JP2012114138A - シリコンウェーハのエピタキシャル成長方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面におけるボロン量を抑えるのに好適なエピタキシャル成長方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶をスライス１１して得られたスライスウェーハをラッピング又は研削１１し化学エッチング１２し鏡面研磨１３し洗浄１４した後保管１６されたボロンがウェーハに付着したシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長する方法において、保管１６されたシリコンウェーハをＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液で洗浄１７し、洗浄１７したシリコンウェーハをエピタキシャル成長装置内に搬入１８し、搬入１８したシリコンウェーハの表面に１０００〜１２００℃の温度で塩化水素ガスを流して、エッチング取り代が０．１〜０．５μｍとなるようにウェーハ表面の気相エッチング１９を行い、続いて成長装置内に原料ガスをキャリアガスとともに流して気相エッチングされたウェーハ表面にエピタキシャル層を形成２０する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンエピタキシャル技術に関し、更に詳しくは、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面におけるボロン量を抑えるのに好適なシリコンウェーハのエピタキシャル成長方法に関するものである。

高温熱処理を伴うデバイス製造プロセスにおいて、シリコンウェーハはデバイス特性に悪影響を及ぼす遷移金属等の不純物に汚染される。この不純物をシリコンウェーハ表面から除去するために、ウェーハ裏面に化学的気相成長法（ＣＶＤ法）により１〜２．０μｍの厚さのポリシリコン層を形成して、このポリシリコン層をＥＧ（Ｅｘｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）層とする裏面ゲッタリング処理等が行われる。一方、シリコンウェーハを基板とし、この基板上に任意の膜厚、抵抗率の単結晶シリコン層を形成するシリコンエピ技術が高性能デバイスを製造するために不可欠になってきている。エピタキシャルウェーハは、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＬＳＩ等の集積回路の製造に利用される。エピタキシャルウェーハの製造では、エピタキシャル層を所定の厚さに一様に成長させ、かつ抵抗率が均一になるように形成されることが重要となる。このシリコンエピ技術により作られるエピタキシャルウェーハにも不純物除去のためにその裏面に予めＥＧ層を形成するといった対策がなされている。

一方、デバイス製造プロセス以外の工程における不純物による汚染も問題となる。例えば、エピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル層を形成するエピタキシャルプロセスにおいて不純物が混入したり、或いはエピタキシャル層を形成する前の基板、即ちシリコンウェーハに付着した不純物の洗浄が十分に行われておらず、結果的に不純物が混入するといった場合がある。また、シリコン単結晶から加工されたシリコンウェーハにエピタキシャル層を積層するまでの間、保管されていたシリコンウェーハに不純物が付着することがある。エピタキシャルウェーハの製造では、シリコン単結晶からスライス、ラッピング又は研削、化学エッチング、洗浄等の工程を経てシリコンウェーハに加工するまでの工程と、この加工されたシリコンウェーハにエピタキシャル層を成長させる工程が別の工場等で行われることが一般的である。

シリコンウェーハに付着する不純物のうち、３Ｂ族元素の中の特にボロンは、シリコンにＰ型導電性を付与し、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一方、ウェーハ表面に不純物として付着したボロンは熱処理工程中にシリコンウェーハ内部に拡散する。ボロンはシリコンウェーハを取り扱う雰囲気やウェーハの熱処理で用いられる装置又はその他の装置や、材料等から主に発生する。ボロンがウェーハ内部に拡散すると、ウェーハにおける電気的特性に大きな影響を及ぼす。

