JP5445075B2

JP5445075B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP5445075B2
Application number: JP2009269992A
Authority: JP
Inventors: 正川島; 雅博吉川
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP2011114210A

Description

本発明は、不純物を含有する低抵抗シリコン基板上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル成長工程に先立って、前記シリコン基板の裏面にオートドープ防止のための酸化膜を形成する裏面酸化膜形成工程と、ノジュールの生成を抑制するため、前記裏面酸化膜を所定の幅のウェーハ周縁部分だけ除去する裏面酸化膜除去工程とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。

エピタキシャルウェーハは、パワーデバイス等の用途の場合、エピタキシャル膜を形成するシリコン基板として、不純物を高濃度に添加し、ｐ型又はｎ型のいずれかの導電型を備えるよう構成された低抵抗基板が用いられる。導電型をｐ型とする場合には、不純物としてボロン（Ｂ）等が添加され、ｎ型とする場合には、不純物としてリン（Ｐ）、アンチモン（Sb）、ヒ素（As）等がシリコン基板に添加される。ただし、このような不純物が添加されたシリコン基板上に、エピタキシャル膜を成長させるべく前記基板を高温（1000〜1200℃）に加熱する場合、上述した不純物がシリコン基板から飛び出し、成長したエピタキシャル膜中に取り込まれる現象（オートドープ）が発生するという問題がある。このオートドープの発生は、抵抗率のウェーハ面内均一性の悪化等を引き起こすことから、できる限り抑制する必要がある。

上述のオートドープを抑制するため、エピタキシャル膜の成長に先立って、前記シリコン基板の裏面に対して、オートドープを防止するための酸化膜を形成する工程を有するエピタキシャルウェーハの製造方法が用いられている。形成された裏面酸化膜によって、前記不純物の飛び出しを防ぐことができるため、オートドープの発生を有効に抑制できる。なお、シリコン基板の表面側については、エピタキシャル膜を成長させるため、上述の不純物の飛び出しは抑制されている。

しかしながら、上述の裏面酸化膜を形成した状態で、エピタキシャル膜の成長を行った場合、図４に示すように、ウェーハ周縁部１０ｂの前記裏面酸化膜２１上には、いわゆる「ノジュール」と呼ばれる、ポリシリコンの異常成長による微小な突起状の生成物５０が発生し、このポリシリコン生成物５０がエピタキシャル成長処理中に脱落してエピタキシャル膜３０の表面に付着するという問題がある。その場合、エピタキシャルウェーハ表面で観察されるＬＰＤ（Light Point Defect）密度の増加や、半導体デバイス製造工程で脱落してウェーハ表面に付着し、酸化膜のパターニング不良を始めとする様々なトラブルを引き起こす恐れがある。

そのため、上述のポリシリコン生成物の成長を抑制するエピタキシャルウェーハの製造方法として、例えば特許文献１及び２に開示されているように、前記シリコン基板の裏面に形成した酸化膜の一部を除去した上で、エピタキシャル膜の成長を行う方法が挙げられる。これらの製造方法によれば、前記シリコン基板の周縁部、さらにはオートドープの影響が許容できる範囲内で裏面酸化膜を広範囲に除去し、ポリシリコン生成物の発生がなく、ＬＰＤ密度が抑制されたエピタキシャルウェーハを得ることができるとしている。

特許２５４６９８６号公報特開２０００−２１７７８号公報

しかしながら、特許文献１及び２の発明では、ポリシリコン生成物の抑制については一定の効果を有するものの、オートドープの影響を考慮した上での前記裏面酸化膜の除去量の制御が困難であり、裏面酸化膜の除去量が大きくなりすぎた場合には、オートドープを十分に抑制することができず、抵抗率のウェーハ面内均一性が悪化するという問題があった。

本発明の目的は、裏面酸化膜の除去量の適正化を図ることによって、確実にオートドープ及びポリシリコン生成物の発生を抑制し、抵抗率のウェーハ面内均一性が高く、ＬＰＤ密度の低減が図られた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。

