WO2001023649A1 - Wafer, epitaxial filter, and method of manufacture thereof - Google Patents

Wafer, epitaxial filter, and method of manufacture thereof Download PDF

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WO2001023649A1
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boron
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Fumiaki Maruyama
Naoki Naito
Atsuo Uchiyama
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Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a silicon wafer and an epitaxy wafer with stable quality, a method for producing them, and an air conditioner for a clean room.
  • Heat treatment in the device fabrication process changes the electrical characteristics of the silicon wafer of the material due to the impurity elements in the silicon wafer and the impurity elements attached to the silicon wafer, which can cause device failures. This is becoming increasingly important with the sophistication of devices and a major challenge in device production.
  • a polycrystalline silicon layer (PBS (Poly Back Seal) film) 62 is formed on the back of silicon wafer W, and the crystal existing in this PBS film is formed.
  • PBS Poly Back Seal
  • a method that uses grain boundaries as an absorption source for impurity elements has been put to practical use, and a so-called “Ahappi-Axial AH8” with a so-called PBS film with a PBS film formed on the back surface is used as a product.
  • polon in particular, is used actively to impart P-type conductivity to silicon and adjust its conductivity to a predetermined value.
  • boron adhering to the surface of the wafer on which a PBS film is to be formed is subjected to heat treatment in the PBS film formation process and the subsequent growth process of the epitaxial layer. At this time, it mainly diffuses into the PBS membrane. Also, when boron adheres to the substrate surface on which the epitaxial layer is to be grown, these boron elements diffuse from the interface between the substrate and the epitaxial layer into each of them by heating during the growth of the layer. For these reasons, a device using an epitaxial wafer having an electrical resistivity of a substrate of several ohm ⁇ cm or more may not be able to obtain predetermined characteristics.
  • the backside PBS film is etched by the component gas in the growth chamber, especially at the periphery of the wafer, causing irregularities in film thickness and surface roughness.
  • a silicon oxide film (CVD silicon oxide film) is further formed on the PBS film by CVD (chemical vapor deposition).
  • CVD chemical vapor deposition
  • FIGS. 10A and 10B are explanatory diagrams showing the manufacturing process of a conventional silicon wafer 18 with a PBS film.
  • FIG. 10A shows a silicon wafer W
  • FIG. 10B shows a polycrystalline silicon layer 62 on a silicon wafer W.
  • (c) shows a CVD film on the polycrystalline silicon layer (PBS film) 62 on the back surface of the silicon wafer W (b) to prevent the above-mentioned etching in the next epitaxial layer growth step.
  • (D) is a state in which the polycrystalline silicon layer 62 on the surface of the silicon wafer 18 is removed by mirror polishing, and (e) is a silicon wafer from the state of (d). The state in which the epitaxial layer 66 is formed on the surface of the wafer is shown.
  • air filters used in conventional cleanrooms for cleaning semiconductor wafers for example, cleaning, transport, storage, film formation, etc. (including cleaning machines, wafer storage, film formation equipment, etc.) are generally used. It is known that it is made of glass fiber, and if corrosive gas such as hydrogen fluoride gas is present in the atmosphere during the process of step 18, boron is eluted into the atmosphere due to this adhesion.
  • FIG. 11 the configuration shown in Figure 11 is used for air conditioning in a clean room.
  • reference numeral 12 denotes an air conditioner constituting a clean room 14, and various wafer processing chambers are provided in the clean room 14.
  • a CVD processing chamber 16 A CVD furnace chamber 18, a PBS film forming chamber 20, and a PBS furnace chamber 22 are provided.
  • Each of the chambers 16, 18, 20, 20 and 22 has one or more air inlets.
  • Each air inlet has an air filter 16a, 16b, 18a. , 20 a, 20 b, and 22 a are installed.
  • the CVD processing chamber 16 is provided with a pre-CVD processing washing machine 24, a dryer 26, and a clean booth 28 for storage.
  • the CVD furnace body room 18 is provided with a CVD device 30.
  • the PBS film forming chamber 20 is equipped with a pre-PBS film forming washing machine 32, a dryer 34, and a storage clean room. —Six thirty six have been deployed.
  • 83 devices 3 8 are arranged in the PBS furnace body room 2,?
  • the air inlets of the above devices 24, 26, 28, 30, 30, 32, 34, 36, 38 have air filters 24a, 26a, 28a, 30a, 30a, 32 a, 34 a, 36 a, and 38 a are installed.
  • Reference numeral 39 denotes an air discharge space provided downstream of the clean room 14.
  • the air discharge space 39 is connected to a recovery pipe 43.
  • an air conditioner 40, an impurity removing device 42, and an air conditioner 44 are arranged in series from the upstream to the downstream.
  • the external conditioner 40 and the impurity removing device 42 are connected by a first air pipe 46, and the impurity removing device 42 and the air conditioner 44 are connected by a second air pipe 48.
  • Each of the air conditioner 44 and the air filters 16a, 16b, 18a, 20a, 20a, 2Ob, 22a installed at the air inlet of each room of the clean room 14 described above. are connected by a third air pipe 50.
  • the air conditioner 40 has a roll filter 99 on the air inflow side, a medium performance filter 52, and a fan 54 on the air outflow side.
  • the impurity removing device 42 is composed of a chemical filter for removing NOX and SOx.
  • the air conditioner 44 has a fan 56 on the air inlet side, a prefill 98 next, and a medium-performance filter 58 on the air outlet side.
  • outside air passes through the outside air conditioner 40, the impurity remover 42, and the air conditioner 44, and then passes through each air filter 16a, Through the 16b, 18a, 20a, 20b, and 22a, the inside of the CVD processing chamber 16, the CVD furnace main body 18, the PBS film forming chamber 20, and the PBS furnace main body 22 It is introduced to it.
  • the CVD process generally supplies one or several kinds of compound gas or simple gas constituting the thin film material onto the wafer, and performs a chemical reaction on the gas phase or on the surface of the thin film to obtain a desired thin film.
  • a PBS film It can be applied as a process to prevent etching and autodoping of the PBS film in the epitaxial process by depositing silicon oxide on the surface.
  • the air introduced into each room is supplied to the washer 24 via the air filter 24a, further to the dryer 26 via the air filter 26a, and stored for storage via the air filter 28a.
  • To the lean booth 28 to the CVD device 30 via the air filter 30a, to the PBS pre-cleaner 32 via the air filter 32a, and to the dryer 34 via the air filter 34a.
  • the exhaust is partially exhausted directly from the washer 24, 32, and the entire amount is exhausted from the CVD device 30.
  • the air discharged into the air discharge space 39 is about 80% of the entire supply amount, is returned to the second air pipe 48 through the recovery pipe 43, and is reused.
  • the air filters 16a, 16b, 18a, 20a, 20b, 22a, 24a, 26a, 28a a, 30a, 32a, 34a, 36a, 38a are usually ULPA filters (eg, NMO-320 from Nippon Inorganic Co., Ltd.) .
  • the ULPA filter not only has no function of removing boron, but may release boron.
  • medium-performance filters 52 and 58 for example, ASTC-56-95 made by Nippon Inorganic Co., Ltd.
  • boron-less filters air filters that do not emit boron
  • boron adsorbed fillers boron adsorbing fillers
  • these fillers are used effectively to efficiently reduce the amount of boron adhering to 18 to a predetermined value or less.
  • no good measures have been proposed yet.
  • documents referring to the adverse effects of boron in the atmosphere in the clean room in the production of bonded substrates they point out the difficulty of realizing specific removal facilities (see, for example, Patent No. 27). It does not mention effective removal of polon and control of the amount of polon in the atmosphere in the clean room within a predetermined range.
  • the present inventors attempted to solve the problems of the polon concentration in the atmosphere with which the e-aperture was in contact and the We quantitatively grasped the relationship between the amount of polon adhering to the surface of the wafer and experimentally clarified the amount of polon adhering and its effect on the distribution of polon concentration in various products. Based on this, we succeeded in stably producing silicon wafers and epitaxy wafers that suppressed the contamination of pol- omnes from the environment and did not adversely affect device characteristics.
  • a first object of the present invention is to provide a silicon wafer, an epitaxy wafer, and a method for effectively manufacturing the silicon wafer, which has a stable quality and suppresses the contamination of pollon from the environment and does not adversely affect the device characteristics.
  • the present inventors have proposed the use of air in a clean room (including a cleaning machine, a wafer storage, a film forming apparatus, etc.). Dissolve in pure water with an impinger and analyze it by ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) to measure the boron concentration in the atmosphere and adsorb this boron concentration and the wafer. As a result of intensive studies on the relationship between polon concentrations, a certain relationship was found between the two. It was found that they existed, and succeeded in reducing the boron concentration in the clean room atmosphere to a predetermined concentration or less.
  • ICP-MS Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry
  • a second object of the present invention is to provide an air conditioner, a clean room, and a clean room air conditioner capable of inexpensively preventing polon contamination on the surface. Disclosure of the invention
  • a first aspect of the silicon wafer of the present invention is characterized in that the amount of adhered polon on the surface is 1 ⁇ 10 atoms / cm 2 or less.
  • the increment of the boron concentration in the surface layer up to a depth of 0.5 ⁇ m with respect to the concentration of boron in the bulk silicon immediately below the surface layer is 1 ⁇ 10 15 atoms. / cm 3 or less.
  • the concentration of polon in the 1 m-wide interface near layer including the interface between the polycrystalline silicon layer and the single-crystal silicon layer has a concentration of polon in the silicon circumscribing the interface near layer.
  • the first aspect of silicon E pita press roux E one tooth of the present invention characterized by having i is less polycrystalline layer on one main surface, A silicon epitaxial layer having a polycrystalline silicon layer on the back surface of a single-crystal silicon substrate, and the boron concentration in a layer near the interface of 1 m width including the interface between the single-crystal silicon and the polycrystalline silicon layer of the substrate. It is characterized in that the increment with respect to the concentration of polon in the substrate silicon circumscribing the neighboring layer is 1 ⁇ 10 15 atoms / cm 3 or less.
  • a fourth aspect of the silicon wafer of the present invention is that the single crystal silicon layer having a boron concentration within 0.5 m near the interface with the CVD silicon oxide film is in contact with the layer.
  • a second aspect of the present invention is a silicon epitaxial wafer having a CVD silicon oxide film on the back surface of the substrate, wherein the single crystal silicon substrate is in the vicinity of the interface with the CVD silicon oxide film.
  • the increase in the boron concentration with respect to the boron concentration in the substrate silicon in contact with the layer is 1 ⁇ 10 atoms / cm 3 or less.
  • the boron concentration in the polycrystalline layer is preferably 5 ⁇ 10 ′′ atoms / cm 3 or less, more preferably 3 ⁇ 10 14 atoms. / cm 3 or less, most preferably 1 ⁇ 10 ”atoms / cm 3 or less.
  • the increment of the boron concentration in the 1 m wide interface near layer including the interface between the polycrystalline silicon layer and the single crystal silicon layer with respect to the boron concentration in the silicon circumscribing the interface near layer is 1 x 1 0 'and the 5 atoms / cm 3 or less, circumscribing the near near the multi-crystal silicon layer of Poron concentration near the interface polycrystalline silicon layer of width 0.5 m including the interface between the silicon oxide film and the polycrystalline silicon layer
  • the increase with respect to the concentration of polon in the polycrystalline silicon is 1 ⁇ 10 15 atoms / cm 2 : i or less.
  • a third aspect of the silicon epitaxial wafer of the present invention is a silicon epitaxial wafer having a polycrystalline silicon layer on the back surface of the substrate and a CVD silicon oxide film on the polycrystalline silicon layer. Increase in the boron concentration in the 1 m wide interface layer including the interface between the crystalline silicon layer and the single crystal silicon layer with respect to the boron concentration in the silicon circumscribing the interface layer.