エピタキシャルウェーハでは、上述のように基板の洗浄が不十分となり、シリコンウェーハ表面のボロンが十分除去されないままエピタキシャル成長を行い、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面にボロンが多く残存すると、シリコンウェーハとエピタキシャル層の界面における抵抗率がシリコンウェーハ、エピタキシャル層よりも極端に低く又は高くなるボロンディップと呼ばれる現象が生じる。例えば、ボロン等をドープしたＰ型のシリコンウェーハ（Ｐ型半導体）を基板とするエピタキシャルウェーハでは、図４、図９に示すように、シリコンウェーハ、エピタキシャル層よりも極端に低くなるボロンディップが生じる。一方、砒素等をドープしたＮ型のシリコンウェーハ（Ｎ型半導体）を基板とするエピタキシャルウェーハでは、図４〜図６のように、シリコンウェーハ、エピタキシャル層よりも極端に高くなるボロンディップが生じる。エピタキシャルウェーハにおいて、このボロンディップが存在すると、デバイス形成後にリーク不良、キャリア濃度のプロファイル異常、エピタキシャル層の抵抗異常といったデバイス特性不良が生じ、目的のデバイス特性が得られない場合がある。このような理由から、エピタキシャル成長を行う前のシリコンウェーハ表面に付着するボロンによる汚染を極力防止することが求められている。

シリコンウェーハ表面に付着するボロンの除去には、フッ酸が効果的であることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に係る発明では、加工後のシリコンウェーハを、クリーンルーム中で待機、保管する際、これに先立って、フッ酸又は界面活性剤を含んだフッ酸によるフッ酸処理を最終工程として洗浄処理を行っている。フッ酸洗浄を行ったウェーハ表面は撥水性になるため、ボロンの除去が十分に行われるとともに、その後のウェーハ表面にボロンが新たに付着するのを防止する効果も得られると考えられている。そのため、エピタキシャルウェーハの製造過程においても、図２に示すように、スライス１０、ラッピング又は研削１１、化学エッチング１２、鏡面研磨１３、洗浄工程１４を経て加工された後、長期保管１６されていたシリコンウェーハにエピタキシャル層を成長する際、前洗浄２７としてＳＣ１洗浄（Ｈ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液を用いた洗浄）の他にフッ酸による洗浄を併用するといった対策が検討されている。

その一方で、エピタキシャル成長の前洗浄として湿式洗浄を行うと、エッチングムラによりウェーハ表面に荒れやダレが発生したり、表面汚れが残る等の不具合が生じることが問題となっている。また、フッ酸で洗浄を行うとウェーハ表面が撥水性になるため、その後の乾燥が不十分になり、乾燥ムラが生じてウェーハにシミやパーティクルが残ったり、或いはエピタキシャル成長の際にエピタキシャル欠陥が発生する等の不具合が生じる。こういった、前洗浄として湿式洗浄を行うことによる不具合を解消するために、機械的加工にともなう加工歪みを除去するウェットエッチングを行った半導体基板が保管、輸送等で長期間経過した後、直前にウェット処理による前洗浄を行うことなく、基板を化学的気相成長装置にセットし、成長装置内でガスによる気相エッチング処理を行い、引き続き結晶成長を行うエピタキシャル成長方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００８−１１２８９２号（請求項１） 特開平０８−８３７６９号（請求項１、段落［０００６］）

しかしながら、上記特許文献２に示された発明では、ＧａＡｓ等の化合物半導体基板を対象とする方法であり、鏡面研磨を行わずに保管される。このため、基板表面の経時変化が起こりやすく、気相エッチングの際の取り代を比較的大きくせざるを得ない。一方、シリコンウェーハの基板では、このように気相エッチングの際の取り代を大きくするとシリコンウェーハ表面に面荒れを起こし、エピタキシャル成長後のエピタキシャルウェーハ表面における平坦度や平行度を大きく損なうことがある。また、気相エッチングの際の温度が適切でないことから、特に、シリコンウェーハにおけるボロンの除去を十分に行うことができない。更に、数ミクロン以上の比較的大きな異物については、気相エッチングでは除去が不可能であり、このような異物が付着したままエピタキシャル成長を行うとエピタキシャル欠陥を引き起こす原因となる。

本発明の目的は、特にシリコンウェーハとエピタキシャル層との界面におけるボロン量を抑えるのに好適なシリコンウェーハのエピタキシャル成長方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、棒状のシリコン単結晶をスライスして得られたスライスウェーハをラッピング又は研削し化学エッチングし鏡面研磨し洗浄した後保管されたボロンがウェーハに付着したシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長する方法において、保管されたシリコンウェーハをＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液で洗浄し、混合液で洗浄されたシリコンウェーハをエピタキシャル成長装置内に搬入し、成長装置内に搬入したシリコンウェーハの表面に１０００〜１２００℃の温度で塩化水素ガスを流して、エッチング取り代が０．１〜０．５μｍとなるようにウェーハ表面の気相エッチングを行ってウェーハ表面に付着したボロンを除去し、引き続いて成長装置内に原料ガスをキャリアガスとともに流して気相エッチングされたウェーハ表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に保管されたシリコンウェーハの抵抗率が１Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。

