JPWO2018186248A1 - エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウェーハ - Google Patents

エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウェーハ Download PDF

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Abstract

リンを含み抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハを用いたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜したシリコンウェーハに対し、アルゴンガス雰囲気下において１２００℃以上１２２０℃以下の温度で３０分以上の熱処理を行うアルゴンアニール工程（Ｓ２）と、シリコンウェーハの表面をエッチングするプリベーク工程（Ｓ３）と、シリコンウェーハの表面に１１００℃以上１１６５℃以下の成長温度でエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長工程（Ｓ４）とを備えている。

Description

本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウェーハに関する。
例えば、パワーＭＯＳトランジスタ用のエピタキシャルシリコンウェーハには、そのシリコンウェーハの基板抵抗率が非常に低いことが要求される。シリコンウェーハの基板抵抗率を十分に低くするために、シリコンウェーハの素材である単結晶のインゴットの引き上げ工程で（すなわち、シリコン結晶の育成時に）、溶融シリコンに抵抗率調整用のｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）を高濃度にドープした基板抵抗率が非常に低いシリコンウェーハが使用されつつある（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１には、シリコン単結晶育成時に、抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ以下となるようにリンが添加されたシリコンウェーハに、エピタキシャル膜を成長させると、積層欠陥（スタッキングフォルト、以下、ＳＦという）がエピタキシャル膜に多数発生し、このＳＦが段差としてシリコンウェーハの表面に現れて、シリコンウェーハの表面のＬＰＤ（Light Point Defect：ライト・ポイント・デフェクト）レベルが大きく悪化することが記されている。
このような不具合を解消するために、特許文献１には、エピタキシャル膜形成前のシリコンウェーハに対して、アルゴンガス雰囲気下でアルゴンアニール工程を行った後、エピタキシャル膜を成長させることが開示されている。
特開２０１４−１１２９３号公報
しかしながら、特許文献１の方法で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハを用いて半導体デバイスを製造すると、その電気特性が十分でない場合があった。
本発明の目的は、十分な電気特性を有する半導体デバイスを製造可能なエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法およびエピタキシャルシリコンウェーハを提供することにある。
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
特許文献１の方法で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハであって、表面検査装置によってＳＦを検出できなかったエピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル膜を、Ｍ−Ｄａｓｈ液（（フッ酸（５０ｗｔ％）：硝酸（７０ｗｔ％）：酢酸（１００ｗｔ％）：Ｈ２Ｏ＝１：３：８〜１２：０．１７）＋硝酸銀水溶液（０．００５〜０．０５ｇ／Ｌ））（ＳＥＭＩ ＭＦ１８０９−０７０４参照）で選択エッチングした。選択エッチング後のエピタキシャル膜表面をＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）で観察すると、図１Ａに示すように、転位欠陥ＤＦが存在していた（後述する、転位線）。さらに、図１ＡのＡ−Ａ線に沿う縦断面をＴＥＭで観察すると、図１Ｂに示すように、転位欠陥ＤＦは、エピタキシャル膜ＥＰ表面に対して斜めに延びていた。
この転位欠陥ＤＦは、平面視のサイズが１μｍ〜２μｍ程度であって、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、[０１１]方向、[０−１−１]方向、[０−１１]方向および[０１−１]方向のいずれかの方向に結晶方位性を有した転位線であった。