本発明者らは、不純物を含有する低抵抗シリコン基板上にエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル成長工程に先立って、前記シリコン基板の裏面にオートドープ防止のための酸化膜を形成する裏面酸化膜形成工程と、ノジュールの生成を抑制するため、前記裏面酸化膜を所定の幅のウェーハ周縁部分だけ除去する裏面酸化膜除去工程とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法について、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、前記所定の除去幅をｙ（μm）とし、所望のエピタキシャル膜の抵抗率をｘ（Ω・cm）としたとき、ｙとｘが、
ｙ≦−909.01 ln（ｘ）＋2044.8
の関係を満たすように、前記裏面酸化膜の除去を行うことで、ポリシリコン生成物の発生を防止し、さらに、オートドープの発生についても有効に抑制することができる結果、抵抗率のウェーハ面内均一性が高く、ＬＰＤ密度の低減が図られたエピタキシャルウェーハを製造できることを見出した。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）不純物を含有する2mΩ・cm以下の低抵抗シリコン基板上にエピタキシャル膜を1050〜1150℃の成長温度で成長させるエピタキシャル成長工程に先立って、前記シリコン基板の裏面に酸化膜を形成する裏面酸化膜形成工程と、前記裏面酸化膜を面取り部分の開始点からシリコン基板の半径方向に沿った幅のウェーハ周縁部分だけ除去する裏面酸化膜除去工程とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記裏面酸化膜の除去は、前記面取り部分の開始点からシリコン基板の半径方向に沿った除去幅をｙ（μm）とし、狙いとするエピタキシャル膜の抵抗率をｘ（Ω・cm）としたとき、ｙとｘが、
前記成長温度が1050℃の場合には、ｙ≦−909.01 ln（ｘ）＋2044.8
前記成長温度が1050℃超え、1100℃以下の場合には、ｙ≦−714.1 ln（ｘ）＋1040.3
前記成長温度が1100℃超え、1150℃以下の場合には、ｙ≦−455.24 ln（ｘ）＋572.63
ｙ＞0
の関係を満たすことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。

（２）前記裏面酸化膜の所定の除去幅は、さらに、
ｙ≧30μm
の関係を満たす上記（１）に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

（３）前記シリコン基板に含有される不純物が、ヒ素又はリンである上記（１）又は（２）に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

（４）前記シリコン基板の直径が、200mm以上である上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

この発明によれば、確実にオートドープ及びポリシリコン生成物の発生を抑制し、抵抗率のウェーハ面内均一性が高く、ＬＰＤ密度の低減が図られたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能となった。

本発明に従うエピタキシャルウェーハの製造工程の一部を説明するためのフロー図である。裏面酸化膜の除去幅について説明するため、裏面酸化膜を形成したシリコン基板の端部を拡大して示した図である。所望のエピタキシャル膜の抵抗率（Ω・cm）と、抵抗率のウェーハ面内の均一性が2％以下となるような裏面酸化膜の除去幅（μm）との関係を示したグラフである。裏面酸化膜上に形成されるポリシリコン生成物について説明するため、裏面酸化膜を形成したシリコン基板の端部を拡大して示した図である。エピタキシャル膜３０のウェーハ直径方向の位置（mm）と、エピタキシャル膜３０の抵抗率（Ω・cm）の関係を示したグラフであり、 (ａ)は実施例１のサンプル、(ｂ)は実施例２のサンプル、（ｃ）は比較例１のサンプルを示す。

本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、図１に示すように、不純物を含有する低抵抗シリコン基板１０上にエピタキシャル膜３０を成長させるエピタキシャル成長工程（図１(ｄ)）に先立って、前記シリコン基板１０（図１(ａ)）の裏面１０ａにオートドープ防止のための酸化膜２０を形成する裏面酸化膜形成工程（図１(ｂ)）と、ポリシリコン生成物の発生を抑制するため、前記裏面酸化膜を所定の幅のウェーハ周縁部分だけ除去する裏面酸化膜除去工程（図１(ｃ)）とを有する。

本発明に用いられる前記シリコン基板１０（図１(ａ)）は、エピタキシャル膜３０を形成するための基板であり、その種類等については特に限定はされず、デバイスの用途等によって種々のシリコン基板１０を選択することができる。

また、前記シリコン基板１０の抵抗率は、2mΩ・cm以下であることが好ましい。これは、デバイス工程でのオン抵抗低減のため、特に低耐圧パワーデバイスの場合、シリコン基板１０の抵抗率は低いものが要求されており、さらに、抵抗率が2mΩ・cm以下である場合、前記シリコン基板１０に含有される不純物の量が多くなるため、本発明の効果（オートドープ及びポリシリコン生成物の抑制）がより顕著に発揮できるためである。