本発明の第１の観点の方法では、シリコンウェーハ加工後、保管されたボロンがウェーハに付着したシリコンウェーハの上面にエピタキシャル成長する方法において、エピタキシャル成長の前洗浄として、Ｈ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液による洗浄、洗浄したシリコンウェーハのエピタキシャル成長装置内への搬入、成長装置内に搬入されたシリコンウェーハの表面に１０００〜１２００℃の温度で、塩化水素ガスを流してエッチング取り代が０．１〜０．５μｍとなるようにウェーハ表面に気相エッチングを行ってウェーハ表面に付着したボロンの除去を行う。このように、従来、エピタキシャル成長後のシリコンウェーハ、即ちエピタキシャルウェーハにおけるボロン濃度を低減させるため、エピタキシャル成長の前洗浄として行っていたＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液とフッ酸洗浄を、Ｈ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液による、いわゆるＳＣ１洗浄のみで行い、更に上記所定の温度及び所定の取り代で塩化水素ガスによる気相エッチングを行う。これにより、製造後のエピタキシャルウェーハにおいて、基板となるシリコンウェーハとエピタキシャル層の界面のボロン量が大幅に低減できる。更に、湿式のフッ酸洗浄を行わずにＳＣ１洗浄のみで前洗浄を行うため、ウェー表面が親水性になり、乾燥ムラを生じない。この結果、乾燥ムラに起因するパーティクル発生等の不具合を解消することができる。

本発明実施形態のエピタキシャル成長方法の工程順を示すフローチャートである。 従来のエピタキシャル成長方法の工程順を示すフローチャートである。 本発明実施形態の方法により抵抗率が１００Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率又はキャリア濃度との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が１００Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率及びキャリア濃度との関係を示す図である。 別の例の従来法により抵抗率が１００Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率及びキャリア濃度との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が６Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が１５Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が０．００１Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が１２Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が０．００６Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率との関係を示す図である。 従来法により抵抗率が０．０４Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハにエピタキシャル成長を行ったエピタキシャルウェーハにおけるウェーハ表面からの深さと、抵抗率との関係を示す図である。 比較例２においてエピタキシャル成長を行う前のシリコンウェーハの表面性状を示す図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

最初に、エピタキシャルウェーハの基板となるシリコンウェーハの加工方法について説明する。エピタキシャルウェーハの基板、即ちエピタキシャル成長が表面に施されるシリコンウェーハは、一般に、図１の工程１０〜工程１４を経ることにより加工される。

先ず、ＣＺ法（チョクラルスキー法）等によって育成されたシリコン単結晶を、先端部及び終端部を切断してブロック状とし、更に直径を均一にするために外径を研削して円柱状のブロック体とする。特定の結晶方位を示すために、このブロック体にオリエンテーションフラットやオリエンテーションノッチを施す。このプロセスの後、図１に示すように、ブロック体は棒軸方向に対して所定角度をもってスライスされる（工程１０）。

スライスされたウェーハは、ウェーハの周辺部の欠けやチップを防止するためにウェーハ周辺に面取り加工する。この面取りを施すことにより、例えば面取りされていないシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル成長するときに周辺部に異常成長が起こり環状に盛り上がるクラウン現象を抑制することができる。

次いで、ラッピング（機械研磨）又は研削することにより、スライスによって生じたウェーハ表面の凹凸を除去するとともにウェーハ表面の平坦度とウェーハの平行度を高める（工程１１）。ラッピングは、アルミナ或いはシリコンカーバイド砥粒とグリセリンの混合物であるラップ液をラップ定盤とウェーハの間に流し込み加圧下で回転、摺合せによりウェーハ表裏両面を機械的に研磨する方法である。ラッピング又は研削を施したウェーハは洗浄されて次工程へと送られる。

