では、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板の主表面上にシリコン単結晶エピタキシャル層が形成されたシリコンエピタキシャルウェーハであって、該シリコンエピタキシャルウェーハは、前記シリコン単結晶エピタキシャル層の表面のヘイズレベルが０．６ｐｐｍ以下で、かつ該表面の表面粗さがｒｍｓで０．２ｎｍ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を提供する。

このように、シリコン単結晶エピタキシャル層の気相成長の際に、基板温度を１１７０℃〜１１９０℃とすることで、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板を用いても、ヘイズレベルが０．６ｐｐｍ以下と良好で、表面粗さがｒｍｓで０．２ｎｍ以下と平坦性が十分な、従来にないシリコンエピタキシャルウェーハとなる。

以上説明したように、本発明によれば、｛１１０｝面からの傾斜角度が小さくてもヘイズレベルが良好で、かつシリコン単結晶エピタキシャル層の層厚均一性も良好であり、更に表面欠陥の少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可能となる。

一般的な枚葉式の気相成長装置の概略の一例を示した図である。 仕上げ研磨で用いる研磨装置の概略の一例を示した図である。 実験例１−３での、気相成長時の基板温度とヘイズレベルとの関係を示した図である。 実験例１−３での、気相成長時の基板温度と表面粗さｒｍｓとの関係を示した図である。 実験例１における、気相成長時の基板温度とエピタキシャル層表面形状との関係を示した図である。 実験例４，５における、水素雰囲気での加熱時間とヘイズレベルとの関係を示した図である。 実験例６における、仕上げ研磨量とエピタキシャル層表面のヘイズレベルとの関係を示した図である。 実験例６における、仕上げ研磨量とエピタキシャル層の層厚均一性との関係を示した図である。 実験例６における、仕上げ研磨量とエピタキシャル層表面のＬＰＤ（サイズ４２ｎｍ以上）との関係を示した図である。

以下、本発明についてより具体的に説明する。
本発明者は、｛１１０｝面を主表面としたシリコン単結晶基板にシリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させた際に発生する表面のヘイズの改善方法について鋭意研究を行った。
その結果、｛１１０｝面上に見られるヘイズは、シリコンエピタキシャル成長時にステップパンチングと呼ばれる原子ステップの束ね現象によって発生する、高さ１〜１０ｎｍ、サブミクロン〜数十ミクロン程度の波長成分を有した凹凸によって生じることが分かった。これは、ステップフロー成長において｛１００｝に比べて｛１１０｝の表面ステップでの原子の拡散距離が短いことに起因していると考えられる。

そして、このステップパンチングを抑制するためには、ステップフロー成長でなく二次元核成長による成長が支配的となる成長条件を選定すれば良いことが判った。
そしてこのためには、気相成長時のシリコン単結晶基板の基板温度を、従来の１１００〜１１６０℃ではなく１１７０℃以上とすればよく、これによって表面の曇り（ヘイズ）および数ミクロン〜数十ミクロン程度の波長成分を有した表面の凹凸の発生を同時に改善できることが判った。また、基板温度を１１９０℃より高温として気相成長を行うと、スリップ欠陥が発生してしまうため、表面欠陥を少なくするという目的を達成できなくなることも判った。
そして上記知見を基にして、本発明を完成させた。

以下、本発明について図を参照して詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
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おいて使用される気相成長装置の好適な一例として、枚様式の気相成長装置の構成について説明する。図１は、枚葉式の気相成長装置の概略の一例を示した図である。

図１に示すように、気相成長装置１１は、反応容器１２と、該反応容器１２の内部に設けられてシリコン単結晶基板Ｗを上面で支持するサセプタ１３とを備えている。

そして、反応容器１２には、該反応容器１２内に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長用ガスをサセプタ１３の上側の領域に導入してサセプタ１３上のシリコン単結晶基板Ｗの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管１４が設けられている。
また、反応容器１２のうちの、気相成長用ガス導入管１４が設けられた側と同じ側には、反応容器１２内にパージガス（例えば、水素）をサセプタ１３の下側の領域に導入するパージガス導入管１５が設けられている。