また、前記シリコン基板１０としてｎ型のシリコン基板を用いる場合、前記シリコン基板に含有される不純物が、ヒ素又はリンであることが好ましい。これは、アンチモン等の他の不純物に比べて、ヒ素又はリンがより低い抵抗率が実現できるからである。

さらにまた、前記シリコン基板の直径は、200mm以上であることが好ましい。シリコン基板が大口径化するほどオートドープ量も増大する傾向にあり、シリコン基板の直径が200mm以上のシリコン基板に対して本発明を適用すれば、本発明の効果が最も顕著に発揮できるからである。

また、本発明の裏面酸化膜形成工程（図１(ｂ)）は、その名の通り、前記シリコン基板１０の裏面１０ａに酸化膜２０を形成する工程である。この裏面酸化膜２０を形成することによって、上述のオートドープを防ぐことができる。前記裏面酸化膜２０の膜厚については、特に限定はしないが、オートドープを有効に防止でき、かつ、その後の裏面酸化膜２０の除去が容易に行える点から、400〜600nmの範囲であることが好ましい。ここで、図１、２及び４では、説明の便宜上、前記裏面酸化膜２０の膜厚が実際の膜厚よりも厚くなっている。

なお、前記裏面酸化膜２０を形成する方法としては、均一な酸化膜を形成できる方法であれば特に限定はせず、通常用いられる酸化膜の形成法によって行えばよい。例えば、前記シリコン基板１０の裏面１０ａを上にした状態で反応炉内に載置し、常圧CVD法によって前記酸化膜２０をシリコン基板１０の裏面１０ａに形成したり、熱酸化法によって前記酸化膜２０を形成することも可能である。

また、本発明の裏面酸化膜除去工程（図１(ｃ)）は、ポリシリコン生成物の発生を抑制することを目的として、前記裏面酸化膜２０を、所定の幅ｙのウェーハ周縁部分だけ除去する工程である。ここで、前記裏面酸化膜２０の所定の除去幅ｙとは、図２に示すように、前記裏面酸化膜２０を除去した部分のシリコン基板１０の半径方向に沿った長さのことである。より具体的には、前記シリコン基板１０に面取りを施している場合、裏面酸化膜２０の端部２０ａから、曲率が変わる面取り部分の開始点１０ｃまでの、シリコン基板１０の半径方向に沿った距離ｙをいう。

そして、前記裏面酸化膜２０の除去は、前記所定の除去幅をｙ（μm）とし、所望のエピタキシャル膜の抵抗率をｘ（Ω・cm）としたとき、図３に示すように、ｙとｘが、
ｙ≦−909.01 ln（ｘ）＋2044.8・・・（１）
の関係を満たすことを特徴とする。

上記（１）式を満たすように前記裏面酸化膜２０の除去量の適正化を図ることで、前記裏面酸化膜２０上でのポリシリコン生成物の発生を抑制しつつ、オートドープの発生についても有効に抑制することができる。その結果、オートドープの発生に起因した抵抗率のウェーハ面内均一性の悪化がなく、さらに、ウェーハ裏面端部に付着するポリシリコン生成物の存在に起因したＬＰＤ密度の低減が図られたエピタキシャルウェーハを製造できる。なお、本発明での抵抗率のウェーハ面内均一性の良否は、抵抗率のウェーハ面内のバラツキ（抵抗率分布）が2％以内であるか否かを基準としている。

ここで、図３は、エピタキシャル成長用ソースガスとしてトリクロロシランを使用してエピタキシャル成長処理を行ったときの、エピタキシャル膜の抵抗率（Ω・cm）と、エピタキシャル膜の抵抗率分布2％以内を確保するために必要な裏面酸化膜の除去幅（μm）との関係を示したグラフである。図３の中で、（１）式はエピタキシャル成長温度が1050℃のときの関係式を示し、（２）式（ｙ≦−714.1 ln（ｘ）＋1040.3）はエピタキシャル成長温度が1100℃のときの関係式を示し、（３）式（ｙ≦−455.24 ln（ｘ）＋572.63）はエピタキシャル成長温度が1150℃のときの関係式を示している。
図３から、ｙ（裏面酸化膜の所定の除去幅）の値が上記（１）式を満たす場合（図中の斜線部分に含まれる場合）、所望のエピタキシャル膜の抵抗率分布（2％以内）を実現できるが、その満たさない場合（図中の斜線部分から外れる場合）には、所望抵抗率分布（2％以内）を実現できないことがわかる。なお、後述するように、エピタキシャル膜表面のヘイズ抑制、スリップ転位発生の抑制の観点からは、エピタキシャル成長処理を1050℃〜1150℃の温度範囲内で実施することが望ましいため、（１）式〜（３）式を満たす条件範囲内でエピタキシャル成長させることがより有効となる。

