JP2001253797A - 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 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主表面が｛１１０｝面であるシリコンエピタ
キシャルウェーハを製造するに際して、エピタキシャル
ウェーハの主表面の周辺部に円環上に発生する面荒れを
効果的に防止する。 【解決手段】 面方位が略｛１１０｝であるシリコン単
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
成長させることによりシリコンエピタキシャルウェーハ
を製造する方法において、シリコン単結晶基板として、
主表面のオフアングルが｛１１０｝から０．５°以上７
゜以下のものを使用することにより、シリコンエピタキ
シャルウェーハ主表面の周辺部の面粗さが中心部の面粗
さの１．１倍以下となるようにシリコンエピタキシャル
層を成長させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。

【０００２】

【従来の技術】シリコンエピタキシャルウェーハは、シ
リコン単結晶基板の主表面上にシリコンエピタキシャル
層を1層以上気相エピタキシャル成長することにより製
造される（以下、シリコンエピタキシャル層を単にエピ
タキシャル層ともいう）。シリコンエピタキシャルウェ
ーハの製造には、主表面の面方位が｛１００｝あるいは
｛１１１｝のシリコン単結晶基板が通常用いられるが、
例えば半導体圧力センサの製造においては、主表面の面
方位が｛１１０｝のシリコン単結晶基板を用いることが
ある。

【０００３】しかしながら、上記のような主表面が｛１
１０｝のシリコン単結晶基板には、低欠陥のエピタキシ
ャル層を成長するのが容易でないことが知られている。
その主たる理由は、｛１１１｝双晶（twin）の基底面や
転位のすべり面が、エピタキシャル層が成長する｛１１
０｝面と垂直であることから、無転位の単結晶を育成し
にくい点にある。

【０００４】例えば、特開平４−３２０３７９号公報に
は、主表面の面方位が（１１０）のシリコン単結晶基板
を半導体圧力センサの製造に用いることが開示されてい
る。この公報によると、バイポーラトランジスタを含む
半導体集積回路をシリコン単結晶基板上に搭載すれば、
半導体圧力センサの小型化が可能となるが、このバイポ
ーラトランジスタの製造にはシリコン単結晶基板の主表
面上にエピタキシャル層を形成する必要があり、このエ
ピタキシャル層の結晶欠陥を減らすには、主表面を（１
１０）面に対し数度程度、より具体的には３°傾けたい
わゆるオフアングルを持つシリコン単結晶基板を用いる
必要があると開示されている。

【０００５】ただし、上記公報においては、主表面の面
方位が（１１０）丁度のシリコン単結晶基板上にエピタ
キシャル層を形成するとどんな結晶欠陥が発生するのか
については、具体的な開示が全くない。 そこで本発明
者らが調査した結果、主表面の面方位が（１１０）丁度
のｐ型シリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を形成
すると、そのエピタキシャル層の表面に、楕円状表面欠
陥が２０ケ／ウェーハ程度発生することがわかった。そ
してこれをジルトル（Sirtl）エッチング液を用いて選
択エッチングすると、前記楕円状の表面欠陥の中心部に
積層欠陥（SF:Stacking Fault）の発生が確認された。
積層欠陥は、デバイス形成時にｐ−ｎ接合リークを引き
起こすことがあるので好ましくない。

【０００６】また、主表面の面方位が（１１０）から最
近接の［１１１］軸方向に３０’すなわち０．５°オフ
アングルされたシリコン単結晶基板を用いる以外は上記
と同じ条件でエピタキシャル層を形成すると、そのエピ
タキシャル層の表面に、面方位が（１１０）丁度の場合
よりも長さが半分程度に縮小された楕円状表面欠陥が発
生することがわかった。そしてこれを選択エッチングす
ると、やはり楕円状の表面欠陥の中心部に積層欠陥の発
生が確認された。

【０００７】ここで、オフアングルは、ＳＥＭＩ（Semi
conductor Equipment and MaterialsInternational）Ｓ
ＴＡＮＤＡＲＤＳ １９７８，１９９８／ Ｍ１−０２９
８に規定された垂直方位ずれ（orthogonal misorientat
ion）を意味するものとする。