さらに、反応容器１２のうちの、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５が設けられた側と反対側には、反応容器１２内のガス（気相成長用ガス及びパージガス）が排気される排気管１６が設けられている。

そして、反応容器１２の外部には、該反応容器１２を上側と下側とから加熱する加熱装置１７ａ、１７ｂが設けられている。加熱装置１７ａ、１７ｂとしては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。

サセプタ１３は、例えば炭化ケイ素で被覆されたグラファイトにより構成されている。このサセプタ１３は、例えば略円板状に形成され、その主表面には、該主表面上にシリコン単結晶基板Ｗを位置決めするための平面視略円形状の凹部である座ぐり１３ａが形成されているものである。

また、サセプタ１３の裏面には、該裏面からサセプタ１３を支持するサセプタ支持部材１８が設けられている。このサセプタ支持部材１８は、矢印Ａで示す上下方向に移動可能で、かつ、矢印Ｂで示す方向に回転可能とされている。

次に、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ついて説明する。
まず、浮遊帯域溶融（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ：ＦＺ）法あるいはチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ：ＣＺ）法等の公知の方法によって、主軸方位が＜１１０＞のシリコン単結晶インゴットを製造する。
そして、得られたシリコン単結晶インゴットを、頭部と尾部とを切断した後、インゴット周辺部を回転して削り、直径を正確に出すとともにインゴットを完全な円柱ブロックにする。

このように仕上げられた円柱ブロックに対して、内周刃切断機等のスライサーにより、主表面が｛１１０｝ジャストか、若しくは｛１１０｝面に対してのオフアングル角度が０．５度以内になるようにスライシングする。

そして、スライシング後のシリコン単結晶基板の両面外周縁にベベル加工により面取りを施す。
面取り終了後のシリコン単結晶基板に対して遊離砥粒を用いて両面ラップを行い、ラップウェーハとする。あるいは、固定砥粒を用いて両面を研削し、研削ウェーハとする。
次いで、ラップウェーハあるいは研削ウェーハをエッチング液に浸漬することにより、両面を化学エッチング処理する。化学エッチング処理は、シリコン単結晶基板の表面に生じたダメージ層を除去するために行われる。
この化学エッチング処理後に、表面あるいは表裏面をメカノケミカルポリッシングにより鏡面研磨を行い、さらに最終洗浄を施す。

次に、上述の工程により得られた主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板の主表面に、例えば図１に示すような気相成長装置１１を使用して、シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させる。
具体的には、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板Ｗを、反応容器１２内に投入し、その主表面が上を向くように、サセプタ１３上面の座ぐり１３ａ内に載置する。

ここで、反応容器１２内には、シリコン単結晶基板Ｗが投入される前段階から、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５をそれぞれ介して水素ガスを導入しておく。

次いで、サセプタ１３上のシリコン単結晶基板Ｗを加熱装置１７ａ、１７ｂにより加熱し、シリコン単結晶基板Ｗの主表面に形成されている自然酸化膜を除去するための気相エッチングを行うことができる。この温度としては、例えば、１０５０℃〜１１９０℃の範囲が適当である。

この自然酸化膜の気相エッチング後に、上記シリコン単結晶基板Ｗを１１７０〜１１９０℃の範囲の温度になるように成長温度を設定し、気相成長用ガス導入管１４を介してシリコン単結晶基板Ｗの主表面上に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及び、パージガス導入管１５を介してパージガス（例えば、水素）を略水平に供給することによって、シリコン単結晶基板Ｗの主表面上にシリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させる。
これによって、ヘイズレベルが良好で表面粗さの小さな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。

なお、シリコン単結晶エピタキシャル層の厚さや導電型・比抵抗率などの電気特性値については特に限定されず、所望の物性値となるようにすればよい。

さらに、上記気相成長直後に、温度を１１３０〜１１９０℃の範囲に設定し、気相成長用ガス導入管１４を介して水素をシリコンエピタキシャルウェーハの主表面上に供給し、パージガス導入管１５を介してパージガス（例えば、水素）を略水平に供給して、水素雰囲気で、例えば短時間（１２０秒以下等）の加熱処理を実施することができる。
これによって、更にヘイズレベルが良好で、表面粗さ（表面の凹凸）がより小さ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。