次に、ラッピング又は研削したシリコンウェーハを化学エッチングする（工程１２）。これによりブロック切断、外径研削、スライス、ラッピング又は研削等の機械加工プロセスで生じたウェーハ表面のダメージ層、即ち加工変質層が除去される。エッチャントには、酸エッチャント又はアルカリエッチャントがある。前者はフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ₃）の混酸を、水（Ｈ₂Ｏ）、酢酸（ＣＨ₃ＣＯＯＨ）又はリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）で希釈したエッチャント等であり、Ｓｉは硝酸により酸化されてＳｉＯ₂を生成した後、このＳｉＯ₂がフッ酸により溶解除去される。後者はＫＯＨ又はＮａＯＨ等を水で希釈したエッチャントである。

次に、化学エッチングしたシリコンウェーハ表裏面における表面側のみを鏡面研磨する（工程１３）。この鏡面研磨ではシリコンウェーハ研磨機、レンズ研磨機等により行われる。研磨によりウェーハ表面を１〜１０オングストロームの深さ、好ましくは２オングストローム程度の深さまで磨滅させる。鏡面研磨した後、シリコンウェーハを無機アルカリと過酸化水素との混合液であって、シリコンに対するエッチング速度が１０オングストローム／分以下のもの、例えばＫＯＨ（１質量％）、Ｈ₂Ｏ₂（１容量％）を含む５０℃の混合溶液で洗浄し、次いで１．５％濃度のＨＦ溶液に浸漬し、更に純水で洗浄する（工程１４）。

また、他の方法としては、上記方法と同様にスライス、ラッピング又は研削鏡面した後、ウェーハ表裏両面に鏡面研磨を行う。そして、このシリコンウェーハ表裏面における裏面側のみを化学エッチングする。このエッチング方法としては、ウェーハ裏面側を上面にしてこの裏面側の表面にエッチャントをスピンコーティングする方法、或いはウェーハ裏面側を下面にしてこの裏面側の表面に下からエッチャントシャワーを浴びせる方法等が挙げられる。このエッチャントとしてはエッチング速度が７〜１００μｍ／分であって、表面張力が少なくとも６０ｄｙｎｅ／ｃｍであって、粘性度が１．４〜４．５ｍＰａ・秒である酸エッチャント又はアルカリエッチャントが挙げられる。酸エッチャントを例示すれば、ＨＦ（５０％）：ＨＮＯ₃（７０％）：Ｈ₃ＰＯ₄（８５％）：Ｈ₂Ｏ＝２：１：１：１又は２：１：１：１．５、或いはＨＦ（５０％）：ＨＮＯ₃（７０％）：Ｈ₃ＰＯ₄（８５％）＝２：１：１等がある。更に、この裏面側のみをエッチングしたシリコンウェーハを上述の方法で同様に洗浄する。

このようにして得られたシリコンウェーハは、エピタキシャル成長を行うまでの間、クリーンルーム内において保管される。なお、本発明において、シリコンウェーハの加工方法は上記方法に限定されるものではなく、例えばラッピングと化学エッチングとの間に裏面軽研磨工程等の別の工程を更に含んでもよい。

続いて、上述の方法によって加工され、保管されていたシリコンウェーハにエピタキシャル成長を行う方法について説明する。本発明の方法が効果的なのは、不純物濃度が低く、抵抗率が好ましくは１Ω・ｃｍ以上であって、ノンドープのシリコン結晶の一般的な抵抗率である１０³Ω・ｃｍ以下の高抵抗のシリコンウェーハを基板としてエピタキシャル成長する場合である。更に好ましくは、１Ω・ｃｍ〜２００Ωｃｍである。その理由は、低抵抗のシリコンウェーハには、元々不純物が多く含まれているため、付着したボロンによる影響が小さいからである。保管されていたシリコンウェーハに、先ず、Ｈ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液を用いた、いわゆるＳＣ１洗浄による前洗浄を行う（工程１７）。従来のように、湿式洗浄を完全に省略しない理由は、ＳＣ１洗浄まで省略するとマウンドやスタッキングフォルト（ＳＦ）のようなエピタキシャル欠陥が発生したり、ヘイズのムラ等の不具合が生じるからである。また、ＳＣ１洗浄では、洗浄後のウェーハ表面は親水性になるため、フッ酸洗浄を行ったときのような乾燥ムラを引き起こすことは少ない。このため、パーティクルの発生によるエピタキシャル欠陥が生じるといった不具合を起こす原因にはなり難いからである。また、ここでの前洗浄でフッ酸洗浄を行わない理由は、図２の工程２７に示すようにフッ酸で洗浄を行うとウェーハ表面が撥水性になるため、その後の乾燥が不十分になり、乾燥ムラが生じてウェーハにシミが残ったり、パーティクルが発生したり、或いはエピタキシャル成長の際にエピタキシャル欠陥が発生する等の不具合が生じるからである。