【０００８】さらに、主表面の面方位が（１１０）から
最近接の［１１１］軸方向に３°オフアングルされたシ
リコン単結晶基板を用いる以外は上記と同じ条件でエピ
タキシャル層を形成すると、そのエピタキシャル層の表
面に楕円状表面欠陥は発生せず、積層欠焔のみの発生が
確認された。

【０００９】これら一連の調査結果において、エピタキ
シャル層に発生する楕円状表面欠陥はオフアングルが大
きくなるにつれて縮小し、３°のオフアングルでほぼ消
滅することより、前記公報に記載されたエピタキシャル
層の結晶欠陥は、楕円状表面欠陥を伴った積層欠陥であ
ることがわかる。前記したように、積層欠焔はデバイス
形成時にｐ−ｎ接合リークを引き起こすことがあるが、
不良になるのは積層欠陥の発生しているチップのみであ
り、シリコンエピタキシャルウェーハ全体が不良になる
わけではないので、オフアングルが０°すなわち主表面
の面方位が （１１０）丁度であっても使用可能である
と考えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの調査にお
いて、面方位が（１１０）丁度のシリコン単結晶基板の
主表面上にエピタキシャル層を形成すると、図２に示す
ように、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ１
の主表面の周辺部において約１ｃｍの幅でヘイズ（Haz
e）と呼ばれる表面状態が円環状に発生することがわか
った。ここで、周辺部とはシリコンエピタキシャルウェ
ーハの主表面の外周縁部のことをいうが、面取り部は除
く。ヘイズは、エピタキシャル層の表面に発生した面荒
れであり、暗室内で集光ランプ等を用いて観察すると光
が乱反射して白く曇って見える。そして、前記したＳＥ
ＭＩ Ｍ１−０２９８の表１に規定された標準欠陥限度
において、へイズの最大欠陥限度は「なし」となってい
ることから、強いへイズが円環状に発生しているシリコ
ンエピタキシャルウェーハは不良品とみなされてしま
う。

【００１１】本発明の課題は、主表面の面方位が略｛１
１０｝であるシリコンエピタキシャルウェーハを製造す
るに際して、エピタキシャル層の周辺部に円環状に発生
する面荒れを効果的に防止できる方法と、それによって
製造されるシリコンエピタキシャルウェーハとを提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、本発明のシリコンエピタキシャル
ウェーハの製造方法は、面方位が略｛１１０｝であるシ
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ことによりシリコンエピタキシャル
ウェーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶
基板として、前記主表面のオフアングルが｛１１０｝か
ら０．５°以上７゜以下のものを使用することによりシ
リコンエピタキシャルウェーハ主表面の周辺部の面粗さ
が中心部の面粗さの１．１倍以下となるようにシリコン
エピタキシャル層を成長させることを特徴とする。ここ
で、「面方位が略｛１１０｝である」とは、面方位が
｛１１０｝から例えば数度程度傾いていてもよいという
ことを意味する。

【００１３】また、本発明のシリコンエピタキシャルウ
ェーハは、｛１１０｝面から０．５°以上７゜以下のオ
フアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上に厚
さ３０μｍ以上のシリコンエピタキシャル層が形成され
てなり、かつ、該シリコンエピタキシャル層の周辺部の
面粗さが、中心部の面粗さの１．１倍以下であることを
特徴とする。

【００１４】本発明によると、主表面の面方位が略｛１
１０｝のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する際
に、シリコン単結晶基板の主表面に０．５°以上７゜以
下のオフアングルを施しておくことにより、形成される
エピタキシャル層の周辺部において、円環状の面荒れが
発生することを極めて効果的に抑制することができる。
この円環状の面荒れは、エピタキシャル層の厚さが３０
μｍ以上のときに顕在化する。本発明において、エピタ
キシャル層の厚さに特に上限はないが、２００μｍを超
える厚さにエピタキシャル層を気相成長することは実質
的にない。なお、オフアングルが７゜を超えるシリコン
単結晶基板について、本発明の効果が得られるかどうか
を未だ確認できていない。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図１は、本発明に係るシリコンエピタキシ
ャルウェーハの製造工程の一例を概略的に示す模式図で
ある。まず、ＦＺ法あるいはＣＺ法等の公知の方法に
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。こうして得られる単結晶インゴットは、一
定の抵抗率範囲のブロックに切断され、さらに外径研削
が施される。外径研削後の各ブロックには、オリエンテ
ーションフラットあるいはオリエンテーションノッチが
形成される。このように仕上げられたブロックは、図１
（ａ）に示すように、内周刃切断等のスライサーによ
り、主表面が｛１１０｝に対して０．５゜以上０．７゜
以下のオフアングルが生ずるようにスライシングされ
る。スライシング後のシリコン単結晶基板の両面外周縁
にはベベル加工により面取りが施される。