また、気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハを気相成長装置１１から取り出し、シリコン単結晶エピタキシャル層の表面を、研磨量０．０１μｍ〜０．０５μｍの仕上げ研磨（メカノケミカルポリッシング）を行うことができ、これによってシリコン単結晶エピタキシャル層の層厚分布やＰＩＤの発生を確実に抑制でき、更なるヘイズレベルの改善が可能となる。

この仕上げ研磨には、例えば図２に示すような一般的な研磨装置２１を用いることができるが、もちろんこれに限定されず、表面を仕上げ研磨できる研磨装置であれば良い。以下、仕上げ研磨方法について簡単に説明する。

図２に示した研磨装置２１は、軟質なスエード材料等で出来た研磨布２２が貼り付けられた定盤２３と、研磨剤供給機構２４と、研磨ヘッド２５等から構成されている。
このような研磨装置２１の研磨ヘッド２５でシリコンエピタキシャルウェーハＷ’を保持し、研磨剤供給機構２４から研磨布２２上に研磨剤２６を供給するとともに、定盤２３と研磨ヘッド２５をそれぞれ回転させてシリコンエピタキシャルウェーハＷ’の表面を研磨布２２に摺接させることによって仕上げ研磨を行うことができる。
そして、このような研磨装置を用いて、シリコンエピタキシャルウェーハの表面を、研磨量０．０１μｍ〜０．０５μｍの仕上げ研磨を行うことができる。

ここで、先の気相成長後のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面には自然酸化膜は存在しない。しかし、大気中で保管していると表面が酸化され自然酸化膜が発生する。
また、前述の研磨剤には、主にシリカを砥粒とした研磨剤が使用される。このため、シリカ砥粒の場合では、酸化シリコンの研磨速度はシリコンに比べて極めて遅くなり、シリコンエピタキシャルウェーハ表面に自然酸化膜が存在すると安定した仕上げ研磨が出来なくなる。

そこで、気相成長後に４８時間以上大気中にシリコンエピタキシャルウェーハを保管する場合には、フッ化水素を含有した洗浄液によって表面の自然酸化膜を除去した後に、図２で示したような研磨装置２１にてシリコンエピタキシャルウェーハＷの表面を０．０１μｍ〜０．０５μｍ仕上げ研磨を実施することが好適であり、これによって更にヘイズレベルの良好なシリコンエピタキシャルウェーハを確実に製造することができる。

以上説明したように、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よれば、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板の主表面上に、表面のヘイズレベルが０．６ｐｐｍ以下で、かつ該表面の表面粗さがｒｍｓで０．２ｎｍ以下であるシリコン単結晶エピタキシャル層が形成された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、実験例を示して本発明をより具体的に説明するが、もちろん本発明はこれらに限定されるものではない。
（実験例１−３）
エピタキシャル成長用のシリコン単結晶基板として、直径３００ｍｍ、抵抗率０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍ、厚さ７７５μｍのＰ^＋＋型で、主表面が｛１１０｝面からのオフアングル角度が１分の基板（実験例１）、主表面が｛１００｝面からのオフアングル角度が１分の基板（実験例２）、主表面が｛１１０｝面からのオフアングル角度を最近接の＜１００＞軸方向へ２°とした基板（実験例３）の３種類のシリコン単結晶基板を、各々複数枚準備した。

また、エピタキシャル成長装置として、直径３００ｍｍ用の枚葉式エピタキシャル成長装置（アプライドマテリアルズ社製装置 センチュラ）を用意して、原料ガスとしてトリクロロシランを、キャリアガスとして水素を用いた。また、原料ガスの供給流量は１０ｓｌｍ、キャリアガスの供給流量は８０ｓｌｍを選択した。また、パージガスについても水素を選択し、供給量を２０ｓｌｍとした条件にて、準備したシリコン単結晶基板の主表面に、シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させた。

そして、気相成長時のシリコン単結晶基板の基板温度を１０８０〜１１９０℃の範囲で選択し、厚さ約２．５μｍのＰ⁻型シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させた。

その後、エピタキシャル層表面のヘイズレベルをケー・エル・エー・テンコール社製の表面異物検査装置（モデル Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−２）を用いてＤＷＯモード（Ｄａｒｋ Ｆｉｅｌｄ Ｗｉｄｅ Ｏｂｌｉｑｕｅ）（低角度入射・低角度検出）にて評価した。その結果を図３に示す。

図３に示すように、成長温度１１６０℃以下の領域では、実験例１−３のいずれの方位を有するシリコン単結晶基板も成長温度を上げると僅かにヘイズレベルが上昇する傾向が見られた。
また、｛１１０｝ジャストに近い基板を用いた実験例１では、｛１００｝基板を用いた実験例２よりも３〜４倍ほどヘイズレベルが高く、また、｛１１０｝より大きくオフアングルした基板を用いた実験例３の２〜２．５倍高い結果であった。また、この実験例１のシリコンエピタキシャルウェーハ表面を暗室内で集光ランプを用いて目視観察すると、中心には曇りは見られず、周囲に円環状にヘイズが発生していることが確認された。
しかし、成長温度１１７０℃以上の領域では、実験例１ではエピタキシャル層表面のヘイズレベルが急激に改善し、ほぼ実験例３に近いレベルまで改善が見られた。また、暗室内で集光ランプを用いて目視観察したところ、成長時基板温度１１７０℃以上では、実験例１においても、円環状のヘイズは消失していた。

そして、エピタキシャル層の表面粗さの平均二乗根ｒｍｓ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ）をＳｃｈｍｉｔｔ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製の表面粗さ測定装置（モデルＴＭＳ−３０００Ｗ）にて評価した。その結果を図４に示す。なお、図４のグラフの縦軸は、ウェーハ全面の平均を示している。

図４に示すように、実験例２および実験例３のシリコン単結晶エピタキシャル層の表面粗さは、成長温度に依存せずにほぼ一定であった。
しかしながら、｛１１０｝ジャストに近い基板を用いた実験例１の場合は、成長温度が１１６０℃以下の領域では、実験例２や実験例３のエピタキシャル層の表面粗さに対して約３倍粗く、基板中心部よりも外周部が粗い傾向を示した。
これに対し、成長温度１１７０℃以上の領域では、実験例１においても実験例２，３のエピタキシャル層の表面粗さと同等レベルまで改善され、上述のヘイズレベル評価結果と同様な傾向を示した。

実験例１でのエピタキシャル層の表面粗さの変化を確認するために、面内の表面形状分布をコベルコ科研社製の光学干渉式表面粗さ測定装置（モデル ＬＳＭ−３０００）にて評価した。具体的には、ウェーハの中心、半径の半分の位置及び外周から１０ｍｍの３点を３５０μｍ□エリアで観察した。その結果を図５に示す。

図５に示すように、実験例１において、成長時の基板温度１１３０℃では、エピタキシャル層表面で円環状にヘイズの発生しているエリアでは、波長が２０〜３０μｍ、高さが数ｎｍの凹凸が発生している事が確認できた。そして、成長温度１１６０℃では、高さが小さくなり、成長温度１１７０℃で消滅していることが確認された。
この表面の凹凸は、シリコンエピタキシャル成長時の原子ステップの束ね現象によって発生するステップパンチングと呼ばれるものと考えられる。そして、１１７０℃以上の領域では、このステップパンチングが抑制されてヘイズレベルや表面粗さが改善されたと考えられる。

さらに成長温度を上げて１１９０℃を超える領域についても調査を実施した。
しかし、表１に示すように、高温の為にスリップ欠陥が発生してしまうことがわかり、成長温度としては１１７０〜１１９０℃とすべきであることが確認された。なお、表１はエピタキシャル成長温度とスリップ欠陥の関係を示したものである。