このような転位欠陥ＤＦは、選択エッチング前には検出できないことから、選択エッチングを行っていない状態では、結晶方位性を有し、エピタキシャル膜ＥＰ表面側の端部が当該エピタキシャル膜ＥＰ内部に位置する（全体がエピタキシャル膜内部に位置する）、転位線として存在していると考えられる。
また、転位線は、ＳＦと同様に、酸素とリンのクラスターに起因するシリコンウェーハの微小ピットによって発生していると推測できる。
以上の結果から、本発明者は、エピタキシャル膜ＥＰ表面に現れない転位線が半導体デバイスの電気特性を悪化させていると推測し、所定の面方位のシリコンウェーハにエピタキシャル膜を形成すると、面方位性を有する転位線の発生を抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、リンをドーパントとした抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハに、エピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、前記（１００）面に垂直な［１００］軸が前記主表面に直交する軸に対して０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜した前記シリコンウェーハを準備するウェーハ準備工程と、前記シリコンウェーハに対し、アルゴンガス雰囲気下において１２００℃以上１２２０℃以下の温度で３０分以上の熱処理を行うアルゴンアニール工程と、前記アルゴンアニール工程後のシリコンウェーハの表面をエッチングするプリベーク工程と、前記プリベーク工程後のシリコンウェーハの表面に１１００℃以上１１６５℃以下の成長温度で前記エピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長工程とを備えていることを特徴とする。
本発明によれば、シリコンウェーハの結晶軸傾け角度を小さくし、（１００）面に現れる転位面、すなわちすべり面である（１１１）面のＳｔｅｐ数を低減することで、転位線が発生し難いシリコンウェーハを準備する。そのシリコンウェーハに対し、アルゴンガス雰囲気下で熱処理を行うことで、酸素とリンのクラスターによる微小ピットの溶体化を行う。アルゴンアニール工程後にシリコンウェーハの表面をエッチングするプリベーク工程を行うことで、微小ピットの除去を行い、エピタキシャル膜成長時に微小ピットから発生する転位線を抑制する。結晶軸傾け角度が小さいシリコンウェーハにエピタキシャル膜の低温成長を行った場合にはヒロック欠陥が発生しやすいが、その発生するヒロック欠陥を低減するため、エピタキシャル膜の高温成長を行うことが好適条件となる。
その結果、転位線の密度が１０個／ｃｍ２以下であり、転位線の発生が抑制されたエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。したがって、このようなエピタキシャルシリコンウェーハ用いて、十分な電気特性を有する半導体デバイスを製造できる。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、前記プリベーク工程は、１５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の取代でエッチングすることが好ましい。
本発明によれば、アルゴンガス雰囲気下の熱処理で溶体化できないクラスターによる微小ピットを、プリベーク工程によりエッチングすることで除去でき、転位線の発生をより抑制できる。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハは、リンをドーパントとした抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハに、エピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハであって、前記シリコンウェーハは、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、前記（１００）面に垂直な［１００］軸が前記主表面に直交する軸に対して０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜しており、結晶方位性を有し、全体が前記エピタキシャル膜の内部に位置する転位線の密度が１０個／ｃｍ２以下であることを特徴とする。
本発明をリンをドーパントとした抵抗率が０．９ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハに適用することが好ましい。さらに、抵抗率が０．８ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハに適用することがさらに好ましい。