【００１６】面取り終了後のシリコン単結晶基板は、図
１（ｂ）に示すように、遊離砥粒を用いて両面がラッピ
ングされ、ラップウェーハとなる。次に、図１（ｃ）に
示すように、そのラップウェーハをエッチング液に浸漬
することにより、両面が化学エッチング処理される。化
学エッチング工程は、先行する機械加工工程においてシ
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工程の後に、鏡面
研磨工程が行われる。この工程は、例えば、図１（ｄ）
に示す片面研磨法で行うことができる。具体的には、回
転研磨ブロックにワックス等でシリコン単結晶基板を貼
り付け、研磨クロスを接着した回転研磨定盤上に、所定
の圧力にて押し付ける。そして、研磨クロスに、例えば
ＳｉＯ_２を主成分としたアルカリ性コロイダルシリカ等
の研磨液を供給しながら定盤を回転させ、研磨を行う。
この研磨は、コロイダルシリカ等を砥粒とした機械的研
磨と、アルカリ液による化学エッチングとの複合作用に
よる、いわゆる機械的化学的研磨である。これにより、
シリコン単結晶基板は、主表面の面粗さがＲＭＳ（Root
Mean Square）表示で０．３ｎｍ以上１．２ｎｍ以下の
鏡面ウェーハとされる。

【００１７】なお、ＲＭＳ表示による面粗さＱは、原子
間力顕微鏡によるウェーハ主表面の３次元形状プロファ
イル測定において、測定面積を１μｍ×ｌμｍ（高さ方
向をｚとするｘ−ｙ−ｚ直交座標系を設定したときに、
ｘ−ｙ平面への投影面積にて表す）とし、測定点毎の高
さ方向座標測定値をＺ、その平均値をＺm、全測定点に
ついての（Ｚ−Ｚm)^２の和をΣ（Ｚ−Ｚm)^２として、こ
れを測定点数Ｎにて除した値の平方根： Ｑ＝｛（１／Ｎ）×Σ（Ｚ−Ｚm)^２｝^１／２‥‥‥ を意味する。また、以下においては、上記原子間力顕微
鏡によるウェーハ主表面の３次元形状プロファイルに基
づく以下の粗さパラメータも使用する。・絶対偏差平均
粗さＲａ Ｒａ＝（１／Ｎ）×Σ｜Ｚ−Ｚm｜‥‥‥ ・Ｐ−Ｖ（peak to valley）値 （Ｐ−Ｖ値）＝Ｚmax−Ｚmin‥‥‥ ただし、Ｚmaxは全測定点についてのＺの最大値、Ｚmin
は同じく最小値である。

【００１８】主表面が鏡面研磨されたシリコン単結晶基
板は、洗浄後、その主表面上に水素雰囲気中でエピタキ
シャル層が気相成長されて、主表面の周辺部の面粗さが
中心部の面粗さの１．１倍以下となるシリコンエピタキ
シャルウェーハが得られる。

【００１９】以下、本発明の効果を確認するために行っ
た実験結果について説明する。まず、主表面の面方位が
（１１０）丁度、主表面の面方位が（１１０）から最近
接の［１１１］軸方向に０．５°のオフアングル、ある
いは３°のオフアングルを有する、直径１５０ｍｍのｐ
型シリコン単結晶基板を準備した。続いて、原料ガス
としてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を用い、水素
雰囲気中にて１１３０℃の反応温度で、上記３種類のシ
リコン単結晶基板上に厚さ約７５μｍのエピタキシャル
層を形成した。成長速度は上記３種類のシリコン単結晶
基板について１．２５μｍ／分で行ったが、主表面の面
方位が（１１０）丁度のシリコン単結晶基板についての
み、成長速度の影響を調べるために、さらに、０．２μ
ｍ／分と０．３μｍ／分の成長速度でも行った。通常、
エピタキシャル層の成長速度を小さくすると、へイズの
レベルが改善されるからである。