（実験例４，５）
つぎに、エピタキシャル成長後に続けて水素雰囲気で加熱を行い、表面平坦化が図れるか否かの検討を行った。
エピタキシャル成長用の基板として、直径３００ｍｍ、抵抗率０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍ、厚さ７７５μｍのＰ^＋＋型で、主表面が｛１１０｝面からのオフアングル角度が１分の基板（実験例４）、主表面が｛１００｝面からのオフアングル角度が１分の基板（実験例５）の２種類のシリコン単結晶基板を、各々複数枚準備した。

そして、気相成長時の基板温度を１１９０℃とし、基板表面に約２．５μｍのＰ⁻シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させた。
その後に、１０８０〜１１９０℃に温度を設定し、水素ガスを８０ｓｌｍ供給して０〜１８０秒の熱処理を実施し、該エピタキシャル層表面のヘイズレベルを前記ＳＰ−２にて評価した。その結果を図６に示す。

図６に示すように、水素加熱温度１０８０℃（実験例４−１）の場合には、エピタキシャル層表面ヘイズレベルは加熱時間とともに改善されるものの、加熱時間１２０秒での改善効果は小さいことが判った。
これに対し、水素加熱温度１１３０℃（実験例４−２）の場合では、１２０秒の熱処理でほぼ実験例５（水素加熱温度１１３０℃で基板が｛１００｝）のエピタキシャル層表面ヘイズレベルと同等になった。
さらに、１１９０℃の水素加熱（実験例４−３）では、６０秒の加熱時間で実験例５のエピタキシャル層表面ヘイズレベルと同等になった。
このように、気相成長工程直後に、連続して水素熱処理を行うことによってヘイズレベルをより改善でき、この熱処理温度を１１３０℃〜１１９０℃とすると改善幅を大きくすることができることが判った。

（実験例６）
一般的にシリコンエピタキシャルウェーハでは、表面に原子ステップが存在するために、光の散乱が均一ではなく、ある特定方向に強く散乱する傾向があり、その影響によりポリッシュドシリコンウェーハよりもヘイズレベルが高いことが知られている。
そこで、主表面が｛１１０｝面からのオフアングル角度が１分の基板にエピタキシャル成長を行った後に、シリコンエピタキシャル層表面の仕上げ研磨を行い、さらにヘイズレベル改善を図ることができるかについて実験を実施した。

エピタキシャル成長用の基板として、直径３００ｍｍ、抵抗率０．００５〜０．０１０Ω・ｃｍ、厚さ７７５μｍのＰ^＋＋型で、主表面が｛１１０｝面からのオフアングル角度が１分の基板を用い、上述の気相成長装置を用いて、成長時の基板温度１０８０℃（実験例６−１）および１１９０℃（実験例６−２）の２条件で、Ｐ⁻シリコン単結晶エピタキシャル層を５μｍ気相成長させたシリコンエピタキシャルウェーハを準備した。

また、準備したシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の厚さをフーリエ赤外線分光を用いた膜厚測定器（ナノメトリクス社製 モデルＱＳ３３００ＥＧ）を用いて、ウェーハ直径方向でエッジから５ｍｍ領域を除外した３３点を測定し、次式で示される式で層厚均一性の算出を行った。
層厚均一性（％）＝（最大層厚−最小層厚）／（最大層厚＋最小層厚）×１００
その結果、準備したシリコンエピタキシャルウェーハの層厚均一性は、いずれも０．３６％であった。

このシリコンエピタキシャルウェーハを図２で示したような研磨装置で仕上げ研磨を行い、ＳＰ−２により仕上げ研磨後エピタキシャル層表面のヘイズレベルの評価を行った。その結果を図７に示す。

図７に示すように、１０８０℃の低温でエピタキシャル成長させた本発明の範囲外である実験例６−１の場合には、初期のヘイズレベルが悪いため、０．０５μｍ以上の仕上げ研磨量が必要であることが判った。
これに対し、１１９０℃でエピタキシャル成長させた、本発明の範囲内である実験例６−２の場合、０．０１μｍ以上の仕上げ研磨量でヘイズレベルを十分に改善できることが判った。