  • the above silicon wafer is particularly effective for products in which the concentration of boron in the bulk of single crystal silicon is 1 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less.
  • the above silicon wafer is particularly effective for products having a boron concentration of 1 ⁇ 10 atoms / cnr 1 or less in a substrate.
  • treatment such as treatment and storage is performed in an atmosphere having a boron concentration of 15 ng / m 3 or less.
  • the concentration of polon is 15 ng / m 3 or less in an atmosphere. It is characterized by handling such as processing and storage.
  • a second aspect of the method for manufacturing a silicon wafer according to the present invention is characterized in that, in manufacturing the above-described silicon wafer, the polycrystalline silicon layer is formed in an atmosphere having a boron concentration of 15 ng / m 3 or less.
  • a polycrystalline silicon layer is formed in an atmosphere having a polon concentration of 15 ng / m : i or less. It is characterized by
  • the CVD silicon oxide film is formed in an atmosphere having a boron concentration of 15 ng / in : i or less. It is characterized by the following.
  • a third embodiment of the method for producing a silicon epitaxial wafer according to the present invention is as follows.
  • the CVD silicon oxide film is formed in an atmosphere having a polon concentration of 15 ng / m 3 or less.
  • a polycrystalline film is formed on a surface in which the amount of attached boron is suppressed to 1 ⁇ 10 1 G atoms / cin 2 or less. Forming a layer.
  • the amount of adhered porone is suppressed to 1 ⁇ 10 atoms / cm 2 or less. It is characterized in that a polycrystalline layer is formed on the formed surface.
  • the atmosphere adjusting equipment of the present invention is characterized in that the concentration of polon in the atmosphere is 15 ng / m 3 or less.
  • the clean room of the present invention is characterized in that the clean room atmosphere has a boron concentration of 15 ng / m 3 or less.
  • An air conditioner for a clean room includes an air conditioner having a boron-less filter and a boron adsorption filter, and one or a plurality of wafer processing devices having a boron-less filter. It is characterized in that it is configured to circulate between the lean room and the wafer processing device.
  • the internal pressure of the e-aerator is higher than the internal pressure of the clean room, and the internal pressure of the clean room is adjusted to be higher than the external pressure.
  • the external pressure refers to the pressure in the service room (room used for changing clothes, loading and unloading products, etc.) and corridors outside the clean room, and is also called the external pressure.
  • the method for producing the AHA according to the present invention is characterized in that the above-described AHA is manufactured by using the above-described clean room air conditioner.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a silicon wafer and a silicon epitaxial wafer according to the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing the steps of manufacturing the silicon wafer and the silicon epitaxial wafer of the present invention.
  • FIG. 2A shows a silicon wafer
  • FIG. 2B shows a polycrystalline silicon layer on the silicon wafer.
  • C) is a state in which a CVD silicon oxide film is further formed on the polycrystalline silicon layer (PBS film) on the back of the silicon wafer in (b)
  • PBS film polycrystalline silicon layer
  • (d) is a silicon wafer.
  • E) shows the state in which the polycrystalline silicon layer on the surface is removed, and (e) shows the state in which an erbaxial layer is formed on the surface of the silicon wafer from the state in (d).
  • FIG. 3 is a schematic explanatory diagram showing a clean room air conditioner of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing the concentration of polon in the sample in the depth direction of the sample in Example 1.
  • FIG. 5 is a graph showing the boron concentration in the sample in the depth direction of the sample in Comparative Example 1.
  • FIG. 6 is a graph showing the concentration of polon in a sample in the depth direction of the sample in Example 2.
  • FIG. 7 is a graph showing the concentration of polon in the sample in the depth direction of the sample in Comparative Example 2.
  • Figure 8 shows the concentration of polon in the sample in the depth direction of the sample in Comparative Example 3. It is a graph which shows a degree.
  • FIG. 9 is a graph showing the boron concentration in the sample in the depth direction of the sample in Comparative Example 4.
  • FIGS. 10A and 10B are explanatory views showing a manufacturing procedure of a conventional silicon wafer and a silicon epitaxial wafer 18, in which (a) is a silicon wafer, (b) is a state in which a polycrystalline silicon layer is formed on the silicon wafer, c) shows a state in which a CVD silicon oxide film is further formed on the polycrystalline silicon layer (PBS film) on the back of the silicon wafer in (b), and (d) shows a polycrystalline silicon layer on the surface of the silicon wafer. (E) shows a state in which an erbaxial layer is formed on the surface of the silicon wafer from the state in (d).
  • FIG. 11 is a schematic explanatory view showing an example of a conventional clean room air conditioner.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the wafer leaving time and the amount of wafer attached in Experimental Example 2.
  • FIG. 13 is a graph showing the relationship between the concentration of boron in the environmental atmosphere and the amount of boron deposited on the silicon wafer surface in Experimental Example 3.
  • FIGS. 1 to 3 in the accompanying drawings.
  • the embodiments are exemplarily illustrated, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. It goes without saying that deformation is possible.
  • Figure 1 shows an example of various silicon wafer manufacturing methods according to the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a silicon epitaxial wafer with an S film
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a manufacturing procedure of the epitaxial wafer.
  • reference numeral 100 denotes a silicon wafer manufacturing process, which is a substrate for an epitaxial wafer.
  • the silicon single crystal ingot is subjected to slice, chamfer, wrap, etching, annealing, etc. by a conventional method. Silicon 18 W is manufactured.
  • the cleaning, drying, and storage (packing) processes after the mirror polishing are performed in an extremely low clean room where the concentration of polon in the atmosphere described below is 15 ng / m 3 or less.
  • the amount of boron deposited in the surface layer up to 1 ⁇ 10 10 atoms / cm 2 or a depth of up to 0.5 ⁇ m is increased by 1 ⁇ with respect to the boron concentration in the bulk silicon immediately below the surface layer. It is possible to obtain a silicon wafer free from polon contamination of less than 10 15 a toms / cm 3 .
  • PBS film forming process such as vacuum degree 0. 2; decomposing the S i H 4 ingredients in L Torr, 6 0 0 ⁇ 7 0 0 ° C, the multi on the substrate Shirikonwe one tooth Crystalline silicon is deposited, and the thickness is 0.5 ⁇ 2 ⁇ 111? 83 film 62 is formed.
  • the present invention is characterized in that the PBS film forming step is performed in an extremely low clean room in which the concentration of polon in the atmosphere described later is 15 ng / m 3 or less. As a result, boron contamination at the interface 70 between the silicon wafer W and the polycrystalline silicon layer (PBS film) 62 can be suppressed.
  • the silicon wafer W can be taken out at this stage.
  • the boron contamination at the interface 70 is suppressed, that is, the concentration of boron in the 1 m wide interface near layer including the interface between the polycrystalline silicon layer and the single crystal silicon layer is set to the value of Boron concentration It is possible to obtain a silicon wafer W provided with a polycrystalline silicon layer 62 whose increment with respect to the degree is 1 ⁇ 10 15 atonis / cm 3 or less (FIG. 2 (b)
  • the obtained silicon wafer W is obtained by increasing the boron concentration in the layer near the interface having a width of 1 including the interface between the polycrystalline silicon layer and the single crystal silicon layer with respect to the boron concentration in the silicon circumscribing the layer near the interface.
  • the present invention cleaning after the mirror polishing, drying, storage (packaging) process boron concentration in the atmosphere to be described later in the vicinity of the surface and surface by performing in a very low clean room that 1 5 n gZm 3 below
  • a silicon wafer with a polycrystalline silicon layer without boron contamination can be obtained.
  • the obtained silicon wafer W has a reduced polon concentration in the vicinity of the interface between the polycrystalline silicon layer and the single-crystal silicon layer, as well as a reduced polon concentration in at least a part of the polycrystalline silicon layer 62. It has a polycrystalline layer of 5 ⁇ 10 1 toms / cm 3 or less on the back surface.
  • the step of forming the VD silicon oxide film for example, using the S i H 4 and oxygen under atmospheric pressure 3 8 0 ⁇ 5 0 0 ° C , the back side of Shirikonwe one tooth W PBS film 6 Silicon oxide is deposited on 2 to form a CVD silicon oxide film 64 having a thickness of 0.2 to 2 ⁇ m [FIG. 2 (c)].
  • the feature of the present invention is that the step of forming the CVD silicon oxide film is performed in a clean room in which the concentration of boron in the atmosphere described later is as extremely low as 15 ng / m 3 or less.
  • the interface 7 between the PBS film 62 and the CVD silicon oxide film 64 (2) In other words, the boron concentration in the vicinity of the interface having a width of 0.5 ⁇ m including the interface between the CVD silicon oxide film and the polycrystalline silicon layer circumscribes the neighboring polycrystalline silicon layer. It is possible to make the increment with respect to the porosity in polycrystalline silicon not more than 1 ⁇ 10 atoms / cni 3 .
  • the PBS film forming step 102 can be omitted, and the CVD silicon oxide film 64 can be directly formed on the back side of the silicon wafer W according to the method of the present invention.
  • the increment of the boron concentration in the single-crystal silicon layer within 0.5 m near the interface with the CVD silicon oxide film with respect to the boron concentration in the bulk silicon in contact with the layer is 1 ⁇ 10 15 atonis / It has a CVD silicon oxide film having a size of not more than cm 3 on the back surface. It is also possible to form an epitaxial layer by forming an epitaxial layer on this wafer.
  • the increment of the boron concentration in the single crystal silicon substrate within 0.5 m near the interface with the CVD silicon oxide film with respect to the boron concentration in the substrate silicon in contact with the layer is lxl 0 15 atoms / cm 3 or less.
  • 106 is an epitaxial layer growth step, in which after removing the polycrystalline silicon layer 62 on the surface of the silicon substrate W by, for example, mirror polishing (FIG. 2 (d)), a PBS film 62 and a CVD silicon oxide film 6 4 Shirikonwe one tooth W Epitakisharu surface, for example, atmospheric pressure and 1000 to 1200 ° C of S i HC 1 3 and a mixed gas of flowed thickness of H 2. 3 to 1 5 ⁇ Paiiota of having Layer 6 is formed.
  • Reference numeral 108 denotes an epitaxy wafer removal step with a backside PBS film, and an epitaxy wafer 68 with a backside PBS film with minimized boron contamination can be obtained (FIG. 2 (e)). ].
  • FIG. 3 the same or similar components as those in FIG. 11 are denoted by the same reference numerals, and the description of the components and operations will not be repeated.
  • the clean room air conditioner 12a of the present invention shown in FIG. 3 has exactly the same configuration as the conventional clean room air conditioner 12 shown in FIG. 11 except for the filter configuration. For, the description will not be repeated unless necessary.
  • the eyes of the clean room air conditioner 12a of the present invention are the air filters 16a, 16b, 18a, 20a, 20b, 22a, 24 in the conventional facility 12.
  • a, 26 a, 28 a, 30 a, 32 a, 34 a, 36 a, 38 a instead of polonless filler 16 x, 16 y, 18 x, 20 ,, 20 y, 22 ⁇ , 24 ⁇ , 26,, 28 ⁇ , 30 ⁇ , 32 ⁇ , 34 ⁇ , 36 ⁇ , 38 ⁇
  • a boron-less medium-performance filter 52 2 58 ⁇ was used, and instead of a pre-filter 98, a roll filter 990, a boron-less pre-filter 98 ⁇ , and a boron-less filter 1 filter Using 9 9 mm, a boron-absorbing filter 4 O x is provided downstream of the medium-quality boron-free filter 52 of the outside air conditioner 40, and a medium-size boron-free
  • a boron adsorption filter 44 X was installed in the system.
  • the outside air passes through the outside air conditioner 40, the impurity remover 42, and the air conditioner 44, and then the boronless filters 16.
  • x, 16 y, 18 x, 20 x, 20 y, 22 x via CVD processing chamber 16, CVD furnace body chamber 18, PBS film formation chamber 20, PBS furnace body Each of them is introduced into the interior of chamber two two.