【００２０】得られたシリコンエピタキシャルウェーハ
の主表面の中心部と周辺部について、へイズの発生状態
を暗室内で照度２０万lxのハロゲンランプを用いて観察
した。また、シリコンエピタキシャルウェーハの主表面
の中心部と周辺５ｍｍにおける面荒れの状態をＷＹＫＯ
社製非接触表面形状測定器ＴＯＰＯ−３Ｄ（原子間力顕
微鏡である）を用いて測定した。なお、測定した粗さパ
ラメータは、前述のＱ、Ｒａ及びＰ−Ｖ値である。測定
結果を表1に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】この結果によると、主表面の面方位が（１
１０）丁度のシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を
気相成長した場合には、成長速度を小さくすることによ
り、シリコンエピタキシャルウェーハの主表面の中心部
に見られた比較的弱い面荒れは改善されたが、周辺部に
見られた強い面荒れは改善されなかった。この面粗さを
中心部と周辺部で比較すると、周辺部の面粗さは中心部
の約２倍ないし７倍の大きさがあった。この周辺部に見
られる強い面荒れは、ハロゲンランプを用いると強いヘ
イズとして観察され、シリコンエピタキシャルウェーハ
の面取り部の内縁から約１ｃｍの範囲に円環状に発生す
る。この強いヘイズは、不良品とみなされるレベルであ
る。

【００２３】しかし、主表面の面方位が（１１０）から
０．５°あるいは３°のオフアングルを有するシリコン
単結晶基板にエピタキシャル層を気相成長した場合に
は、成長速度が１．２５μｍ／ 分であっても、周辺部
の面粗さは前述のＱ、Ｒａ及びＰ−Ｖ値の全てにおいて
中心部とほぼ同等であり、周辺部の面粗さを中心部の面
粗さの１．１倍以下にすることができた。そして、ハロ
ゲンランプを用いてシリコンエピタキシャルウェーハの
主表面を観察すると、弱いヘイズは見えるものの円環状
の強いヘイズは見えず、不良品にならないレベルであっ
た。

【００２４】さらに、オフアングルをかけることのでき
る７°までについて検討を進めた結果、（１１０）面か
ら０．５°以上７°以下のオフアングル範囲では、エピ
タキシャル層の周辺部の面粗さを中心部の面粗さの１．
１倍以下にすることができることがわかった。ただし，
オフアングルを付けたシリコン単結晶基板にエピタキシ
ャル層を気相成長するのみでは、周辺部の面粗さが中心
部の面粗さの０．８倍より小さくなることはなかった。

【００２５】本実施例において、オフアングルは（１１
０）の面方位から最近接の［１１１］軸方向に傾けた
が、（１１０）の面方位から他の軸方向に傾けた場合で
も、オフアングルが０．５°以上であれば、円環状の強
いヘイズの発生を防止することができ、エピタキシャル
層の 周辺部の面粗さを中心部の面粗さの１．１倍以下
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハ
の製造方法の主要工程を模式的に示す説明図。

【図２】面方位が（１１０）丁度のシリコンエピタキシ
ャルウェーハに発生する円環状のヘイズを模式的に示す
説明図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉澤 修 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越半 導体株式会社磯部工場内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 AB02 BA04 DA01 DB01 ED05 ED06 FG11 FG16 HA12 TK06 5F045 AA03 AB02 AC05 AD15 AF03 AF13 BB12 DA67

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面方位が略｛１１０｝であるシリコン単
   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
   成長させることによりシリコンエピタキシャルウェーハ
   を製造する方法において、前記シリコン単結晶基板とし
   て、前記主表面のオフアングルが｛１１０｝から０．５
   °以上７゜以下のものを使用することにより、シリコン
   エピタキシャルウェーハ主表面の周辺部の面粗さが中心
   部の面粗さの１．１倍以下となるようにシリコンエピタ
   キシャル層を成長させ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。
2. 【請求項２】 前記シリコンエピタキシャル層は、厚さ
   が３０μｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の
   シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 【請求項３】 ｛１１０｝面から０．５°以上７゜以下
   のオフアングルを有するシリコン単結晶基板の主表面上
   に厚さ３０μｍ以上のシリコンエピタキシャル層が形成
   されてなり、かつ、該シリコンエピタキシャル層の周辺
   部の面粗さが、中心部の面粗さの１．１倍以下であるこ
   とを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハ。