JP2022125625A - Manufacturing method for epitaxial wafer - Google Patents
Manufacturing method for epitaxial wafer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022125625A JP2022125625A JP2021023317A JP2021023317A JP2022125625A JP 2022125625 A JP2022125625 A JP 2022125625A JP 2021023317 A JP2021023317 A JP 2021023317A JP 2021023317 A JP2021023317 A JP 2021023317A JP 2022125625 A JP2022125625 A JP 2022125625A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- crystal silicon
- single crystal
- oxygen
- atomic layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 109
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 109
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 108
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 75
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 45
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 34
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 16
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 11
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 7
- 125000004430 oxygen atom Chemical group O* 0.000 claims description 6
- PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N disilane Chemical compound [SiH3][SiH3] PZPGRFITIJYNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 claims description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 145
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 70
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 20
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 6
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 5
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 5
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 4
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 4
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 4
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 4
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- -1 carbon ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 4-(3,5-dimethylphenyl)-1,3-thiazol-2-amine Chemical compound CC1=CC(C)=CC(C=2N=C(N)SC=2)=C1 MGWGWNFMUOTEHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N Aspirin Chemical compound CC(=O)OC1=CC=CC=C1C(O)=O BSYNRYMUTXBXSQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N nitrogen dioxide Inorganic materials O=[N]=O JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法に関する技術である。 The present invention relates to a method for manufacturing an epitaxial wafer.
固体撮像素子やその他のトランジスタをはじめとした半導体素子を形成するシリコン基板には、重金属をはじめとした素子特性を狂わせる元素をゲッタリングする機能を持つことが求められる。ゲッタリングにはシリコン基板裏面に多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）層を持たせたり、ブラスト加工によりダメージを持たせた層を形成する方法や、高濃度ボロンのシリコン基板を利用したり、析出物を形成させたりとさまざまな手法が提案、実用化されている。酸素析出によるゲッタリングは電気陰性度が大きい酸素に対して、イオン化傾向が大きい（電気陰性度が小さい）金属を取り込むことでゲッタリングする。 Silicon substrates on which semiconductor devices such as solid-state imaging devices and other transistors are formed are required to have the function of gettering elements that disturb device characteristics, such as heavy metals. For gettering, a polycrystalline silicon (Poly-Si) layer is formed on the back surface of the silicon substrate, a method is used to form a layer damaged by blasting, a silicon substrate with a high concentration of boron is used, and precipitates are removed. Various methods have been proposed and put into practical use. In the gettering by oxygen precipitation, oxygen with high electronegativity is gettered by taking in a metal with a high ionization tendency (low electronegativity).
また素子の活性領域近傍にゲッタリング層を形成する、いわゆる近接ゲッタリングも提案されている。例えば、炭素をイオン注入した基板の上にシリコンをエピタキシャル成長させた基板などがある。ゲッタリングは、ゲッタリングサイト（金属が単元素で存在するよりもサイトで結合やクラスタリングすることで系全体のエネルギーが低下する）まで元素が拡散する必要がある。シリコン中に含まれる金属元素の拡散係数は元素により異なり、また近年のプロセス低温化によりゲッタリングサイトまで金属が拡散することが出来なくなることを考慮して近接ゲッタリングの手法が提案されている。 Also, so-called proximity gettering, in which a gettering layer is formed in the vicinity of the active region of the device, has been proposed. For example, there is a substrate in which silicon is epitaxially grown on a substrate into which carbon ions are implanted. Gettering requires the diffusion of elements to the gettering site (the energy of the entire system is lowered by bonding or clustering at the site rather than when the metal exists as a single element). Proximity gettering techniques have been proposed in consideration of the fact that the diffusion coefficient of metal elements contained in silicon differs depending on the element, and that the metal cannot diffuse to the gettering site due to the recent process temperature reduction.
近接ゲッタリングに酸素を用いることが出来れば、非常に有力なゲッタリング層をもったシリコン基板となると考えられる。特に、エピタキシャル層の途中に酸素原子層を有するエピタキシャルウェーハであれば、近年の低温プロセスにおいても確実に金属不純物をゲッタリングすることができる。 If oxygen can be used for proximity gettering, a silicon substrate with a very powerful gettering layer can be expected. In particular, if the epitaxial wafer has an oxygen atomic layer in the middle of the epitaxial layer, metal impurities can be gettered reliably even in recent low-temperature processes.
以上、金属不純物をゲッタリングすることを中心に述べてきたが、例えば、酸素の効果としては、ＣＶＤ酸化膜を裏面に形成することでエピタキシャル成長時のオートドープを防ぐ効果が知られている。 The gettering of metal impurities has been described above. For example, as an effect of oxygen, it is known that forming a CVD oxide film on the back surface prevents autodoping during epitaxial growth.
先行技術について言及する。特許文献１は、構造としてはシリコンの上に酸素の薄い層を形成しさらにシリコンを成長させる方法である。この方法は、ＡＬＤ（「Ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」、「原子層堆積法」）をベースとした技術である。ＡＬＤは対象原子を含む分子を吸着させ、その後分子中の不要な原子（分子）を解離・脱離させる方法であり、表面結合を利用し、非常に精度よく、また、反応制御性が良好であり、幅広く用いられている。
Reference is made to the prior art.