なお、前記ポリシリコン生成物５０とは、図４に示すように、前記シリコン基板１０の端部１０ｂにおいて、前記裏面酸化膜２１上に形成されたシリコン含有結晶からなる生成物のことである。上述したように、これらのポリシリコン生成物５０が存在する場合、前記エピタキシャル膜３０のＬＰＤ密度の増加を生じる恐れがある。そのため本発明では、前記裏面酸化膜２０を所定幅ｙのウェーハ周縁部分だけ除去することで、前記ポリシリコン生成物５０の発生を有効に抑制することができる。

また、前記裏面酸化膜２０のウェーハ周縁部分の除去方法としては、有効に前記裏面酸化膜２０の除去を行うことができれば特に限定はせず、例えば、研削やエッチングによって前記酸化膜２０の除去をすることができる。

また、前記裏面酸化膜の所定の除去幅ｙは、さらに、
ｙ≧30μm・・・（４）
の関係を満たすことが好ましい。前記除去幅ｙが30μm未満の場合、十分に前記裏面酸化膜２０の除去幅ｙを確保できないため、前記ポリシリコン生成物５０が前記シリコン基板１０のウェーハ端部１０ｂに発生する恐れがあるからである。

また、本発明のエピタキシャル成長工程（図１(ｄ)）は、前記シリコン基板１０の表面上に所定のエピタキシャル膜３０を成長させる工程である。ここで、前記裏面酸化膜２０の所定の除去幅ｙとは、図２に示すように、前記裏面酸化膜２０を除去した部分のシリコン基板１０の半径方向に沿った長さ（μm）のことである。より具体的には、前記シリコン基板１０に面取りを施している場合、裏面酸化膜２０の端部２０ａから、曲率が変わる面取り部分の開始点１０ｃまでの、シリコン基板１０の半径方向に沿った距離ｙをいう。

ここで、前記エピタキシャル膜３０の形成は、エピタキシャル成長用ソースガスとしてトリクロロシラン（SiHCl₃）ガス等を使用し、気相成長（CVD）法によって行われるが、その成長温度は、1050〜1150℃の範囲であることが好ましい。1050℃未満の場合、成長速度の低下、および、パーティクルの発生や曇り（Haze）の発生の恐れがあるからであり、一方、1150℃を超えると、成長温度が高すぎるためその成長速度が飽和し、さらに、前記エピタキシャル膜３０中にスリップ転移が発生する恐れがあるからである。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（実施例１）
実施例１では、図１に示すように、不純物としてヒ素を含有し、抵抗率が2mΩ・cm以下であるシリコン基板１０を用意し（図１(ａ)）、前記シリコン基板１０の裏面１０ａに、CVD法によってオートドープ防止のための酸化膜２０を形成する裏面酸化膜形成工程（図１(ｂ)）と、ポリシリコン生成物５０の発生を抑制するため、前記裏面酸化膜２０を所定の幅ｙ（μm）のウェーハ周縁部分だけ除去する裏面酸化膜除去工程（図１(ｃ)）と、前記シリコン基板１０上に、成長温度が1150℃の条件で、CVD法により、ドーパントガスとしてPH₃を使用し、所望の抵抗率を有するエピタキシャル膜３０を成長させるエピタキシャル成長工程（図１(ｄ)）を、順次行うことによって、サンプルとなるエピタキシャルウェーハを製造した。
なお、前記エピタキシャル膜３０の狙いの抵抗率は、約2.0Ω・cm、前記裏面酸化膜２０の所定の除去幅は、50μmであり、
ｙ≦−909.01 ln（ｘ）＋2044.8・・・（１）、
ｙ≦−455.24 ln（ｘ）＋572.63・・・（３）、
及び、ｙ≧30μm・・・（４）
のいずれの関係も満たしている。

（実施例２）
実施例２では、前記エピタキシャル成長工程（図１(ｄ)）において、成長温度が1050℃であり、前記エピタキシャル膜３０の抵抗率が約2.0Ω・cmであること以外は、実施例１と同様の条件によって、サンプルとなるエピタキシャルウェーハを製造した。
なお、前記エピタキシャル膜３０の狙いの抵抗率は、約2.0Ω・cm、前記裏面酸化膜２０の所定の除去幅は、50μmであり、
ｙ≦−909.01 ln（ｘ）＋2044.8・・・（１）、
及び、ｙ≧30μm・・・（４）
のいずれの関係を満たしている。

（比較例１）
比較例１は、前記裏面酸化膜除去工程（図１(ｃ)）において、前記裏面酸化膜２０の所定の除去幅が550μmであること、実施例１と同様の条件によって、サンプルとなるエピタキシャルウェーハを製造した。
なお、前記エピタキシャル膜３０の狙いの抵抗率は、約2.0Ω・cm、前記裏面酸化膜２０の所定の除去幅は、550μmであり、
ｙ≧30μm・・・（４）
の関係を満たしているものの、
ｙ≦−455.24 ln（ｘ）＋572.63・・・（３）
の関係を満たしていない。

（評価）
（１）エピタキシャル膜の抵抗率の面内均一性
実施例及び比較例で製造された各サンプルについて、エピタキシャル膜面内の抵抗率を測定し、（MAX−MIN）／（2×AVE.）×100（%）
MAX：エピタキシャル膜面内の最大抵抗率（Ω・cm）
MIN：エピタキシャル膜面内の最小抵抗率（Ω・cm）
AVE.：エピタキシャル膜面内の平均抵抗率（Ω・cm）
の計算式により、エピタキシャル膜の抵抗率の面内分布（％）を算出した。算出結果は表１に示す。
さらに、実施例及び比較例の各サンプルについて、エピタキシャル膜３０のウェーハ直径方向の位置（mm）と、エピタキシャル膜３０の抵抗率（Ω・cm）の関係を示したグラフを図５に示す。なお、図５(ａ)は実施例１のサンプル、図５(ｂ)は実施例２のサンプル、図５(ｃ)は比較例１のサンプルを示す。

（２）ポリシリコン生成物の有無
実施例及び比較例で製造された各サンプルについて、電子線顕微鏡（SEM）によって、シリコン基板１０の裏面端部を観察し、ポリシリコン生成物の有無について確認した。確認結果を表１に示す。

表１からわかるように、実施例１及び２のサンプルは、抵抗率のウェーハ面内均一性が高く、さらに、ポリシリコン生成物発生を有効に抑制できることがわかった。一方、比較例１のサンプルは、ポリシリコン生成物の発生については有効に抑制できているものの、オートドープを有効に抑制できていないため、抵抗率のウェーハ面内均一性が、実施例に比べて劣ることがわかった。

この発明によれば、確実にオートドープ及びポリシリコン生成物の発生を抑制し、抵抗率のウェーハ面内均一性が高く、ＬＰＤ欠陥密度が低減されたエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能になった。

１０シリコン基板
２０裏面酸化膜
３０エピタキシャル膜

Claims

不純物を含有する2mΩ・cm以下の低抵抗シリコン基板上にエピタキシャル膜を1050〜1150℃の成長温度で成長させるエピタキシャル成長工程に先立って、前記シリコン基板の裏面に酸化膜を形成する裏面酸化膜形成工程と、前記裏面酸化膜を面取り部分の開始点からシリコン基板の半径方向に沿った所定の幅のウェーハ周縁部分だけ除去する裏面酸化膜除去工程とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記裏面酸化膜の除去は、前記面取り部分の開始点からシリコン基板の半径方向に沿った除去幅をｙ（μm）とし、狙いとするエピタキシャル膜の抵抗率をｘ（Ω・cm）としたとき、ｙとｘが、
前記成長温度が1050℃の場合には、ｙ≦−909.01 ln（ｘ）＋2044.8
前記成長温度が1050℃超え、1100℃以下の場合には、ｙ≦−714.1 ln（ｘ）＋1040.3
前記成長温度が1100℃超え、1150℃以下の場合には、ｙ≦−455.24 ln（ｘ）＋572.63
ｙ＞0
の関係を満たすことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記裏面酸化膜の所定の除去幅は、さらに、
ｙ≧30μm
の関係を満たす請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記シリコン基板に含有される不純物が、ヒ素又はリンである請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記シリコン基板の直径が、200mm以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。