  • the air introduced into each chamber is supplied to the washer 24 via the boron-less filter 24 X, further to the dryer 26 via the boron-less filter 26 X, and to the dryer 26 via the boron-less filter 28 x.
  • To the clean booth for storage 28 to the CVD device 30 through the polonless filter 3 Ox, to the PBS pre-washing machine 32 through the boronless filter 32X, and to the boronless filter 34X.
  • the dryer 34 Through the dryer 34, through the boronless filter 36X to the storage clean boot 36, and through the boronless filter 38x into the PBS device 38, and finally exhaust air. It is discharged to space 39.
  • the air that has reached the air discharge space 39 becomes about 80% of the entire supply amount, returns to the second air pipe 48 through the recovery pipe 43, and is reused.
  • the boron-free air filters 16X, 16y, 18X, 20 ⁇ , 20y, and 22x specifically include a boron-free ULPA filter (ATMM manufactured by Nippon Inorganic Co., Ltd.).
  • boron-less neutral performance filters 52x and 58x are boron-less neutral performance filters (Nippon Inorganic Co., Ltd., EML-56- 90) and boronless roll filter 990x (DSR—340 R—TH—C manufactured by Nippon Inorganic Co., Ltd.) 9
  • boron adsorption filters 40x and 44x boron adsorption filters (ASC-31-Q-b, manufactured by Nippon Inorganic Corporation) may be used.
  • the air volume of the external controller is 700 OmVhr, and the pressure is relative to atmospheric pressure.
  • set 0 mm H 2 O have high pressure was measured boron concentration across the filter.
  • the concentration of Polon in the air after filtering was controlled to 15 ng / m 3 or less in each case.
  • the number of particles in the clean room was 0.
  • ICP Magnetic resonance analysis
  • MS Inductively coupled plasma mass spectrometry
  • PLASMATRACE 2 manufactured by MICROMASS
  • the boron concentration in the air was calculated by multiplying the measured value by the measured liquid volume to obtain the mass, and dividing the mass by the sampled air volume.
  • Silicon wafer diameter 200 mm, CZ_P type, 8-15 ⁇ cm, crystal axis ⁇ 100>
  • a PBS film was formed using the same sample as in Example 1 under the same conditions.
  • the measurement of the boron concentration in the sample was performed in the same manner as in Example 1, and the results are shown in FIG.
  • the difference between the boron concentration distributions in Fig. 4 and Fig. 5 indicates the effect of boron contamination based on the difference in the concentration of boron in the atmosphere.In Fig. 5, the boron concentration in the PBS film rises sharply near the interface.
  • Silicon wafer diameter 200 mm, CZ—P type, 8—15 ⁇ ⁇ cm, crystal axis ⁇ 100>
  • SC-1 ammonia, hydrogen peroxide, water
  • SC-2 hydrochloric acid, hydrogen peroxide, water
  • Epitaxial treatment (temperature) 110 ° C, (time) 10 minutes, (reaction gas) 1Trichlorosilane ⁇ ⁇ ⁇ hydrogen, (film thickness) 5.0
  • boron was diffused from the substrate single crystal silicon into the PBS film by heating during the formation of the epitaxial film, but the boundary between the PBS film and the substrate single crystal silicon was observed.
  • the concentration of the pore during a width of 1 m is about 6 x 10 M atoms / cm : i
  • the boron concentration in the circumscribed PBS film (about 1 x 10 atoms / cm ; i ) increases the 1 x 1 0 'less than 5 atoms / cm 3
  • boron concentration in the single crystal silicon circumscribing approximately 1 X 1 0 15 atoins / cm : good Rimushiro low boron during processing ⁇ et Doha It was confirmed that the level of contamination was kept low.
  • Example 2 In a conventional atmosphere (boron concentration : 50 to 80 ng / m :! ), a PBS film was formed using the same sample as in Example 2 under the same conditions. In a clean room atmosphere (boron concentration: 4 to 13 ng / m 3 ), a CVD silicon oxide film was formed under the same conditions as in Example 2, and thereafter an epitaxial film was grown. After dissolving and removing the CVD silicon oxide film on the backside with a 20% HF solution, the concentration of boron in the sample PBS film and the substrate single-crystal silicon was measured in the same manner as in Example 1. It was shown to. As is clear from FIG.
  • the thickness of the PBS film is 0 ⁇ m, that is, the boron concentration at the boundary with the CVD silicon oxide film is 4 ⁇ 10 ”atoms / cm 3 , and the boron concentration in the atmosphere during the CVD silicon oxide film formation stage is 1 As a result of suppressing the concentration to 5 ng / m 3 or less, it is shown that the concentration of the boron in the PBS film is suppressed to a value close to 1 ⁇ 10 ”atoms / cm 3 . (Comparative Example 3: PBS film formation under the atmosphere of Experimental Example 1 + CVD treatment under the conventional atmosphere)
  • the pol- lone adhering in the atmosphere with high boron concentration diffused into the PBS film from the interface (depth 0 ⁇ ) in the interface between the PBS film and the CVD silicon oxide film.
  • the average concentration of boron up to a depth of 0.5 m is as high as 2 ⁇ 10 15 atoms / cni 3, and the average concentration of boron in a PBS film having a depth of 0.5 m or more is about 8 ⁇ 10 14 It is greatly increased with respect to atoms / cm 3 .
  • the boron concentration in the l ⁇ m width including the boundary between the PBS film and the substrate single-crystal silicon was reduced.
  • the average concentration was approximately 1. 5 X 1 0 atoms / cm 3, are suppressed to an average concentration (about 2 X 1 0 15 atoms / cm 3) following values of boron in the single crystal divorced circumscribing .
  • the amount of boron adhering to the substrate single-crystal silicon surface is so small that it hardly affects the predetermined porosity, and the amount of boron diffused from this interface into the PBS film at the time of the formation of the PBS film is also low. Is known to have little effect on