次に、前洗浄を行ったシリコンウェーハをエピタキシャル成長装置内に搬入する（工程１８）。エピタキシャル成長を行う成長装置としては、一般的な枚葉式又はバッチ式のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置が用いられる。そして、シリコンウェーハを搬入した装置内の温度を、気相エッチングを行う１０００〜１２００℃まで昇温させ、Ｈ₂ガスを装置内に流して水素ベーキングを行う（図示しない）。この温度で保持した状態で、濃度が好ましくは０．５以上２％以下の塩化水素ガスを、好ましくは０．５０〜１．０ｓｌｍ（標準リットル毎分）の流量でエッチング速度が０．３０μｍ／分以下になるように水素ガスで希釈し装置内に流して、エッチング取り代が０．１〜０．５μｍとなるようにウェーハ表面の気相エッチングを行う（工程１９）。ここで塩化水素ガスとする理由は、エピタキシャル成長を行う成長装置に使われるガス種の中で塩化水素ガスによるシリコンのエッチング速度が速いためである。また、温度を上記範囲に限定する理由は、図２の工程２９の気相エッチングのように、温度が１０００℃未満では、シリコンウェーハにおけるボロンの除去は十分に行うことができない。また、１２００℃を越えると、シリコンウェーハの表面に面荒れが生じるからである。また、塩化水素ガスの濃度を上記範囲とする理由は、塩化水素ガス濃度が高いとシリコンへのエッチング速度が速すぎて、面内均一性を悪化させる可能性があるため好ましくない。更に、エッチング取り代を上記範囲に限定する理由は、エッチング取り代が０．１μｍ未満では、ボロンの除去が不十分となり、ボロンディップを防ぐ効果が得られず、０．５μｍを越えると、エピタキシャル成長したときのエピタキシャルウェーハ表面における平坦度と平行度が損なわれる場合があるからである。このようにして、ウェーハ表面に付着したボロンを気相エッチングにより除去する。

そして、成長装置内に原料ガスをキャリアガスとともに流し、上記方法により気相エッチングされたウェーハ表面にエピタキシャル層を形成する（工程２０）。エピタキシャル層の形成方法は、特に限定されず、例えば次のような方法で形成することができる。

エピタキシャル層はその結晶性、量産性、装置の簡便さ、種々のデバイス構造形成の容易さなどの観点から、ＣＶＤ法により形成されることが好ましい。ＣＶＤ法によるシリコンのエピタキシャル成長は、例えばＳｉＣｌ₄、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨ₄等のシリコンを含む原料ガスをＨ₂ガスとともに成長装置内に導入して、上記シリコンウェーハの表面に、原料ガスの熱分解又は還元により生成されたシリコンを析出させることで行われる。

具体的には、気相エッチングによる洗浄後のシリコンウェーハを１０５０〜１１５０℃、好ましくは１１００〜１１５０℃の範囲の所定温度で保持した状態でシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成し、このエピタキシャルウェーハを６００〜８５０℃、好ましくは７５０〜８００℃の範囲の所定温度まで５〜２０℃／秒、好ましくは８〜１８℃／秒の速度で降温して、上記エピタキシャルウェーハを成長装置から取出して室温まで自然冷却する。またエピタキシャル層形成後にウェーハを６００〜８５０℃の範囲の所定温度まで５〜２０℃／秒の速度で降温したのは少しでもスループットを稼ぐためである。エピタキシャル形成後は、エピタキシャルウェーハの洗浄を行う（工程２１）。