また、仕上げ研磨後のエピタキシャル層の層厚を測定し、仕上げ研磨量とエピタキシャル層厚の均一性についても確認した。その結果を図８に示す。
図８に示すように、仕上げ研磨量が０．０５μｍを超えると層厚均一性が大幅に悪化しており、仕上げ研磨量は０．０５μｍ以下に抑えることが好適であることが判った。

そして、仕上げ研磨量と４２ｎｍ以上のサイズのＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ）数の関係についても、上述のＳＰ−２により仕上げ研磨後エピタキシャル層表面のヘイズレベルの評価を行った際に同時に行った。その結果を図９に示す。
図９に示すように、仕上げ研磨量が０．０５μｍを超えるとＬＰＤが増加しており、ＰＩＤが発生していると考えられる。この結果からも、仕上げ研磨量を０．０５μｍ以下に抑えることが好適である事が判った。

図７−９から判るように、気相成長時の基板温度が本発明の範囲外である実験例６−１の場合では、ヘイズレベルの改善を達成するためには層厚均一性を犠牲にする必要があり、層厚均一性を達成するためにはヘイズレベルを犠牲にする必要がある。
これに対し、本発明の範囲内である実験例６−２に示すように、研磨量０．０１μｍ〜０．０５μｍの仕上げ研磨を行うことによって、｛１１０｝面からの傾斜角度が小さいシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層の層厚均一性を悪化させず、ＰＩＤの発生を抑えて、さらに良好なヘイズレベルを有したシリコンエピタキシャル層を形成することができることが判った。

このように本発明のエピタキシャルウェーハ製造方法であれば、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板主表面上に、ヘイズレベルの良好なシリコン単結晶エピタキシャル層を有したシリコンエピタキシャルウェーハを製造することが可能となる。

特に、図３，４に示すように、本発明によれば、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のシリコン単結晶基板の主表面上に、シリコン単結晶エピタキシャル層の表面のヘイズレベルが０．６ｐｐｍ以下で、かつ該表面の表面粗さがｒｍｓで０．２ｎｍ以下であるシリコン単結晶エピタキシャル層が形成されたような、今までにないシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
そして、｛１１０｝ジャストか、それに近い０．５度未満の角度でオフアングルされたシリコン単結晶基板を用いたものであるため、作製されるデバイスの高性能・高速化を達成することができる。

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。

１１…気相成長装置、 １２…反応容器、 １３…サセプタ、 １３ａ…座ぐり、 １４…気相成長用ガス導入管、 １５…パージガス導入管、 １６…排気管、 １７ａ，１７ｂ…加熱装置、 １８…サセプタ支持部材、
２１…研磨装置、 ２２…研磨布、 ２３…定盤、 ２４…研磨剤供給機構、 ２５…研磨ヘッド、 ２６…研磨剤、
Ｗ…シリコン単結晶基板、 Ｗ’…シリコンエピタキシャルウェーハ。

Claims (3)

1. シリコン単結晶基板の主表面上にシリコン単結晶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であって、
   前記シリコン単結晶基板として、主表面が｛１１０｝面または｛１１０｝面からのオフアングル角度が０．５度未満のものを用い、
   かつ前記気相成長工程では、前記シリコン単結晶基板温度を１１７０℃〜１１９０℃として気相成長し、
   前記気相成長工程後、前記シリコン単結晶エピタキシャル層の表面に対して研磨量０．０１μｍ〜０．０５μｍの仕上げ研磨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。
2. 前記気相成長工程では、前記シリコン単結晶エピタキシャル層を気相成長させた後、連続して水素雰囲気で１１３０℃〜１１９０℃の温度で熱処理を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。
3. 前記気相成長工程後、前記仕上げ研磨工程の前に、前記シリコン単結晶エピタキシャル層の表面を、フッ化水素を含有した洗浄液によって洗浄する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。

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