  • the boron concentration in the PBS film depends on the diffusion of adhering boron from the boundary between the PBS film and the substrate single crystal silicon, and the interface between the CVD silicon oxide film and the PBS film (depth 0 mm in the figure). m), the value was higher by about one order of magnitude compared to Figures 7 and 8.
  • the average concentration of boron (approximately 4 ⁇ 10 15 atoins / cm 3 ) in the width l ⁇ m including the boundary between the PBS film and the substrate single-crystal silicon is the average concentration of boron in the circumscribed substrate single-crystal silicon ( about 1.5 to 5 X 1 0 15 atoms / cm 3), it has increased approximately 2. 5 x 1 0 15 atoms / cm 3 also.
  • the boron concentration in the PBS film formed by suppressing the boron concentration in the atmosphere to 15 ng / nr 'or less was at least 3 ⁇ 1 in at least a part of the film. It is known that it is 0 "atoms / cm 3 or less.
  • the vertical line at the center is the interface
  • the left side of the interface is the PBS film
  • the right side is the substrate single crystal silicon.
  • reference numeral 120 indicates the diffusion direction of boron in the epitaxial layer growth step.
  • the pressure was set to mH 20 higher, and the concentration of Polon in the air before and after the filling was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.
  • the concentration of Polon in the environmental atmosphere is less than 15 ng / m : i Then, it was found that the amount of adhered polon on the wafer surface was suppressed to 1 ⁇ 10 1 B atoms / cni 2 or less.
  • the surface, the PBS film, the substrate single crystal silicon, the PBS film and the CVD silicon oxide film, and the interface between the substrate single crystal silicon and the epitaxy layer Since the amount of boron contamination is suppressed to a predetermined concentration or less, the effect is achieved that the quality is stable and the device characteristics are not adversely affected.
  • the silicon wafer and the silicon epitaxial wafer having stable quality of the present invention can be manufactured inexpensively and efficiently. There are advantages.
  • the concentration of boron in the atmosphere and the atmosphere of the clean room is controlled to a desired concentration or less, so that the adhesion of boron on the wafer can be extremely suppressed.
  • the concentration of boron in the clean room atmosphere can be significantly reduced, and various silicon wafers or epitaxy wafers in which contamination by boron is suppressed can be provided. The effect of stable production is achieved.

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Description

明 細 ゥェーハ、 ェビタキシャルゥェ一ハ及びそれらの製造方法 技術分野
本発明は、 品質の安定したシリコンゥエーハ、 ェピタキシャルゥエー ハ及びそれらの製造方法並びにクリーンルーム用空調設備に関する。 背景技術
デバイス製作工程における加熱処理によって材料のシリコンゥェ一ハ の電気特性がシリコンゥエーハ中の不純物元素ゃシリコンゥェ一ハに付 着した不純物元素によって変化し、 これがデバイス不良の原因となるの で、 これを避ける事はデバイスの高度化と共にますます重要となり、 デ バイス生産における大きな課題となっている。
その方策の一つと して、 図 1 0に示すごとく、 シリコンゥエーハ Wの 背面に多結晶シリコン層 〔P B S ( Pol y Back Seal )膜〕 6 2を形成し、 この P B S膜中に存在する結晶粒界を不純物元素の吸収源として利用す る方法が実用化されており、 背面に P B S膜を形成した、 所謂 P B S膜 付きのゥエーハゃェピ夕キシャルゥエー八が製品として利用されている
I I I B族元素の中の特にポロンはシリコンに P型導電性を賦与し、 かつ その導電率を所定の値に調整するために、 積極的に活用されるが、 他方 、 シ リ コ ンゥエーハを取り扱う雰囲気ゃゥエーハの処理工程で用いられ る装置、 材料等からゥヱーハに付着するボロンは熱処理工程中にシリコ ンゥェ一ハ内部に拡散し、 ゥエーハの所定の電気特性を乱す外乱要因と なるので、 雰囲気やこれらの装置、 材料等からのボロンによる汚染は極 力防止することが求められる。
仮にシリコンゥェ一ハ表面に 1 x 1 0 atoms/cm2のポロンが付着した場 合、 これがゥエーハ表面から内部 （深さ l〃m程度） に拡散すると、 電 気抵抗率の値で数 ohm · cmに相当するので、 バルクの電気抵抗率の値が 1 ohm · cm以上のゥェ一ハでは、 デバイスが作り込まれるゥエーハ表面層の 電気特性にかなりの変動を来す。
また、 P B S膜付きゥエーハゃ同じく P B S膜付きェピタキシャルゥ エー八の場合には、 P B S膜を形成するべきゥヱーハ表面に付着したボ ロンは P B S膜形成工程やその後のェビタキシャル層成長工程での加熱 処理の際に主に P B S膜中に拡散する。 また、 ェピタキシャル層を成長 させるべき基板面にボロンが付着すると層の成長時の加熱によってこれ らのボロン元素は基板とェピタキシャル層の界面からそれそれの内部へ 拡散する。 これらが原因で基板の電気抵抗率が数 ohm · cm以上のェピタキ シャルゥェ一ハを用いるデバイスで所定の特性が得られないことが起こ ることがある。
さらに、 ェピタキシャルゥェ一ハの製造におけるェピタキシャル層成 長時には、 背面の P B S膜が特にゥ ーハ周縁部において、 成長室内の 成分ガスによってエッチングされて膜厚の不整化や表面の荒れが生じる ことがあり、 これを防止する目的で P B S膜の上にさらに C V D ( Chemi cal Vapor Depos i ti on) 法によってシリコン酸化物の膜 （ C V Dシリコ ン酸化物膜） を形成することが行われるが、 この C V D工程においても 前述と同様にボロンによる汚染が生じると、 この工程、 ならびにその後 のェピタキシャル層成長工程におけるゥエ ー八の温度上昇によって付着 したボロンは主と して P B S中に拡散し、 前述と同様、 デバイス特性に 悪影響を与える。
上述した従来の問題点を P B S膜付ェピタキシャルゥエ ー八の場合を 例にとってさらに具体的に説明する。 図 1 0は従来の P B S膜付ェビ夕 キシャルゥェ一八の製造工程を示す説明図で、 （ a) はシリコンゥエー ハ W、 ( b ) はシリコンゥェ一ハ Wに多結晶シリコン層 6 2を形成した 状態、 （ c ) は次のェピタキシャル層成長工程における上述したエッチ ングを防止するため （b ) のシリコンゥエーハ Wの背面の多結晶シリコ ン層 （P B S膜） 6 2上にさらに CVDシリコン酸化物膜 6 4を形成し た状態、 （ d) はシリコンゥェ一八の表面の多結晶シリコン層 6 2を鏡 面研磨によ り除去した状態及び （ e ) は （ d) の状態からシリコンゥェ ーハの表面にェビタキシャル層 6 6を形成した状態をそれそれ示す。
この従来の背面 P B S膜付ェピタキシャルゥヱ一八の製造においては 、 まず、 シリコンゥェ一ハ Wと多結晶シリコン層 （P B S膜） 6 2の界 面 7 0にボロン Bが付着し、 汚染が発生する 〔図 1 0 (b ) 〕 。 次に、 多結晶シリコン層 6 2と CVD膜 6 4の界面 7 2にポロン Bの汚染が発 生する 〔図 1 0 ( c ) 〕 。 シリコンゥエーハ Wの表面の多結晶シリコン 層 6 2を除去した後 〔図 1 0 ( d) 〕 、 さらに、 ェビタキシャル層成長 工程 （高温熱処理） を絰ると、 それそれの界面 7 0 , 7 2に存在してい たボロン Bは主と して P B S膜 6 2の内部に拡散し、 P B S膜 6 2の全 体を汚染し、 ボロン汚染された P B S膜 6 2 aとなってしまう 〔図 1 0 (e ) 〕 。
一方、 従来の半導体ゥエーハの処理、 例えば洗浄、 搬送、 保管、 成膜 等を行うク リーンルーム等 （洗浄機、 ゥエーハ保管庫、 成膜装置等を含 む） では、 ゥエ ーハに接触する雰囲気中に存在するボロンがゥエーハ表 面にどの程度付着するかについて両者の間の定量的な関係は全く不明で あった。 よって、 ゥェ一八に接触する雰囲気中のボロン濃度をどのよう な値に管理すればゥエ ーハ上に付着するボロン量をデバイス特性を阻害 しない値以下に抑制することができるかが全く不明で高品質ゥエーハの 製造におけるボロン汚染の防止を効果的に実施することが困難であった 。 すなわち、 工程中のゥェ一ハ上に付着したボロン量の測定には多大な 時間を要するため、 その結果を装置側に直ちにフ ィ一ドバックできず、 ボロン汚染を防止するための管理をオンライ ンで実施することが不可能 であった。 したがって、 ゥェ一ハ上のボロン量の測定によってボロン汚 染防止の管理を行っている限り、 安定した品質のゥエーハを作ることは 困難であった。
また、 従来の半導体ゥェ一ハの処理、 例えば洗浄、 搬送、 保管、 成膜 等を行うク リーンルーム （洗浄機、 ゥエーハ保管庫、 成膜装置等を含む ) において使用するエアフィルタは、 一般にガラス繊維でできており、 ゥェ一八の処理の際に雰囲気中にフッ化水素ガス等の腐食性ガスが存在 すると、 この付着によりボロンが雰囲気中に溶出することが知られてい る。
たとえば、 クリーンルームの空調設備としては、 図 1 1に示すような 構成が使われている。 図 1 1において 1 2はク リーンルーム 1 4を構成 する空調設備で、 該ク リーンルーム 1 4内には各種のゥェ一ハ処理室、 図示例の場合には、 CVD処理室 1 6、 CVD炉体室 1 8、 P B S膜形 成室 2 0、 P B S炉体室 2 2が設けられている。 上記各室 1 6， 1 8， 2 0， 2 2には 1又は複数のエア流入口が設けられており、 各エア流入 口にはエアフ ィル夕 1 6 a， 1 6 b， 1 8 a, 2 0 a， 2 0 b , 2 2 a が設置されている。