転位線の平面視の写真。 図１ＡのＡ−Ａ線に沿う縦断面視の写真。 本発明の一実施形態に係るエピタキシャルシリコンウェーハの断面図。 シリコンウェーハの［１００］軸の傾斜方向の説明図。 前記一実施形態のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すフローチャート。 本発明の実施例における比較例１および実施例１のシリコン単結晶の各固化率における５７０℃±７０℃での滞在時間および抵抗率の関係とシリコンウェーハの取得位置とを示す説明図。 前記実施例における比較例２および実施例２のシリコン単結晶の各固化率における５７０℃±７０℃での滞在時間および抵抗率の関係とシリコンウェーハの取得位置とを示す説明図。 前記実施例における比較例３および実施例３のシリコン単結晶の各固化率における５７０℃±７０℃での滞在時間および抵抗率の関係とシリコンウェーハの取得位置とを示す説明図。 前記実施例におけるエピタキシャルシリコンウェーハの中心からの距離とエピタキシャル膜内部の欠陥密度との関係を示すグラフ。
［実施形態］
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
〔エピタキシャルシリコンウェーハの構成〕
図２Ａに示すように、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷは、シリコンウェーハＷＦと、このシリコンウェーハＷＦに設けられたエピタキシャル膜ＥＰとを備えている。
シリコンウェーハＷＦは、直径が１９９．８ｍｍ以上２００．２ｍｍ以下であり、電気抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満になるようにリンを含んでいる。シリコンウェーハＷＦは、（１００）面が傾斜した面を主表面ＷＦ１とし、図２Ｂに示すように、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面ＷＦ１に直交する軸に対して、［００１］方向、［００−１］方向、［０１０］方向、［０−１０］方向のうちいずれか一方向、あるいは、これらの間の任意の一方向に０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜している。
このような構成のエピタキシャルシリコンウェーハＥＷにおいて、結晶方位性を有し、全体がエピタキシャル膜ＥＰ内部に位置する転位線の密度は、１０個／ｃｍ２以下であり転位線の発生が抑制されている。また、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷの表面で観察されるＳＦの密度は、１個／ｃｍ２以下である。
〔エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法〕
次に、上記エピタキシャルシリコンウェーハＥＷの製造方法について説明する。
エピタキシャルシリコンウェーハＥＷの製造方法は、図３に示すように、ウェーハ準備工程Ｓ１と、アルゴンアニール工程Ｓ２と、プリベーク工程Ｓ３と、エピタキシャル膜成長工程Ｓ４とを備えている。
ウェーハ準備工程Ｓ１は、上述の構成を有するシリコンウェーハＷＦを準備する。シリコンウェーハＷＦを得る方法としては、抵抗率が０．５ｍΩ・ｃｍ以上１．０ｍΩ・ｃｍ未満になるようにリンを含み、かつ、中心軸が（１００）面に垂直な［００１］軸と一致するシリコン単結晶を製造し、このシリコン単結晶をその中心軸に対する直交面ではなく、この直交面に対する傾斜面でスライスしてもよい。また、中心軸が（１００）面に垂直な［１００］軸に対して０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜したシリコン単結晶を製造し、このシリコン単結晶をその中心軸に対する直交面でスライスしてもよい。
なお、上記シリコン単結晶の製造条件としては、以下のものが例示できる。
リン濃度：７．３８×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１．６４×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
酸素濃度：２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２０×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３（ＡＳＴＭ Ｆ１２１−１９７９）以下
そして、この得られたシリコンウェーハＷＦに対し、必要に応じて、ラッピング、化学エッチング、鏡面研磨、その他の処理を行う。
アルゴンアニール工程Ｓ２は、シリコンウェーハＷＦに対し、アルゴンガス雰囲気下において１２００℃以上１２２０℃以下の温度で熱処理を行う。熱処理時間は、３０分以上９０分以下が好ましい。３０分未満の場合、このシリコンウェーハＷＦを用いてエピタキシャルシリコンウェーハＥＷを製造するとＳＦが多発するという不具合があり、９０分を超える場合、スリップ転位が発生するという不具合がある。
また、１回で複数のシリコンウェーハＷＦをアニール可能なバッチ炉を用いることが好ましい。
このようなアルゴンガス雰囲気下の熱処理を行うことによって、シリコンウェーハＷＦに発生しているクラスターが溶体化して無くなる、あるいは少なくなり、微小ピットの個数を減らすことができる。