以上の工程によりエピタキシャル成長を行い製造されたエピタキシャルウェーハでは、エピタキシャル成長を行う前のシリコンウェーハ表面に付着するボロンの除去が十分に成されている。このため、製造後のエピタキシャルウェーハにおいて、シリコンウェーハとエピタキシャル層との界面のボロン量が十分に低減され、図４に示すようなボロンディップを生じさせず、デバイス形成後にリーク不良、キャリア濃度のプロファイル異常、エピタキシャル層の抵抗異常といったデバイス特性不良の不具合を解消することができる。

また、前洗浄としてフッ酸洗浄を行っていないため、エピタキシャル層を形成する前のシリコンウェーハにおいて、乾燥ムラを生じさせることなく、パーティクルの発生を抑制することができる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。

＜実施例１＞
先ず、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をスライスして得られたスライスウェーハに、ラッピング、化学エッチング、鏡面研磨、洗浄した後に保管されていた直径が２０ｍｍ、厚さが７５０μｍであり、抵抗率が１００Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハを用意した。

次に、このシリコンウェーハに、前洗浄としてＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液を用いたＳＣ１洗浄を行った。このＳＣ１洗浄後のシリコンウェーハを枚葉式のＣＶＤ装置に搬入し、装置内の温度を１１５０℃に保持した状態で、Ｈ₂ガスを装置内に流して水素ベーキングを行った後、シリコンウェーハの表面に２％の濃度の塩化水素ガスを１ｓｌｍの流量で流し、エッチング取り代が０．３μｍになるように気相エッチングを行った。

気相エッチング終了後、装置内の温度を１１５０℃に保持したまま、装置内への塩化水素ガスの導入を停止して、Ｈ₂のキャリアガスとともに原料ガスとしてＳｉＨＣｌ₃を装置内へ導入し、大気圧力下、成長温度１１５０℃、成長速度３．０±０．５μｍ／分の条件で、厚さ１０μｍのエピタキシャル層を上記シリコンウェーハ上に形成した。このエピタキシャルウェーハを７５０℃まで降温し、更に室温まで冷却した後に、エピタキシャルウェーハを成長装置から取出した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを実施例１とした。

＜比較例１＞
実施例１と同様に、先ず、スライスウェーハにラッピング、化学エッチング、鏡面研磨、洗浄した後に保管されていた抵抗率が１００Ω・ｃｍ、直径が２００ｍｍ、厚さが７５０μｍのＰ型シリコンウェーハを用意し、このシリコンウェーハに、前洗浄としてＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液を用いたＳＣ１洗浄を行った。続いて、塩化水素ガスによる気相エッチングを行わなかったこと、及びエピタキシャル層の厚さを１０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様に、エピタキシャル層を形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例１とした。

＜比較例２＞
実施例１と同様に、先ず、スライスウェーハにラッピング、化学エッチング、鏡面研磨、洗浄した後に保管されていた抵抗率が１００Ω・ｃｍ、直径が２００ｍｍ、厚さが７５０μｍのＰ型シリコンウェーハを用意した。このシリコンウェーハに、前洗浄として、Ｈ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液を用いたＳＣ１洗浄を行った。ＳＣ１洗浄後、更にフッ酸洗浄を行ったこと、塩化水素ガスによる気相エッチングを行なわなかったこと以外は、実施例１と同様に、及び厚さ１０μｍエピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例２とした。

＜比較例３＞
先ず、ＣＺ法により育成されたシリコン単結晶をスライスして得られたスライスウェーハに、ラッピング、化学エッチング、鏡面研磨、洗浄した後に保管されていた直径が２０ｍｍ、厚さが７５０μｍであり、抵抗率が１５Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハを用意した。このシリコンウェーハに、前洗浄としてＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液を用いたＳＣ１洗浄を行った。続いて、エピタキシャル層の厚さを３μｍとしたこと以外は、比較例１と同様に、エピタキシャル層を形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例３とした。

＜比較例４＞
抵抗率が６Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを２μｍとしたこと以外は、比較例３と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例４とした。

＜比較例５＞
抵抗率が１５Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを６μｍとしたこと以外は、比較例３と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例５とした。

＜比較例６＞
抵抗率が９Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを６μｍとしたこと以外は、比較例３と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例６とした。

＜比較例７＞
抵抗率が０．００１Ω・ｃｍのＮ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを７μｍとしたこと以外は、比較例３と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例７とした。

＜比較例８＞
抵抗率が１２Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを２μｍとしたこと以外は、比較例１と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例８とした。

＜比較例９＞
抵抗率が０．００６Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを６μｍとしたこと以外は、比較例１と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例９とした。

＜比較例１０＞
抵抗率が０．０４Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを５μｍとしたこと以外は、比較例１と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例１０とした。

＜比較例１１＞
抵抗率が１Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェーハを用いたこと、及びエピタキシャル層の厚さを４μｍとしたこと以外は、比較例１と同様に、エピタキシャル層をシリコンウェーハ上に形成した。このようにして得られたエピタキシャルウェーハを比較例１１とした。

＜比較試験及び評価＞
実施例１及び比較例１〜１１で得られたエピタキシャルウェーハの広がり抵抗（ＳＲ）を評価した。具体的には、ＳＲ装置（ＳＳＭ社製 型式名：ＳＳＭ２０００）を用い、斜めに研磨したウェーハに測定用プローブを刺し、ウェーハ深さでの抵抗率の変化を求めるＳＲ測定により測定した。その結果を図３〜図１２に示す。

図３〜図５から明らかなように、比較例１では、エピタキシャル成長を行う前のシリコンウェーハ表面に付着するボロンが十分に除去されず、エピタキシャル層と基板界面に多くのボロンが残留したため、図４においてボロンディップが見られた。これに対し、実施例１では、エピタキシャル成長を行う前のシリコンウェーハ表面に付着するボロンが十分に除去され、エピタキシャル層と基板界面のボロン量が低減されたため、図３においてボロンディップは見られなかった。

一方、前洗浄としてフッ酸洗浄を行った比較例２においても、エピタキシャル層と基板界面のボロン量は十分に低減されており、図５においてボロンディップは見られなかった。しかし、パーティクルカウンターにてエピタキシャル層を成長させる前のシリコンウェーハ表面を観測したところ、図１２に示すように、ウェーハ３０表面にフッ酸洗浄後のスピンドライヤーによる乾燥が原因と考えられるライン状のパーティクル３１の発生が見られた。

また、比較例３〜１１では、比較例１と同様、フッ酸洗浄及び塩化水素による気相エッチングを行っていないが、抵抗率が１Ω・ｃｍ未満の比較例７，９，１０では、不純物の添加量がもともと多いことから、ボロンディップは見られず、シリコンウェーハ表面に付着するボロンによる影響が小さいことが判る。このことから、特にボロンの除去が十分に行える本発明のエピタキシャル成長方法は、ボロンによる影響が大きい、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上のシリコンウェーハを基板とする成長方法に効果的であることが確認された。

Claims (2)

1. 棒状のシリコン単結晶をスライスして得られたスライスウェーハをラッピング又は研削し化学エッチングし鏡面研磨し洗浄した後保管されたボロンがウェーハに付着したシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長する方法において、
   前記保管されたシリコンウェーハをＨ₂Ｏ−Ｈ₂Ｏ₂−ＮＨ₄ＯＨの混合液で洗浄し、
   前記混合液で洗浄したシリコンウェーハをエピタキシャル成長装置内に搬入し、
   前記成長装置内に搬入したシリコンウェーハの表面に１０００〜１２００℃の温度で塩化水素ガスを流して、エッチング取り代が０．１〜０．５μｍとなるように前記ウェーハ表面の気相エッチングを行って前記ウェーハ表面に付着したボロンを除去し、
   引き続いて前記成長装置内に原料ガスをキャリアガスとともに流して前記気相エッチングされたウェーハ表面にエピタキシャル層を形成する
   ことを特徴とするシリコンウェーハ上へのエピタキシャル成長方法。
2. 前記保管されたシリコンウェーハの抵抗率が１Ω・ｃｍ以上である請求項１記載のエピタキシャル成長方法。

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