それそれのゥエーハ処理室には各種のゥエーハ処理装置が配備されて いる。 例えば、 該 C VD処理室 1 6には、 C VD処理前洗浄機 2 4、 乾 燥機 2 6及び保管用ク リーンブース 2 8が配備されている。 該 CVD炉 体室 1 8には、 C VD装置 3 0が配置されている。 該 P B S膜形成室 2 0には、 P B S膜形成前洗浄機 3 2、 乾燥機 3 4及び保管用ク リーンブ —ス 3 6が配備されている。 該 P B S炉体室 2 2には、 ？ 83装置 3 8 が配置されている。 上記各装置 2 4， 2 6， 2 8， 3 0， 3 2， 3 4 , 3 6， 3 8のエア流入口にはエアフィル夕 2 4 a， 2 6 a , 2 8 a , 3 0 a , 3 2 a， 3 4 a, 3 6 a, 3 8 aが設置されている。 3 9はク リ —ンルーム 1 4の下流側に設けられたエアの排出用空間である。 該エア 排出用空間 3 9は回収用パイプ 43に接続されている。
該ク リーンルーム 1 4の上流側には、 上流から下流に向かって外調機 4 0、 不純物除去装置 4 2及び空調機 44が直列状に配置されている。 該外調機 4 0と不純物除去装置 4 2 とは第 1エアパイブ 4 6で接続され 、 該不純物除去装置 4 2 と空調機 44 とは第 2エアパイブ 4 8で接続さ れている。 該空調機 44と上記したク リーンルーム 1 4の各室のエア流 入口に設置された各エアフィルタ 1 6 a， 1 6 b， 1 8 a， 2 0 a， 2 O b , 2 2 aとは第 3エアパイブ 5 0で接続されている。
該外調機 4 0はエア流入側にロールフィルタ 9 9、 中性能フィル夕 5 2、 エア流出側にファン 5 4を有している。 該不純物除去装置 4 2は、 N O X及び S Oxを除去するためのケミカルフ ィル夕から構成されている 。 該空調機 44はエア流入側フアン 5 6、 次にプレフィル夕 9 8、 エア 流出側に中性能フィルタ 5 8を有している。
上記のような構成を有する従来のク リーンルーム用空調設備 1 2にお いては、 外気は外調機 4 0、 不純物除去装置 4 2及び空調機 44を通り 、 ついで各エアフィ ルタ 1 6 a， 1 6 b， 1 8 a , 2 0 a , 2 0 b， 2 2 aを介して、 CVD処理室 1 6、 C VD炉本体 1 8、 P B S膜形成室 2 0、 P B S炉本体 2 2の内部にそれそれ導入される。 C VD処理は一 般的には、 薄膜材料を構成する一種又は数種の化合物ガス、 単体ガスを ゥエーハ上に供給し、 気相又はゥヱ一八表面での化学反応によ り所望の 薄膜を形成させる処理をいうが、 例えば P B S膜を形成したゥエーハ背 面にシリコン酸化物を蒸着してェピタキシャル工程における P B S膜の エッチング及びオー ト ドープを防止する処理として適用することができ る。
各室に導入されたエアは、 エアフィ ル夕 2 4 aを介して洗浄機 2 4に 、 さらにエアフィル夕 2 6 aを介して乾燥機 2 6に、 エアフィルタ 2 8 aを介して保管用ク リーンブース 2 8に、 エアフィルタ 3 0 aを介して C VD装置 3 0に、 エアフィルタ 3 2 aを介して P B S前洗浄機 3 2に 、 エアフィルタ 3 4 aを介して乾燥機 3 4に、 エアフ ィ ル夕 3 6 aを介 して保管用ク リーンブース 3 6に、 及びエアフィルタ 3 8 aを介して P B S装置 3 8内にそれそれ導かれ、 最後にエア排出用空間 3 9に排出さ れる。 但し、 洗浄機 2 4， 3 2からは一部直接排気され C VD装置 3 0 からは全量が排気される。 エア排出用空間 3 9に排出されたエアは供給 量全体の約 8 0 %程度で、 回収用パイプ 4 3を経て第 2エアパイプ 4 8 に戻されて再利用される。
このような従来のク リーンルーム用空調設備においては、 エアフィル 夕 1 6 a, 1 6 b , 1 8 a , 2 0 a, 2 0 b , 2 2 a , 2 4 a , 2 6 a ， 2 8 a, 3 0 a , 3 2 a， 3 4 a, 3 6 a， 3 8 aには U L P Aフィ ル夕 （例えば、 日本無機株式会社製、 NMO— 3 2 0 ) が用いられるの が通常である。 この U L P Aフィル夕はボロンを除去する機能を有しな いだけでなく、 逆にボロンを放出するおそれがある。 また、 中性能フィ ル夕 5 2及び 5 8 (例えば、 日本無機株式会社製、 A S T C— 5 6— 9 5 ) も同様にボロンを除去する機能を有しておらず、 ボロンを放出する おそれのあるものである。 したがって、 このようなフィル夕を組み込ん だ従来のク リーンルーム用の空調設備ではク リーンルーム内の雰囲気中 のボロン濃度を調整することは不可能であった。
さらに、 ボロンレスフィルタ （ボロンを放出しないエアフィル夕） 及 びボロン吸着フィル夕 （ボロンを吸着するフィル夕） は知られているが 、 これらのフィル夕を効果的に使用してゥヱ一八へのボロンの付着量を 所定の値以下に効率よく抑える良好な方策についてはいまだ提案されて いないのが現状である。 結合型基板の製造におけるク リーンルーム内の 雰囲気中のボロンの悪影響について言及した文献はあるが、 具体的な除 去設備を実現することの困難性について指摘している （例えば、 特許第 2 7 2 3 7 8 7号公報） のみで、 ポロンの有効な除去とク リーンルーム 内の雰囲気中のポロン量を所定の範囲内に管理することには言及してい ない。
本発明者らは、 上述したゥエーハ及びェピタキシャルゥエーハについ ての問題点を解決するため、 これらゥエーハゃェピタキシャルゥエーハ が接触する雰囲気中のポロン濃度と、 その雰囲気中に置かれたこれらゥ エーハ表面に付着するポロンの量との間の関係を定量的に把握し、 また 、 ポロンの付着量とそれによる各種の製品中のポロン濃度分布に与える 影響を実験的に明らかにし、 これらの知見に基づいて、 環境からのポロ ンの汚染を抑制し、 デバイス特性に悪影響を与えないシリコンゥェ一ハ 及びェピタキシャルゥエーハを安定して製造することに成功した。
本発明の第 1の目的は、 環境からのポロン汚染を抑制しデバイス特性 に悪影響を与えない品質の安定したシリコンゥヱ一ハ、 ェピタキシャル ゥエーハ及びそれらの効果的な製造方法を提供することにある。
本発明者らは、 さらに上記した従来のク リーンルーム空調設備の問題 点を解決すべく、 ク リーンルーム （洗浄機、 ゥェ一ハ保管庫、 成膜装置 等を含む） 内の空気をイ ンピンジャーにて純水中に溶解させ、 それを I C P— M S (誘導結合プラズマ質量分析法） にて分析する事によ り雰囲 気中のボロン濃度を測定し、 このボロン濃度とゥエーハに吸着するポロ ン濃度の関係について鋭意検討を続けた結果、 両者の間に一定の関係が 存在するこ とを見出すとともにク リーンルームの雰囲気中のボロン濃度 を所定濃度以下に抑えることに成功した。
本発明の第 2の目的は、 ゥヱ一八上へのポロン汚染を安価に防ぐこと ができるようにした雰囲気調整装置、 ク リーンルーム及びク リーンル一 ム用空調設備を提供することにある。 発明の開示
上記第 1の課題を解決するために、 本発明のシリ コンゥヱ一八の第 1 の態様は、 表面の付着ポロンの量が 1 x 1 0 atoms/cm2以下であることを 特徴とする。
本発明のシリコンゥエーハの第 2の態様は、 深さ 0. 5〃 m迄の表面層内 におけるボロン濃度の該表面層直下のバルクシリコン中のポロンの濃度 に対する増分が 1 x 1 0 15atoms/cm3以下であることを特徴とする。
本発明のシリコンゥエーハの第 3の態様は、 多結晶シリコン層と単結 晶シリ コン層の界面を含む幅 1 mの界面近傍層内におけるポロン濃度 の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が 1 X 1 0 15atoms/ cin:i以下である多結晶層を一方の主面に有することを特徴とする 本発明のシリコンェピタキシャルゥェ一ハの第 1の態様は、 単結晶シ リコン基板の背面に多結晶シリコン層を有するシリコンェピタキシャル ゥエー八であって基板の単結晶シリコンと多結晶シリコン層の界面を含 む幅 1 mの界面近傍層内におけるボロン濃度の該近傍層に外接する基 板シリコン中のポロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 l 5atoms/cm3以下である ことを特徴とする。
本発明のシリコンゥエ ーハの第 4の態様は、 C V Dシリコン酸化物膜 との界面近傍 0. 5 m内の単結晶シリコン層中のボロン濃度の該層に接す るバルクシリコン中のポロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 atoms/cm3以下 である C V Dシリコン酸化物膜を一方の主面に有するこ とを特徴とする 本発明のシリ コ ンェビタキシャルゥェ一ハの第 2の態様は、 基板の背 面に C V Dシリコン酸化物膜を有するシリ コンェビタキシャルゥェ一ハ であって C VDシリコン酸化物膜との界面近傍 内の単結晶シリコ ン基板中のポロン濃度の該層に接する基板シリコン中のボロン濃度に対 する増分が 1 X 1 0 atoms/cm3以下であることを特徴とする。
上記シリ コンェピ夕キシャルゥエーハにおいて、 環境中のボロン汚染 を有効に抑制し、 多結晶層中のボロン濃度は、 好ましくは 5 X 1 0 "atom s/cm3以下、 より好ましくは 3 x 1 014atoms/cm3以下、 最も好ましくは 1 X 1 0 "atoms/cm3以下である。
本発明のシリ コンゥェ一ハの第 5の態様は、 単結晶シ リ コン層の一方 の主面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上に C VDシリコン酸 化物膜を有するシ リ コンゥエ ー八であって、 多結晶シ リ コ ン層と単結晶 シリコン層の界面を含む幅 1 mの界面近傍層内におけるボロン濃度の 該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 '5atoms/cm3以下であり、 シリコン酸化物膜と多結晶シリコン層との界面を 含む幅 0.5 mの界面近傍多結晶シリコン層中のポロン濃度の該近傍多結 晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のポロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 l5atoms/cm:i以下であることを特徴とする。
本発明のシリコンェビ夕キシャルゥェ一八の第 3の態様は、 基板の背 面に多結晶シリコン層と該多結晶シリコン層上に C VDシリコン酸化物 膜を有するシリコンェピ夕キシャルゥェ一ハであって、 多結晶シリコン 層と単結晶シリコン層の界面を含む幅 1 mの界面近傍層内におけるポ ロン濃度の該界面近傍層に外接するシ リ コン中のボロン濃度に対する増 分が 1 x 1 0 atoms/ cm3以下であり、 シリコン酸化物膜と多結晶シリコン 層との界面を含む幅 O ^ mの界面近傍多結晶シリコン層中のボロン濃度 の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリ コン中のボロン濃度に 対する増分が 1 x 1 0 1 5atoms/cm:i以下であることを特徴とする。
上記シリコンゥエ ーハにおいて、 単結晶シリコンバルク中のボロンの 濃度が 1 X 1 0 1 6atoms/cm3以下である製品に対して特に有効である。
上記シリコンェビタキシャルゥェ一ハにおいて、 基板中のボロンの濃 度が 1 X 1 0 atoms/ cnr1以下である製品に対して特に有効である。
本発明のシリコンゥエーハの製造方法の第 1の態様は、 上記したシリ コンゥェ一ハを製造するにあたり、 ボロン濃度が 1 5 ng/m3以下の雰囲気 で処理、 保管等の取り扱いを行うことを特徴とする。
本発明のシリコンェピタキシャルゥェ一ハの製造方法の第 1の態様は 、 上記したシ リ コンェピタキシャルゥェ一ハを製造するにあたり、 ポロ ン濃度が 1 5 ng/m3以下の雰囲気で処理、 保管等の取り扱いを行うことを 特徴とする。
本発明のシリコンゥエーハの製造方法の第 2の態様は、 上記したシリ コンゥエーハを製造するにあたり、 多結晶シリコン層の形成をボロン濃 度が 1 5 ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
本発明のシリコンェピ夕キシャルゥエー八の製造方法の第 2の態様は 、 上記したシリコンェピ夕キシャルゥエーハを製造するにあたり、 多結 晶シリコン層の形成をポロン濃度が 1 5 ng/m:i以下の雰囲気で行うことを 特徴とする。
本発明のシリコンゥエーハの製造方法の第 3の態様は、 上記したシリ コンゥエーハを製造するにあたり、 C V Dシリコン酸化物膜の成膜をボ ロン濃度が 1 5 ng/in:i以下の雰囲気で行うことを特徴とする。
本発明のシリコンェピ夕キシャルゥエ ー八の製造方法の第 3の態様は 、 上記したシリコンェビタキシャルゥェ一ハを製造するにあたり、 C V Dシリコン酸化物膜の成膜をポロン濃度が 1 5 ng/m3以下の雰囲気で行う ことを特徴とする。
本発明のシリコンゥェ一ハの製造方法の第 4の態様は、 上記したシリ コンゥェ一ハを製造するにあたり、 ボロンの付着量を 1 X 1 0 1 Gatoms/cin2 以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とする。
本発明のシリコンェピタキシャルゥエーハの製造方法の第 4の態様は 、 上記したシリコンェビタキシャルゥェ一ハを製造するにあたり、 ポロ ンの付着量を 1 x 1 0 atoms/cm2以下に抑制した表面に多結晶層を形成す ることを特徴とする。
本発明の雰囲気調整設備は、 雰囲気中のポロン濃度を 1 5 ng/m3以下と することを特徴とする。
本発明のクリーンルームは、 ク リーンルームの雰囲気中のボロン濃度 が 1 5 ng/m3以下であることを特徴とする。
本発明のクリーンルーム用空調設備は、 ボロンレスフィルタとボロン 吸着フィル夕を有する空調機と、 ボロンレスフィル夕を有する 1 または 複数のゥエーハ処理装置とを有し、 雰囲気ガスが該空調機と該ク リーン ルームと該ゥエーハ処理装置の間を循環するように構成されたことを特 徴とする。
上記ク リーンルーム用空調設備において、 ボロンレスフィル夕とポロ ン吸着フィルタを設けるのが好ましい。
上記ク リーンルーム用空調設備において、 ゥエーハ処理装置の内圧が ク リーンルーム内圧よ り高く、 該ク リーンルーム内圧が外部圧より高く 調整されるのが好適である。 ここで外部圧とはク リーンルームの外側に 隣接するサービスルーム （作業員の着替えや製品の搬入搬出等に用いら れる部屋） や廊下における圧力をいい、 外気圧ともいわれる。 本発明のゥエー八の製造方法は、 上記したゥエーハを製造するにあた り、 上記ク リーンルーム用空調設備を用いて実施することを特徴とする
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明のシリコンゥェ一ハ及びシリコンェピタキシャルゥェ —ハの製造方法を示すフローチャートである。
図 2は、 本発明のシリコンゥェ一ハ及びシリコンェピタキシャルゥェ ーハの製造手順を示す説明図で、 （ a) はシリ コンゥエーハ、 （b ) は シリ コンゥェ一ハに多結晶シ リ コン層を形成した状態、 （ c ) は （ b) のシリコンゥエーハの背面の多結晶シリコン層 （P B S膜） 上にさらに C VDシリ コン酸化物膜を形成した状態、 （d) はシリ コンゥェ一ハの 表面の多結晶シリ コン層を除去した状態及び （ e ) は （ d) の状態から シリ コンゥヱ一ハの表面にェビタキシャル層を形成した状態をそれそれ 示す。
図 3は、 本発明のク リーンルーム用空調設備を示す概略説明図である 図 4は、 実施例 1における試料の深さ方向に対する試料中のポロン濃 度を示すグラフである。
図 5は、 比較例 1における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃 度を示すグラフである。
図 6は、 実施例 2における試料の深さ方向に対する試料中のポロン濃 度を示すグラフである。
図 7は、 比較例 2における試料の深さ方向に対する試料中のポロン濃 度を示すグラフである。
図 8は、 比較例 3における試料の深さ方向に対する試料中のポロン濃 度を示すグラフである。
図 9は、 比較例 4における試料の深さ方向に対する試料中のボロン濃 度を示すグラフである。
図 1 0は、 従来のシリコンゥエーハ及びシリコンェピタキシャルゥェ 一八の製造手順を示す説明図で、 （ a ) はシリ コンゥエーハ、 （b ) は シリコンゥヱーハに多結晶シリコン層を形成した状態、 （ c ) は （b ) のシリコンゥェ一ハの背面の多結晶シリコン層 （P B S膜） 上にさらに CVDシリ コン酸化物膜を形成した状態、 （d) はシリ コンゥエーハの 表面の多結晶シリ コ ン層を除去した状態及び （ e ) は （ d ) の状態から シリ コンゥエーハの表面にェビタキシャル層を形成した状態をそれそれ 示す。
図 1 1は、 従来のク リーンルーム用空調設備の一例を示す概略説明図 である。
図 1 2は、 実験例 2におけるゥェ一ハの放置時間とゥェ一ハポロン付 着量との関係を示すグラフである。
図 1 3は、 実験例 3における環境雰囲気中のポロン濃度とシリ コ ンゥ エーハ表面におけるボロン付着量の関係を示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明の実施の形態を添付図面中、 図 1〜図 3に基づいて説明 するが、 この実施の形態は例示的に示されるもので、 本発明の発明思想 から逸脱しない限り、 種々の変形が可能なことはいうまでもない。
図 1は本発明による各種シリコンゥエ ーハ製法の 1例と して背面 P B
S膜付きシリコンェピタキシャルゥエー八の製造方法を示すフローチヤ 一卜で、 図 2はそのェビ夕キシャルゥェ一ハの製造手順を示す説明図で ある。 図 1において、 1 0 0はェピタキシャルゥエーハ用の基板であるシリ コンゥエーハ製造工程で、 シリコン単結晶イ ンゴッ トを常法により、 ス ライス、 面取り、 ラップ、 エッチング、 ァニール等の各工程を経てシリ コンゥヱ一八 Wが製造される。
所望に応じてこの段階でシリコンゥェ一ハ Wを取り出すことも可能で あり、 また、 取り出したシリコンゥエーハ Wの片面も しく は両面を鏡面 研磨して鏡面研磨シリコンゥェ一ハを得ることも可能である。 本発明に おいては、 この鏡面研磨後の洗浄、 乾燥、 保管 （包装） 工程を後述する 雰囲気中のポロン濃度が 1 5 n g/m3以下という極めて低いクリーンル ーム中で行うことによって表面の付着ポロンの量が 1 X 1 010 atoms/cm2 以下、 あるいは深さ 0. 5〃mまでの表面層内におけるボロン濃度の該 表面層直下のバルクシリコン中のポロン濃度に対する増分が 1 X 1 01 5a toms/cm3以下といったポロン汚染のないシリコンゥェ一ハを得ることが できる。
1 0 2は、 P B S膜形成工程で、 例えば真空度 0. 2〜； L Torr、 6 0 0〜 7 0 0 °Cで原料の S i H4を分解して、 上記基板シリコンゥェ一ハに 多結晶シリコンを析出させて、 厚さ 0. 5〜 2〃 111の？ 83膜6 2を形 成する。 本発明においては、 この P B S膜形成工程を後述する雰囲気中 のポロン濃度が 1 5 n g/m3以下という極めて低いク リーンルーム中で 行うのが特徴である。 これによつてシリコンゥェ一ハ Wと多結晶シリコ ン層 （P B S膜） 6 2の界面 7 0におけるボロン汚染を抑制するこ とが できる。
所望に応じて、 この段階でシリコンゥェ一ハ Wを取り出すことも可能 である。 この場合、 上記界面 7 0におけるボロン汚染を抑制、 即ち、 多 結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅 1 mの界面近傍層 内におけるポロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃 度に対する増分が 1 x 1 015atonis/cm3以下であるようにした多結晶シリコ ン層 6 2を設けたシリコンゥェ一ハ Wを得ることができる 〔図 2 ( b )
〕 o
取り出したシリコンゥェ一ハ Wの片面を鏡面研磨して背面に低ポロン汚 染の多結晶シリコン層 6 2を設けた鏡面研磨シリコンゥェ一ハを得るこ とも可能である。 この得られたシリコンゥエーハ Wは、 多結晶シリコン 層と単結晶シリコン層の界面を含む幅 1 の界面近傍層内におけるボ ロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン濃度に対する増 分が 1 X 1 015atoms/cm3以下である多結晶シリコン層 6 2を背面に有する ものである。
本発明においては、 この鏡面研磨後の洗浄、 乾燥、 保管 （包装） 工程 を後述する雰囲気中のボロン濃度が 1 5 n gZm3以下という極めて低い ク リーンルーム中で行うことによって表面及び表面近傍にボロン汚染の ない多結晶シリコン層付きのシリコンゥエーハを得ることができる。 こ の得られたシリコンゥェ一ハ Wは、 上記した多結晶シリコン層と単結晶シ リコン層の界面近傍のポロン濃度の低減に加えて、 多結晶シリコン層 6 2の少なく とも一部におけるポロン濃度が 5 X 1 01 toms/cm3以下であ る多結晶層を背面に有するものである。
1 0 4は、 C VDシリコン酸化物膜の形成工程で、 例えば大気圧下 3 8 0〜 5 0 0 °Cで S i H4及び酸素を用い、 シリコンゥェ一ハ Wの背面側 の P B S膜 6 2の上にシリコン酸化物を析出させ、 膜厚 0. 2〜 2〃m の C VDシリコン酸化物膜 6 4を形成する 〔図 2 ( c ) 〕 。 本発明にお いては、 この C VDシリコン酸化物膜形成工程を後述する雰囲気中のボ 口ン濃度が 1 5 n g/m3以下という極めて低いクリーンルームにおいて 行うのが特徴である。
これによつて、 P B S膜 6 2 と C VDシリコン酸化物膜 6 4の界面 7 2におけるボロン汚染を抑制、 即ち、 CVDシリコン酸化物膜と多結晶 シリコン層との界面を含む幅 0.5〃 mの界面近傍多結晶シリコン層中のポ ロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリコン中のポロ ン濃度に対する増分が 1 X 1 0 atoms/cni3以下であるようにすることがで さる。
ここで、 所望に応じて P B S膜形成工程 1 0 2を省略し、 シリコンゥ エーハ Wの背面側に C VDシリコン酸化物膜 6 4を本発明の方法に従つ て直接形成することも可能である。 このシリコンゥヱ一ハは、 CVDシ リコン酸化物膜との界面近傍 0.5 m内の単結晶シリコン層中のボロン濃 度の該層に接するバルクシリコン中のボロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 15atonis/cm3以下である C VDシリコン酸化物膜を背面に有するものである このゥェ一ハにェビタキシャル層を形成してェピタキシャルゥエーハ とすることも可能である。 このェビタキシャルゥェ一ハは、 CVDシリ コン酸化物膜との界面近傍 0.5 m内の単結晶シリコン基板中のボロン濃 度の該層に接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が l x l 015 atoms/cm3以下であるものである。
1 0 6は、 ェピタキシャル層成長工程で、 シリコンゥ工一ハ Wの表面 の多結晶シリコン層 6 2を例えば鏡面研磨によって除去した後 〔図 2 ( d ) 〕 、 背面に P B S膜 6 2及び C V Dシリコン酸化物膜 6 4を有する シリコンゥェ一ハ Wの表面に例えば大気圧下 1000〜1200°Cで S i H C 13 と H2の混合気体を流して厚さ 3〜 1 5〃πιのェピタキシャル層 6 6を形成 する。 この時、 界面 7 0， 7 2におけるボロン汚染が本発明の方法に従 つてその付着量を 1 x 1 0 luatoms/cm2以下に抑制されていると P B S膜 6 2へのボロン拡散は多結晶層中のボロン濃度 （例えば 3 X 1 014atoms/cm:i ) に影響を与えない。 1 0 8は、 背面 P B S膜付ェピタキシャルゥェ一ハ取出し工程で、 ボ ロン汚染が極力抑制された背面 P B S膜付ェピタキシャルゥェ一ハ 6 8 を得ることができる 〔図 2 ( e ) 〕 。
次に、 本発明のシリコンゥエーハ及びシリコンェピタキシャルゥェ一 ハの製造を行うために好適に用いられる本発明のク リーンルーム及びそ の空調設備の実施の形態を図 3とともに説明する。
この実施の形態は 1例として示されるもので、 本発明の発明思想から 逸脱しない限り、 種々の変形が可能なことはいうまでもない。 図 3にお いて図 1 1 と同一の構成又は類似の構成は同一の符号によって示され、 その構成作用についての再度の説明は省略する。
図 3に示した本発明のク リーンルーム用空調設備 1 2 aは、 図 1 1に 示した従来のク リーンルーム用空調設備 1 2とフィルタ構成以外は全く 同様の構成であり、 フィルタ構成以外については必要な場合を除いて再 度の説明は省略する。
本発明のク リーンルーム用空調設備 1 2 aの眼目は、 従来設備 1 2に おけるエアフィルタ 1 6 a， 1 6 b , 1 8 a， 2 0 a， 2 0 b , 2 2 a ， 2 4 a , 2 6 a , 2 8 a , 3 0 a, 3 2 a, 3 4 a , 3 6 a, 3 8 a に代えてポロンレスフィル夕 1 6 x， 1 6 y , 1 8 x , 2 0 χ , 2 0 y ， 2 2 χ , 2 4 χ , 2 6 χ , 2 8 χ , 3 0 χ , 3 2 χ , 3 4 χ , 3 6 χ ， 3 8 χを用い、 さらに中性能フィル夕 5 2， 5 8に代えてボロンレス 中性能フィル夕 5 2 χ， 5 8 χを用い、 プレフィルタ 9 8、 ロールフィ ル夕 9 9に代えてボロンレスプレフィルタ 9 8 χ、 ボロンレス口一ルフ ィル夕 9 9 χを用い、 その上、 外調機 4 0のボロンレス中性能フィルタ 5 2 χの下流側にボロン吸着フィルタ 4 O xを設け、 空調機 44のポロ ンレス中性能フィルタ 5 8 Xの下流側にボロン吸着フィルタ 4 4 Xを設 けたことである。 上記のような構成を有する本発明のク リーンルーム用空調設備 1 2 a においては、 外気は外調機 4 0、 不純物除去装置 4 2及び空調機 4 4を 通り、 ついで各ボロンレスフィルタ 1 6 x、 1 6 y、 1 8 x、 2 0 x、 2 0 y、 2 2 xを介して、 C VD処理室 1 6、 C VD炉体室 1 8、 P B S膜形成室 2 0、 P B S炉体室 2 2の内部にそれそれ導入される。
各室に導入されたエアは、 ボロンレスフィルタ 2 4 Xを介して洗浄機 2 4に、 さらにボロンレスフィルタ 2 6 Xを介して乾燥機 2 6に、 ポロ ンレスフィルタ 2 8 xを介して保管用ク リーンブース 2 8に、 ポロンレ スフィルタ 3 O xを介して C VD装置 3 0に、 ボロンレスフィルタ 3 2 Xを介して P B S前洗浄機 3 2に、 ボロンレスフ ィル夕 3 4 Xを介して 乾燥機 3 4に、 ボロンレスフィルタ 3 6 Xを介して保管用クリーンブー ス 3 6に、 及びボロンレスフィルタ 3 8 xを介して P B S装置 3 8内に それぞれ導かれ、 最後にエア排出用空間 3 9に排出される。
例えば、 洗浄機 2 4， 3 2からは一部のエアは直接排気され、 C VD 装置 3 0からは全て排気される。 エア排出用空間 3 9に達したエアは供 給量全体の約 8 0 %となり、 回収用パイプ 4 3を通って第 2エアパイプ 48に戻され、 再利用される。
上記したような本発明のク リーンルーム用空調設備 1 2 aを用いるこ とによって、 ク リーンルーム 1 4内の雰囲気のボロン濃度を 1 5 ng/m3以 下に設定することが可能である。
上記ボロンレスエアフィルタ 1 6 X， 1 6 y , 1 8 X , 2 0 χ , 2 0 y， 2 2 xと しては、 具体的にはボロンフ リー U L P Aフィルタ （日本 無機株式会社製、 A TMM F— 3 1 - P - B ) を用い、 ボロンレス中性 能フィ ル夕 5 2 x， 5 8 xと しては、 ボロンレス中性能フ ィ ル夕 （日本 無機株式会社製、 E M L— 5 6— 9 0 ) を用い、 ボロンレスロールフィ ル夕 9 9xとしては （日本無機株式会社製、 D S R— 3 4 0 R— T H— C 9
— 2 ) を用い、 さらにボロン吸着フィルタ 4 0 x， 4 4 xとしては、 ボ ロン吸着フィルタ （日本無機株式会社製、 A C S— 3 1 - Q - b) を用 いればよい。
実施例
以下に本発明の実施例を挙げて説明するが、 これらの実施例は例示的 に示されるもので、 限定的に解釈されるものではないことはいうまでも ない。
(実験例 1 ： ボロン濃度が 1 5ng/m3以下の雰囲気の形成）
図 3に示したク リーンルーム用空調設備 （各フィルタとしては、 具体 例として例示した製品名のものを使用した） を用い、 外調機の風量を 7 0 0 OmVhr, 圧力を大気圧に対し 2 0〜 3 0mmH2Oの加圧、 空調機の風 量を 3 7 5 0 0m3/hr、 圧力を大気圧に対し 2 5〜 3 5mmH20の加圧とし 、 及びクリーンルームの室内圧を外部圧に対し 3. 0〜4. 0mmH2O高 い圧力に設定し、 フィルタ前後のボロン濃度を測定した。 その結果を表 1に示したように、 フィルタ後のエア中のポロン濃度はいずれも 1 5ng/ m3以下に制御されていた。 また、 クリーンルーム内のパーティクルは 0で あった。
表 1
Figure imgf000021_0001
なお、 空気中のポロン濃度の測定は次のように行なった。 ボロン回収方法 ：
純水溶解 （イ ンピンジャーを用いたエア吸引方式）
サンプリ ング前回収用純水量一一 2 Oml
サンプリ ング後回収純水量 約 1 7. 5ml
吸引流量 1リットル/ mi n
吸引時間 4hrs
ボロン分析法 ： I CP— MS (誘導結合プラズマ質量分析法） 使用機器一— MICROMASS社製、 PLASMATRACE 2
空気中のボロン濃度は、 測定値に測定液量を乗じて質量を求め、 採気量 で除することにより算出した。
(実施例 1 ： 実験例 1の雰囲気下における P B S膜形成処理）
〈試料〉
シリ コンゥエーハ、 直径 2 0 0mm、 C Z _ P型、 8— 1 5 Ω · cm、 結晶 軸 〈 1 0 0〉
く P B S膜形成工程〉
前洗浄 ： S C— 1 (アンモニア、 過酸化水素、 水） →希フ ッ酸洗浄 S
C- 2 (塩酸、 過酸化水素、 水） →スピン乾燥
P B S処理 ： （温度） 6 5 0 °C、 （時間） 3. 5時間、 （反応ガス） モ ノシラン、 （膜厚） 1. 2〃m
実験例 1のク リーンルーム雰囲気下 （ボロン濃度 4〜 1 3 ng/m3) にお いて、 上記試料を用い、 上記条件にて P B S膜形成を行った。 試料中の ポロン濃度の測定を S I M S (Secondary Ion Mass Spectroscopy, 二次 イオン質量分析装置 ： I M S— 4 F、 メーカー ： 仏力メカ社） を用いて 行い、 その結果を図 4に示した。 図 4から明らかなように、 P B S膜中 のボロン濃度は 1 X 1 0 Matoms/cm:i以下であり、 P B S膜と基板シリコン の境界を含む幅 1〃mの界面近傍層内におけるポロン濃度 （約 6 X 1 0 "a toms/cin'1) はこの近傍層に外接する基板単結晶シリコン中のボロン濃度 （ 約 1 X 1 0 ,5atoms/cm3) より低く （増分はマイナス） 、 同じく外接する P B S層中のポロン濃度 （約 1 X 1 0 Matoms/cm3) に対して、 その差は 5 x 1 014atoms/cm3である。
(比較例 1 ： 従来の雰囲気下における P B S膜形成）
従来の雰囲気下 （ボロン濃度 5 0〜 8 Ong/m3) において、 実施例 1 と 同様の試料を用い、 同一の条件にて P B S膜形成を行った。 試料中のポ ロン濃度の測定を実施例 1 と同様に行って、 その結果を図 5に示した。 図 4と図 5のボロン濃度の分布の差が雰囲気中のポロン濃度の差に基づ くボロンによる汚染の影響を示しており、 図 5では P B S膜中のボロン 濃度は界面近傍で急激に上昇して、 最大値は約 6 x 1 016atonis/cm3であり P B S層と基板シリコンとの境界を含む幅 1〃mの界面近傍層内のボロン 濃度は約 3 x 1 016atoins/cm3で外接する P B S層及びシリコン単結晶に対 する濃度の増加は 1 x 1 0 atoms/c 5をはるかに超えている。
(実施例 2 ： 実験例 1の雰囲気下における P B S膜形成 + C VD処理） 〈試料〉
シリ コンゥエーハ、 直径 2 0 0 mm、 C Z— P型、 8— 1 5 Ω · cm、 結晶 軸 〈 1 0 0〉
く P B S膜形成工程〉
前洗浄 ： S C— 1 (アンモニア、 過酸化水素、 水） →希フ ッ酸洗浄— S
C一 2 (塩酸、 過酸化水素、 水） →スピン乾燥
P B S膜形成 ： （温度） 6 5 0 °C、 （時間） 3. 5時間、 （反応ガス） モノシラン 、 （膜厚） 1. 2 m
< C VD処理工程〉
前洗浄 ： S C— 1 (アンモニア、 過酸化水素、 水） →希フ ッ酸洗浄→S
C一 2 (塩酸、 過酸化水素、 水） →スピン乾燥 C VD処理 ： （温度） 4 3 0 、 （時間） 1 0分、 （反応ガス） ①モノ シラン、 ②酵素、 （膜厚） 0. 3〃m
〈ェピタキシャル工程〉
前洗浄 ： S C— 1 (アンモニア、 過酸化水素、 水） →S C— 2 (塩酸、 過酸化水素、 水） → I P A乾燥
ェピタキシャル処理 ： （温度） 1 1 0 0 °C、 （時間） 1 0分、 （反応ガ ス） ①ト リクロロシラン②水素、 （膜厚） 5. 0
Figure imgf000024_0001
実験例 1のク リーンルーム雰囲気下 （ボロン濃度 4〜 1 3ng/m3) にお いて、 上記試料を用い、 上記条件にて P B S膜形成及び C VDシリコン 酸化物膜形成を行い、 その後ェピタキシャル膜成長を行った。 裏面の C VDシリコン酸化物膜を 2 0 %H F溶液で溶解除去した後、 試料の P B S膜及び基板単結晶シリコン中のポロン濃度の測定を実施例 1 と同様に 行い、 その結果を図 6に示した。
図 6から明らかなように、 ボロンがェピタキシャル膜形成時の加熱に よって基板単結晶シリコンから P B S膜中に拡散していることが認めら れるが、 P B S膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅 1〃mの間のポ 口ン濃度は約 6 x 1 0 Matoms/cm:iで外接する P B S膜中のボロン濃度 （約 1 x 1 0 atoms/cm;i) に対し、 その増分は 1 x 1 0 '5atoms/cm3より少なく 、 又外接する単結晶シリコン中のボロン濃度 （約 1 X 1 015atoins/cm: よ りむしろ低く、 ゥエ ーハの処理中におけるボロンの汚染のレベルは低く 抑えられていることが確認された。
(比較例 2 ： 従来の雰囲気下における P B S膜形成 +実験例 1の雰囲気 下における C VD処理）
従来の雰囲気下 （ボロン濃度 5 0〜 8 0ng/m:!) において、 実施例 2 と 同様の試料を用い、 同一の条件にて P B S膜形成を行い、 次に実験例 1 のクリーンルーム雰囲気下 （ボロン濃度 4〜 1 3ng/m3) において、 実施 例 2 と同一の条件にて C VDシリコン酸化物膜形成を行い、 その後ェピ タキシャル膜成長を行った。 裏面の C VDシリコン酸化物膜を 2 0 %H F溶液で溶解除去した後、 試料の P B S膜と基板単結晶シリコン中のポ ロン濃度の測定を実施例 1と同様に行い、 その結果を図 7に示した。 図 7から明らかなように、 P B S膜形成処理の前に試料の基板単結晶 シリコンゥェ一ハ表面に雰囲気中のボロンが付着し、 これがェビタキシ ャル膜形成の際の加熱によって P B S膜中及び基板単結晶シリコン中に 拡散するが P B S膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅 1〃mの界面 近傍層内のボロン濃度は平均約 3 X 1 016atoms/cm3で外接する基板単結晶 シリコン中の平均ポロン濃度約 1. 2 x 1 015atoms/cm3及び外接する P B S膜中の平均ポロン濃度 1 x 1 016atoms/cm3に対し大幅に高い値を示して いる。
P B S膜の厚さ 0〃m、 すなわち、 C VDシリコン酸化物膜との境界の ボロン濃度は 4 X 1 0 "atoms/cm3で C V Dシリコン酸化物膜形成段階での 雰囲気中のボロン濃度を 1 5ng/m3以下に抑制した結果、 P B S膜中のポ ロン濃度 1 x 1 0 "atoms/cm3に近い値に抑制されていることが示される。 (比較例 3 ： 実験例 1の雰囲気下における P B S膜形成 +従来の雰囲気 下における C VD処理）
実験例 1のクリーンルーム雰囲気下 （ポロン濃度 4〜 1 3ng/m3) にお いて、 実施例 2と同様の試料を用い、 同一の条件にて P B S膜形成を行 い、 次に従来の雰囲気下 （ボロン濃度 5 0〜 8 Ong/m3) において、 実施 例 2と同一の条件にて C V Dシリコン酸化物膜形成を行い、 その後ェピ タキシャル膜成長を行った。 裏面の C VDシリコン酸化物膜を 2 0 %H F水溶液で溶解除去した後、 試料 P B S膜および基板単結晶シリコン中 のポロン濃度の測定を実施例 1 と同様に行い、 その結果を図 8に示した 図 8から明らかなように、 ボロン濃度の高い雰囲気中に付着したポロ ンが P B S膜と C VDシリコン酸化物膜の界面 （図中深さ 0〃πι) 側か ら P B S膜内へ拡散し、 深さ 0. 5 mまでのボロンの平均濃度は 2 X 1 015atoms/cni3と高い値を示し、 深さ 0. 5 m以上の P B S膜中のボロン の平均濃度約 8 X 1 014atoms/cm3に対し大幅に増加している。 一方、 P B S膜形成は雰囲気中のボロンの濃度を 1 5ng/cm3以下に抑えた状態で行つ たので、 P B S膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅 l〃mの中の ボロンの平均濃度は約 1. 5 X 1 0 atoms/cm3であり、 外接する単結晶シ リコン中のボロンの平均濃度 （約 2 X 1 015atoms/cm3) 以下の値に抑制さ れている。
すなわち、 基板単結晶シリコン表面に付着したボロン量は所定のポロ ン濃度に対し殆ど影響を与えない程度に少なく、 P B S膜中へこの界面 から拡散するボロンも P B S膜形成時の膜中のボロン濃度にほとんど影 響を与えないことが知られる。
(比較例 4 ： 従来の雰囲気下における P B S膜形成 + C VD処理） 従来の雰囲気下 （ポロン濃度 5 0〜 8 Ong/m3) において、 実施例 2と 同様の試料を用い、 同一の条件にて P B S膜形成を行い、 次にその従来 の雰囲気下のまま、 実施例 2 と同一の条件にて C VDシリコン酸化物膜 形成を行い、 その後ェピタキシャル膜成長を行った。 裏面の CVDシリ コン酸化物膜を 2 0 %H F水溶液で溶解除去した後、 試料中のボロン濃 度の測定を実施例 1と同様に行い、 その結果を図 9に示した。
図 9から明らかなように、 P B S膜中のボロン濃度は P B S膜と基板 単結晶シリコンとの境界からの付着ボロンの拡散と C V Dシリコン酸化 物膜と P B S膜との界面 （図中深さ 0〃m) からの付着ボロンの拡散に よって、 図 7及び図 8と比較しておよそ 1桁以上の高い値を示しており P B S膜と基板単結晶シリコンとの境界を含む幅 l〃mの間のボロン の平均濃度 （約 4 X 1 015atoins/cm3) は外接する基板単結晶シリ コン中の ボロンの平均濃度 （約 1. 5 X 1 015atoms/cm3) に対し、 およそ 2. 5 x 1 015atoms/cm3も増加している。
また、 上記の実施例と比較例から明らかなように、 雰囲気中のボロン 濃度を 1 5ng/nr'以下に抑制して形成した P B S膜中のボロン濃度は膜の 少なく とも一部において 3 x 1 0 "atoms/cm3以下であることが知られる。 なお、 図 4〜図 9において、 中央の縦線は界面で、 界面の左側は P B S膜、 右側は基板単結晶シリ コンである。 図 7、 図 8及び図 9において 、 符号 1 2 0はェピタキシャル層成長工程でのボロンの拡散方向を示す
(比較例 5 )
図 1 1に示した従来のクリーンルーム空調設備 （外調機ロールフ ィル 夕 ： 日本無機株式会社製 A T— 2 0 0— K S、 外調機中性能フィル夕 ： 日本無機株式会社製 A S T C— 5 6— 9 5、 空調機プレフィル夕 ： 日本 無機株式会社製 D S— 6 0 0— 3 1— R E A— 2 0、 空調機中性能フィ ル夕 ： 日本無機株式会社製 A S T C— 5 6— 9 5、 ク リーンルーム内 U L P A ： 日本無機株式会社製 NMO— 3 2 0 ) を用い、 外調機の風量 7 0 0 OnrVhrでその圧力を大気圧に対し 1 0〜 2 0匪 H20の加圧状態、 空 調機の風量 3 7 5 0 OmVhrでその圧力は大気圧に対し 1 5〜 2 5 mmH20 の加圧状態及びク リーンルームの室内圧を外部圧に対し 3 · 0〜4. 0 m mH20高い圧力に設定し、 フィル夕前後のエア中のポロン濃度を実施例 1 と同様に測定し、 表 2に示した。
表 2の結果から明らかなごと く、 従来設備によれば、 フィルタ後のェ ァ中のボロン濃度を 1 5 ng/m3以下に制御することは不可能であった。 な お、 ク リーンルーム内のパーティ クルは 0であった。 さらに、 このク リ ーンルーム雰囲気中でゥエーハ処理を行なったところ、 ゥェ一八に吸着 するボロン濃度を 1 x 1 0 atoms/cm3以下に低減することは不可能であつ た。
表 2
Figure imgf000028_0001
(実験例 2 )
実施例 2 と同様のシリ コンゥエーハに対して同様の条件で前洗浄を施 した後、 クリーンルーム （相対湿度 ： 3 0〜 5 0 %、 温度 ： 2 5 °C± 3 °C 、 圧力 ： 外部圧 + 3〜 5匪 Aq、 ポロン濃度 ： 6 Ong/m3) 内に 2時間放置 した場合の放置時間とゥエーハ表面のポロンの付着量の関係を S I M S (装置 ： I M S— 4 F、 メーカー ： 仏力メカ社） を用いて調べ、 図 1 2 に示した。 図 1 2から明らかなように、 放置時間が 1時間を越えると、 ボロンの付着量が飽和状態となることを確認した。
(実験例 3 )
室内雰囲気中のボロン濃度を 5、 1 0、 3 0及び 6 0 ng/m3の 4段階に 変化させた点を除いて実験例 2の雰囲気と同一条件のク リーンルーム内 に実験例 2 と同様のゥエ ーハを 2時間放置し、 それそれの場合のゥエ ー ハ表面のポロンの付着量 （atoms/cm2) を実験例 2と同様に S I M Sを用 いて測定し、 両者の間の関係を図 1 3に示すように定量的に把握した。 図 1 3に明示されるように、 環境雰囲気中のポロン濃度を 1 5ng/m:i以下 とすれば、 ゥェ一ハ表面のポロン付着量が 1 x 1 0 1 Batoms/cni2以下に抑制 されることがわかった。
以上の実施例および比較例ではボロンが比較的低濃度に ドーブされた p型シリコンゥエーハを用いたが、 本発明はこれに限らずリ ンゃヒ素、 アンチモン等を ド一ブした n型のシリコンゥェ一ハでも本発明は有効で ある。 産業上の利用可能性
以上述べたごと く、 本発明のシリコンゥエーハ及びシリコンェピタキ シャルゥヱ一ハでは、 表面、 P B S膜、 基板単結晶シリコン、 P B S膜 と C V Dシリコン酸化物膜、 基板単結晶シリコンとェピタキシャル層と の界面のボロン汚染量が所定濃度以下に抑制されているため、 品質が安 定し、 デバイス特性に悪影響を与えることがないという効果が達成され る。
本発明のシリコンゥエーハの製造方法及びシリコンェピタキシャルゥ ェ一ハの製造方法によれば、 本発明の品質の安定したシリコンゥエーハ 及びシリコンェピタキシャルゥェ一ハを安価でかつ効率よ く製造できる 利点がある。
本発明の雰囲気調整設備及びクリーンルームによれば、 雰囲気及びク リーンルーム雰囲気中のポロン濃度が所望濃度以下に制御されているの で、 ゥヱーハ上へのボロン付着を極めて低く抑えることができる。 また 、 本発明のク リーンルーム用空調設備によれば、 ク リーンルーム雰囲気 中のボロン濃度を大幅に低減することができ、 ボロンによる汚染を抑制 した各種のシリコンゥェ一ハ、 あるいはェピタキシャルゥエーハを安定 して生産できるという効果が達成される。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 表面の付着ボロンの量が 1 x 1 0 atoms/cm2以下であることを特徴と するシリコンゥエーハ。
2. 深さ 0.5 m迄の表面層内におけるボロン濃度の該表面層直下のバル クシリコン中のボロンの濃度に対する増分が 1 x 1 015atoms/cin3以下であ ることを特徴とするシリコンゥエーハ。
3. 多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅 1 mの界面 近傍層内におけるポロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボ ロン濃度に対する増分が 1 x 1 015atoms/cm3以下である多結晶層を一方の 主面に有することを特徴とするシリコンゥェ一ハ。
4. 単結晶シリコン基板の背面に多結晶シリ コン層を有するシリ コンェ ビタキシャルゥェ一八であって、 基板の単結晶シリコンと多結晶シリコ ン層の界面を含む幅 1 mの界面近傍層内におけるボロン濃度の該近傍 層に外接する基板シリコン中のボロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 ,5atom s/cm3以下であることを特徴とするシリコンェピタキシャルゥェ一ハ。
5. C VDシリコン酸化物膜との界面近傍 0.5〃 m内の単結晶シリコン層 中のポロン濃度の該層に接するバルクシリコン中のポロン濃度に対する 増分が 1 X 1 0 atoms/cm3以下である C V Dシリコン酸化物膜を一方の主 面に有することを特徴とするシリコンゥエーハ。
6. 基板の背面に C V Dシリ コン酸化物膜を有するシ リ コ ンェピタキシ ャルゥェ一ハであって、 CVDシリコン酸化物膜との界面近傍 0.5 m内 の単結晶シ リ コン基板中のポロン濃度の該層に接する基板シリコン中の ポロン濃度に対する増分が 1 X 1 0 atoms/cm3以下であることを特徴とす るシリコンェピ夕キシャルゥェ一ハ。
7 · 多結晶層の少なく とも一部におけるポロン濃度が 5 X 1 0 '^atoms/cm3 以下である多結晶層を背面に有するこ とを特徴とする請求項 3記載のシ リコンゥエーハ。
8. 多結晶層の少なく とも一部におけるポロン濃度が 5 x 1 0 "atoms/cm3 以下である多結晶層を背面に有することを特徴とする請求項 4記載のシ リコンェピ夕キシャルゥェ一ハ。
9. 単結晶シリコン層の一方の主面に多結晶シリコン層と該多結晶シリ コン層上に C V Dシリコン酸化物膜を有するシリコンゥェ一ハであつて 、 多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅 1 χ mの界面近 傍層内におけるポロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のポロ ン濃度に対する増分が 1 X 1 015atoms/cm3以下であり、 シリ コン酸化物膜 と多結晶シリコン層との界面を含む幅 0.5//mの界面近傍多結晶シリコン 層中のポロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリ コン 中のボロン濃度に対する増分が 1 X 1 015atoms/cm3以下であることを特徴 とするシリコンゥェ一ハ。
1 0. 基板の背面に多結晶シ リ コン層と該多結晶シリ コン層上に C VD シリコン酸化物膜を有するシリコンェピタキシャルゥェ一ハであって、 多結晶シリコン層と単結晶シリコン層の界面を含む幅 1 mの界面近傍 層内におけるポロン濃度の該界面近傍層に外接するシリコン中のボロン 濃度に対する増分が 1 x 1 0 atoms/cm3以下であり、 シリコン酸化物膜と 多結晶シリコン層との界面を含む幅 0.5 mの界面近傍多結晶シリコン層 中のポロン濃度の該近傍多結晶シリコン層に外接する多結晶シリ コ ン中 のポロン濃度に対する増分が 1 x 1 0 atoms/cnr'i以下であることを特徴と するシリコンェピ夕キシャルゥェ一ハ。
1 1. 単結晶シリコンバルク中のポロンの濃度が 1 x 1 0 atoms/cm3以下 であることを特徴とする請求項 1〜 3、 5、 7及び 9のいずれか 1項記 載のシリ コンゥェ一ハ。
1 2 . 基板中のボロンの濃度が 1 X 1 0 "atoms/ cm3以下であることを特徴 とする請求項 4、 6、 8及び 1 0のいずれか 1項記載のシリコンェピ夕 キシャルゥエーハ。
1 3 . 請求項 1 〜 3、 5、 9及び 1 1のいずれか 1項記載のシリコンゥ エーハを製造するにあたり、 ボロン濃度が 15ng/m3以下の雰囲気で当該シ リコンゥエー八の処理、 保管等の取り扱いを行う ことを特徴とするシリ コンゥエーハの製造方法。
1 4 . 請求項 4、 6、 8、 1 0及び 1 2のいずれか 1項記載のシリコン ェピタキシャルゥェ一ハを製造するにあたり、 ポロン濃度が 15ng/ni3以下 の雰囲気で当該シリコンェビタキシャルゥエーハの処理、 保管等の取り 扱いを行う ことを特徴とするシリコンェビタキシャルゥェ一八の製造方 法。
1 5 . 請求項 3、 7及び 9のいずれか 1項記載のシリコンゥエーハを製 造するにあたり、 多結晶シリコン層の形成をポロン濃度が I Sng/ni3以下の 雰囲気で行うことを特徴とするシリコンゥェ一ハの製造方法。
1 6 . 請求項 4、 8、 1 0及び 1 2のいずれか 1項記載のシリ コンェビ 夕キシャルゥェ一ハを製造するにあたり、 多結晶シリコン層の形成をボ ロン濃度が 15ng/m3以下の雰囲気で行うことを特徴とするシリコンェピ夕 キシャルゥヱ一ハの製造方法。
1 7 . 請求項 5、 9及び 1 1のいずれか 1項記載のシ リ コンゥェ一ハを 製造するにあたり、 C V Dシリコン酸化物膜の成膜をポロン濃度が 15ng/ nr1以下の雰囲気で行うことを特徴とするシリコンゥエーハの製造方法。
1 8 . 請求項 6、 1 0及び 1 2のいずれか 1項記載のシ リ コンェビタキ シャルゥヱーハを製造するにあたり、 C V Dシリコン酸化物膜の成膜を ポロン濃度が 15ng/m:i以下の雰囲気で行うことを特徴とするシリコンェピ 夕キシャルゥェ一ハの製造方法。
1 9. 請求項 3、 7、 9及び 1 1のいずれか 1項記載のシリコンゥエー ハを製造するにあたり、 ポロンの付着量を 1 x 1 0 atoms/cm2以下に抑制 した表面に多結晶層を形成することを特徴とするシリ コ ンゥエー八の製 造方法。
2 0. 請求項 4、 8、 1 0及び 1 2のいずれか 1項記載のシリ コンェピ タキシャルゥェ一ハを製造するにあたり、 ボロンの付着量を 1 x 1 010ato ms/cm2以下に抑制した表面に多結晶層を形成することを特徴とするシリコ ンェビタキシャルゥエーハの製造方法。
2 1. 雰囲気中のボロン濃度を 15ng/m3以下とすることを特徴とする雰囲 気調整設備。
2 2. 雰囲気中のボロン濃度が 15ng/m3以下であることを特徴とするクリ —ンルーム。
2 3. ボロンレスフィル夕とボロン吸着フィルタを有する空調機と、 ボ ロンレスフィルタを有する 1 または複数のゥエーハ処理装置とを有し、 雰囲気ガスが該空調機と該ク リーンルームと該ゥヱ一ハ処理装置の間を 循環するように構成されたことを特徴とするクリーンルーム用空調設備
24. ボロンレスフィル夕とポロン吸着フィル夕を有することを特徴と する請求項 2 3記載のクリーンルーム用空調設備。
2 5. ゥエーハ処理装置の内圧がク リーンルーム内圧より高く、 該ク リ ーンルーム内圧が外部圧よ り高く調整されていることを特徴とする請求 項 2 3又は 24記載のクリーンルーム用空調設備。
2 6. 請求項 1〜 1 2のいずれか 1項記載のゥヱ一ハを製造するにあた り、 請求項 2 3〜 2 5のいずれか記載のク リーンルーム用空調設備を用 いて実施することを特徴とするゥエー八の製造方法。
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