プリベーク工程Ｓ３は、シリコンウェーハＷＦの表面をエッチングする。例えば、プリベーク工程Ｓ３は、エピタキシャル膜成長工程Ｓ４で用いるエピタキシャル装置内において、シリコンウェーハＷＦに対して以下の条件で熱処理を行う。
雰囲気：水素ガス、塩化水素ガス
水素ガスの流量：４０ＳＬＭ
塩化水素ガスの流量：１ＳＬＭ
熱処理温度：１１９０℃（１０５０℃以上１２５０℃以下）
熱処理時間：３０秒（３０秒以上３００秒以下）
なお、プリベーク工程Ｓ３において水素および塩化水素を含むガス雰囲気を形成するに際し、まず水素ガスのみの雰囲気下で昇温し、１０５０℃以上１２５０℃以下の温度に到達したら、塩化水素ガスを供給することが好ましい。このようなタイミングで塩化水素ガスを供給することによって、エピタキシャルシリコンウェーハＥＷに曇りが発生してしまうことと、スリップ転位の発生を抑制することができる。
また、プリベーク工程Ｓ３によるシリコンウェーハＷＦの取代は、１５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ±１００ｎｍであることがさらに好ましい。
このように、プリベーク工程Ｓ３を水素および塩化水素を含むガス雰囲気で行うことによって、シリコンウェーハＷＦの最表層に存在するクラスターに加えて当該最表層もエッチングされる。その結果、水素のみを含むガス雰囲気で行う場合と比べて、プリベーク工程Ｓ３後に存在する微小ピットの個数を減らすことができる。
エピタキシャル膜成長工程Ｓ４は、プリベーク工程Ｓ３後のシリコンウェーハＷＦのエッチング面に対して、例えば以下の条件でエピタキシャル膜ＥＰを成長させる。
ドーパントガス：フォスフィン（ＰＨ３）ガス
原料ソースガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス
キャリアガス：水素ガス
成長温度：１１００℃以上１１６５℃以下
エピタキシャル膜の厚さ：２μｍ（１μｍ以上１０μｍ以下）
抵抗率（エピ膜抵抗率）：０．２Ω・ｃｍ（０．０１Ω・ｃｍ以上１０Ω・ｃｍ以下）
シリコンウェーハの結晶軸傾け角度を大きくすると、エピタキシャル膜成長工程において転位線が発生しやすく、成長温度が高い場合、その転位は、線状のみならず面のずれも伴ってＳＦとしてエピタキシャル膜表面で検出される。しかし、成長温度が低い場合、転位線は、エピタキシャル膜表面まで突き抜けずに、エピタキシャル膜内部に終端が位置してしまうと考えられる。
また、結晶軸傾け角度を小さくすることで、（１００）面に現れる転位面、すなわちすべり面である（１１１）面のＳｔｅｐ数が低減され、転位線が発生し難いシリコンウェーハに対して、１１００℃未満のエピタキシャル膜低温成長を実施した場合は、Ｔｅｒｒａｃｅが広くかつシリコンが持つエネルギーが小さいため、供給されたシリコンがＫｉｎｋ位置に到達できず、Ｔｅｒｒａｃｅ上に留まったシリコンを核として異常成長が行われ、ヒロック欠陥が発生しやすい。
そこで、結晶軸傾け角度が小さく転位線が発生し難いシリコンウェーハに対して、１１００℃以上のエピタキシャル膜高温成長を実施することで、エピタキシャル膜表面にヒロック欠陥が存在せず、エピタキシャル膜内部にも転位線が発生しないエピタキシャルウェーハを得ることができる。その結果、結晶方位性を有し、全体がエピタキシャル膜ＥＰ内部に位置する転位線の密度が１０個／ｃｍ２以下であり転位線の発生が抑制されたエピタキシャルシリコンウェーハＥＷを得ることができる。なお、エピタキシャル膜成長温度は、１１６５℃を超えるとエピタキシャル膜にスリップ転位が発生するので好ましくない。
次に、本発明を実施例および比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
［エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法］
〔比較例１〕
まず、チョクラルスキー法によって、直胴部の抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満となるようにリンを添加し、中心軸が［１００］軸と一致しかつ直径が２００ｍｍのシリコン単結晶を製造した。このときの各固化率における５７０℃±７０℃での滞在時間は、図４に示すように、固化率が約５６％までの領域は、約２８０分から約５３０分までほぼ直線的に長くなり、これに続く約６８％までの領域は、約５３０分から約４０分までほぼ直線的に短くなり、これに続く領域は、約４０分から約３０分までほぼ直線的に短くなった。また、このときの各固化率における抵抗率は、図４に示すように、下端に向かうほど低くなった。
なお、固化率とは、最初に坩堝に貯留された融液の初期チャージ重量に対するシリコン単結晶の引上げ重量の割合をいう。
このシリコン単結晶をその中心軸に対する直交面ではなく、この直交面に対する傾斜面でスライスし、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、表１に示すように、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°４３′だけ傾斜したシリコンウェーハを取得した。
比較例１のシリコンウェーハは、引き上げ方向上端側をトップ領域、下端側をボトム領域、トップ領域とボトム領域との間をミドル領域とした場合、ボトム領域の中間位置ＢＭから取得した。中間位置ＢＭにおける５７０℃±７０℃での滞在時間は、４０分以下であった。比較例１のシリコンウェーハの基板抵抗率は０．８ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ未満であった。
次に、シリコンウェーハに対して、アルゴンアニール工程を行った。この工程は、アルゴンガス雰囲気下において、１２００℃の温度で３０分の熱処理を行った。
この後、シリコンウェーハに対して、プリベーク工程を行った。この工程は、水素および塩化水素を含むガス雰囲気下において、１１９０℃の温度で３０秒の熱処理を行った。このときの取代は、１６０ｎｍであった。
次に、シリコンウェーハのエッチング面に対して、以下の条件でエピタキシャル膜成長工程を行うことでエピタキシャル膜を成長させて、比較例１のサンプルを得た。
ドーパントガス：フォスフィン（ＰＨ３）ガス
原料ソースガス：トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）ガス
キャリアガス：水素ガス
成長温度：１０４０℃
エピタキシャル膜の厚さ：２μｍ
エピタキシャル膜の抵抗率：０．２Ω・ｃｍ
〔比較例２〕
図５に示すように、各固化率における抵抗率が比較例１と比べて低くなるように、リンの添加量を調整したこと以外は、比較例１と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。そして、このシリコン単結晶における比較例１と同じボトム領域の中間位置ＢＭから、面方位が比較例１と同じシリコンウェーハを取得した。比較例２のシリコンウェーハの基板抵抗率は、０．７ｍΩ・ｃｍ未満であった。
その後、比較例１と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、比較例２のサンプルを得た。
〔比較例３〕
図６に示すように、比較例２で製造したシリコン単結晶におけるミドル領域の中間位置ＭＭから、面方位が比較例１と同じシリコンウェーハを取得した。中間位置ＭＭにおける５７０℃±７０℃での滞在時間は、３９０分以上であった。比較例３のシリコンウェーハの基板抵抗率は０．７ｍΩ・ｃｍ以上０．８ｍΩ・ｃｍ未満であった。
その後、比較例１と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、比較例３のサンプルを得た。
〔比較例４〜７〕
図５に示すような比較例２と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。このシリコン単結晶における比較例３と同じ中間位置ＭＭから、その中心軸に対する直交面ではない面でスライスし、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°３０′だけ傾斜した比較例４，６のシリコンウェーハを取得した。また、上記中間位置ＭＭから、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°４５′だけ傾斜した比較例５，７のシリコンウェーハを取得した。比較例４〜７のシリコンウェーハの基板抵抗率は０．７ｍΩ・ｃｍ以上０．８ｍΩ・ｃｍ未満であった。
その後、比較例４，５のシリコンウェーハに対し、エピタキシャル膜成長工程における成長温度を１１００℃にしたこと以外は、比較例１と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、比較例４，５のサンプルを得た。また、比較例６，７のシリコンウェーハに対し、アルゴンアニール工程において１２２０℃の温度で６０分の熱処理を行ったこと、プリベーク工程における処理時間を９０秒にしたこと以外は、比較例４と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、比較例６，７のサンプルを得た。
〔実施例１〕
図４に示すような比較例１と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。このシリコン単結晶におけるボトム領域の中間位置ＢＭから、その中心軸に対する直交面ではない面でスライスし、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、表１に示すように、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°１５′だけ傾斜したシリコンウェーハを取得した。実施例１のシリコンウェーハの基板抵抗率は０．８ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ未満であった。
次に、シリコンウェーハに対して、温度を１２２０℃、時間を６０分にしたこと以外は、比較例１と同じ条件でアルゴンアニール工程を行った。
この後、シリコンウェーハに対して、温度を１１９０℃、時間を９０秒、取代を５００ｎｍとしたこと以外は、比較例１と同じ条件でプリベーク工程を行った。
そして、シリコンウェーハのエッチング面に対して、温度を１１００℃にしたこと以外は、比較例１と同じ条件でエピタキシャル膜成長工程を行い、実施例１のサンプルを得た。
〔実施例２，３〕
図５に示すような比較例２と同じ条件でシリコン単結晶を製造し、このシリコン単結晶における比較例２，３と同じ中間位置ＢＭ，ＭＭから、面方位が実施例１と同じ実施例２，３のシリコンウェーハを取得した。実施例２のシリコンウェーハの基板抵抗率は、０．７ｍΩ・ｃｍ未満であり、実施例３のシリコンウェーハの基板抵抗率は、０．７ｍΩ・ｃｍ以上０．８ｍΩ・ｃｍ未満であった。
その後、実施例１と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、実施例２，３のサンプルを得た。
〔実施例４〜８〕
図５に示すような比較例２と同じ条件でシリコン単結晶を製造した。このシリコン単結晶における比較例３と同じ中間位置ＭＭから、その中心軸に対する直交面ではない面でスライスし、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°５′だけ傾斜した実施例４，７のシリコンウェーハを取得した。また、上記中間位置ＭＭから、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°１５′だけ傾斜した実施例５のシリコンウェーハを取得した。さらに、上記中間位置ＭＭから、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、（１００）面に垂直な［１００］軸が主表面に直交する軸に対して［０１０］方向に０°２５′だけ傾斜した実施例６，８のシリコンウェーハを取得した。実施例４〜８のシリコンウェーハの基板抵抗率は０．７ｍΩ・ｃｍ以上０．８ｍΩ・ｃｍ未満であった。
その後、実施例４〜６のシリコンウェーハに対し、比較例４と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、実施例４〜６のサンプルを得た。また、実施例７，８のシリコンウェーハに対し、比較例６と同じ条件で、アルゴンアニール工程、プリベーク工程、エピタキシャル膜成長工程を行い、実施例７，８のサンプルを得た。
［評価］
〔エピタキシャル膜表面の評価〕
表面検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳＰ−１、ＤＣＮモード）を用いて、比較例１〜３、実施例１〜３のエピタキシャル膜表面で観察される９０ｎｍサイズ以上のＬＰＤをカウントし、単位面積あたりの個数（密度）を評価した。その結果を表１に示す。
比較例１〜３、実施例１〜８を比較すると、ＬＰＤの密度に大きな差はなかった。一方、比較例１〜３と比較例４〜７とを比較すると、比較例４〜７のＬＰＤの密度は比較例１〜３と比べて高かった。
このことから、シリコンウェーハの［１００］軸の傾け角度が０°２５′を超える場合、エピタキシャル膜成長工程における成長温度が１１００℃以上になるとＬＰＤの密度が高くなり、１１００℃未満になるとＬＰＤの密度が低くなることが確認できた。
また、シリコンウェーハの［１００］軸の傾け角度が０°５′以上０°２５′以下の場合、エピタキシャル膜成長工程における成長温度が１１００℃以上であっても、ＬＰＤの密度が低くなることが確認できた。
〔エピタキシャル膜内部の評価〕
比較例１〜７、実施例１〜８の厚さが２μｍのエピタキシャル膜に対し、上述のＭ−Ｄａｓｈ液を用いて１μｍの選択エッチングを行った。そして、エッチング面を光学顕微鏡（ＮＩＫＯＮ、ＯＰＴＩＰＨＯＴ８８）で観察し、エピタキシャルシリコンウェーハの中心から外縁に向かう直線状の複数箇所において、１．４μｍサイズ以上の欠陥をカウントした。その単位面積あたりの個数（密度）を図７に示す。
図７に示すように、比較例１，４〜７、実施例１〜８では、欠陥が検出されなかった。一方、比較例２，３では、欠陥が検出された。比較例３では、観察領域の全域において１６００個／ｃｍ２以上の欠陥が検出された。比較例２では、エピタキシャルシリコンウェーハの中心では１４８個／ｃｍ２であったものの、外縁に向かうにしたがって徐々に増え、外縁では比較例３とほぼ同じレベルになっていた。
そして、比較例２，３で検出された欠陥をＴＥＭで観察したところ、図１Ａ，図１Ｂに示すような（１００）面が傾斜した面を主表面とし、[０１１]方向、[０−１−１]方向、[０−１１]方向および[０１−１]方向のいずれかの方向に結晶方位性を有する転位欠陥ＤＦであった。このことから、比較例２，３のエピタキシャル膜には、結晶方位性を有し、全体がエピタキシャル膜内部に位置する転位線が存在していることがわかった。
比較例１と実施例１とを比較すると、シリコン単結晶における５７０℃±７０℃の滞在時間が同じ部位から取得したシリコンウェーハを用いているにもかかわらず、基板抵抗率が低い比較例２に転位線が発生し、基板抵抗率が高い比較例１に転位線が発生していなかった。
このことから、シリコンウェーハの基板抵抗率は、エピタキシャル膜内部における転位線の発生に影響を及ぼすことが確認できた。
さらに、比較例２と比較例３とを比較すると、同じシリコン単結晶から取得したシリコンウェーハを用いているにもかかわらず、５７０℃±７０℃の滞在時間が長い比較例３の方が転位線が多く発生していた。
このことから、シリコン単結晶における５７０℃±７０℃の滞在時間は、エピタキシャル膜内部における転位線の発生に影響を及ぼすことが確認できた。
また、比較例３は、比較例２よりも基板抵抗率が高いにもかかわらず、比較例２よりも転位線が多く発生していた。
このことから、シリコン単結晶における５７０℃±７０℃の滞在時間は、基板抵抗率よりもエピタキシャル膜内部における転位線の発生に及ぼす影響が大きいことが確認できた。
また、比較例４〜７は、比較例３と５７０℃±７０℃の滞在時間および基板抵抗率が同じであるにもかかわらず、転位線が発生していなかった。
このことから、エピタキシャル膜成長工程の成長温度は、エピタキシャル膜内部における転位線の発生に及ぼす影響が大きいことが確認できた。
一方、実施例１、実施例２、実施例３〜８では、比較例１、比較例２、比較例３のそれぞれと５７０℃±７０℃の滞在時間および基板抵抗率が同じであるにもかかわらず、転位線が発生していなかった。
このことから、［１００］軸の傾け角度を所定の値に設定することで、すなわちシリコンウェーハの面方位を所定の方位に設定することで、転位線の発生抑制できることがわかった。
また、主表面に直交する軸に対する［１００］軸の傾き方向が実施例１〜８とは逆方向（［０−１０］方向）や直交する方向（［００１］、［００−１］）、あるいはこれらの間の任意の一方向に傾斜した場合にも、実施例１〜８と同様の結果が得られると推測できる。その理由は、（１００）面に現れる転位面である（１１１）面のＳｔｅｐ数は結晶軸傾け方向には依存しないからである。
さらに、［１００］軸の傾け角度が０°５′以上０°２５′以下のいずれの角度であっても、実施例１〜８と同様の結果が得られると推測できる。その理由は、エピタキシャル膜成長時の温度によってＴｅｒｒａｃｅ上で核形成が始まるか否かが決まるので、０°５′以上０°２５′以下の範囲であれば、成長温度を１１００℃以上で適切に選択することにより、Ｔｅｒｒａｃｅ上に留まったシリコンを核とした異常成長によるヒロック欠陥を抑制できると推定される。
ＥＰ…エピタキシャル膜、ＥＷ…エピタキシャルシリコンウェーハ、ＷＦ…シリコンウェーハ、ＷＦ１…主表面。

Claims (3)

  1. リンをドーパントとした抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハに、エピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
    （１００）面が傾斜した面を主表面とし、前記（１００）面に垂直な［１００］軸が前記主表面に直交する軸に対して０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜した前記シリコンウェーハを準備するウェーハ準備工程と、
    前記シリコンウェーハに対し、アルゴンガス雰囲気下において１２００℃以上１２２０℃以下の温度で３０分以上の熱処理を行うアルゴンアニール工程と、
    前記アルゴンアニール工程後のシリコンウェーハの表面をエッチングするプリベーク工程と、
    前記プリベーク工程後のシリコンウェーハの表面に１１００℃以上１１６５℃以下の成長温度で前記エピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル膜成長工程とを備えていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
  2. 請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
    前記プリベーク工程は、１５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の取代でエッチングすることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
  3. リンをドーパントとした抵抗率が１．０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコンウェーハに、エピタキシャル膜が設けられたエピタキシャルシリコンウェーハであって、
    前記シリコンウェーハは、（１００）面が傾斜した面を主表面とし、前記（１００）面に垂直な［１００］軸が前記主表面に直交する軸に対して０°５′以上０°２５′以下だけ傾斜しており、
    結晶方位性を有し、全体が前記エピタキシャル膜の内部に位置する転位線の密度が１０個／ｃｍ２以下であることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
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