特許文献２には、真空加熱などにより形成したシリコン清浄表面上に、自然酸化膜を形成してから酸化膜もしくは別の物質を吸着、堆積させる方法が記載されている。特許文献３、４は、シリコン基板に酸素原子層を複数導入することで、デバイス特性の改善（移動度向上）が可能になることを示している。特許文献５は、厚さが５ｎｍ以下である原子層の上にＳｉＨ４ガスを用いてエピタキシャル層を形成する方法を示している。また、酸素原子層を酸素ガスにより形成する方法を示している。
特許文献６、７には、半導体基板の表面を酸化性気体や酸化性溶液に接触させて酸化膜を形成した後に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させる方法が記載されている。特許文献６の方法では、酸化性ガスを流した後にシリコンの成膜ガスを流す方法が記載されている。特許文献８は、アモルファスシリコンを熱処理により単結晶化させる方法が記載されている。 Patent Documents 6 and 7 describe a method of epitaxially growing single crystal silicon after forming an oxide film by bringing the surface of a semiconductor substrate into contact with an oxidizing gas or an oxidizing solution. The method of Patent Document 6 describes a method in which a silicon deposition gas is flowed after an oxidizing gas is flowed. Patent Document 8 describes a method of single-crystallizing amorphous silicon by heat treatment.
非特許文献１は、ＨＦによる自然酸化膜除去後に大気中で酸化して酸素原子層を形成してから減圧ＣＶＤによりアモルファスシリコンを成膜し、その後結晶化熱処理により単結晶シリコンを形成する方法を示している。
Non-Patent
上記のように、ウェーハ内に酸素の層を形成することで金属不純物をゲッタリングする方法は従来から用いられてきた。しかし、従来の技術では、精度よく酸素の薄い層を得られる一方で装置の構成が複雑であったり、工程数が多くなったりという問題があった。 As described above, the method of gettering metal impurities by forming a layer of oxygen in the wafer has been conventionally used. However, in the conventional technique, although a thin layer of oxygen can be obtained with high accuracy, there are problems in that the structure of the apparatus is complicated and the number of steps is increased.
例えば、特許文献１に記載の技術では、ＡＬＤ装置では単結晶シリコンをエピタキシャル成長させることができないため、ＡＬＤ装置とＣＶＤ装置を連結させた特殊な装置が必要になるという問題があった。また、特許文献５に記載の技術では、ＳｉＨ４と酸素が反応して爆発するのを防ぐため、排気系統を分けた２つのチャンバーを用意する必要があるという問題があった。また、特許文献６に記載の技術では、酸化性のガスとシリコンの成膜ガスが反応して爆発するのを防ぐため、安全性に配慮した特別な装置が必要であるという問題があった。
For example, the technique described in
また、従来の技術では、酸素の層を安定的に導入するための知見や、良質な単結晶シリコンのエピタキシャル層を形成するための具体的な知見がないという問題があった。 Further, the conventional technology has a problem that there is no knowledge for stably introducing an oxygen layer and no specific knowledge for forming an epitaxial layer of high-quality single crystal silicon.
例えば、特許文献２では、転位および積層欠陥を発生させることなくウェーハ表面に単結晶シリコンのエピタキシャル層を形成する方法については何ら記載されていない。また、特許文献３、４では、酸素原子層を複数導入したシリコンウェーハの具体的な成長方法については言及していない。また、特許文献７では、酸化性気体や酸化性溶液に接触させる前の自然酸化膜の除去方法は記載されていない。また、特許文献８では、酸素原子層を形成する具体的な方法については記載されていない。また、非特許文献１では、成膜ガスの運動エネルギーがプラズマＣＶＤ装置の場合よりも低い減圧ＣＶＤを用いるため、酸素原子層の酸素のマイグレーションが起こりにくく欠陥が発生しやすいという問題があった。
For example,
上述のように、従来の技術では、精度よく酸素の原子層を得られる一方で、装置の構成が複雑であったり、酸素の層の導入が安定的ではなかったり、良質な単結晶シリコンのエピタキシャル層を得られなかったりといった問題があった。そのため、酸素原子層をエピタキシャル層に安定的かつ簡便に導入することができるエピタキシャルウェーハの製造方法が必要である。 As described above, while the conventional technique can obtain an atomic layer of oxygen with high accuracy, the structure of the device is complicated, the introduction of the oxygen layer is not stable, and the epitaxial growth of high-quality single crystal silicon is difficult. There was a problem that the layer could not be obtained. Therefore, there is a need for an epitaxial wafer manufacturing method that can stably and easily introduce an oxygen atomic layer into an epitaxial layer.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであって、酸素原子層をエピタキシャル層に安定的かつ簡便に導入することができるとともに、良質な単結晶シリコンのエピタキシャル層を形成できるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and is capable of stably and easily introducing an oxygen atomic layer into an epitaxial layer and forming an epitaxial layer of high-quality single crystal silicon. It aims at providing the manufacturing method of an epitaxial wafer.
上記課題を解決するために、本発明では、
単結晶シリコンウェーハ上に単結晶シリコン層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
（１）前記単結晶シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去する工程、
（２）前記自然酸化膜を除去した前記単結晶シリコンウェーハの表面に酸素原子層を形成する工程、
（３）前記酸素原子層を形成した前記単結晶シリコンウェーハの表面上にプラズマＣＶＤによりアモルファスシリコン層を成膜する工程、及び
（４）前記アモルファスシリコン層を熱処理により単結晶化して前記単結晶シリコン層を形成する工程を含み、かつ、
前記酸素原子層の酸素の平面濃度を１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
In order to solve the above problems, in the present invention,
An epitaxial wafer manufacturing method for forming a single crystal silicon layer on a single crystal silicon wafer,
(1) removing the native oxide film on the surface of the single crystal silicon wafer;
(2) forming an oxygen atomic layer on the surface of the single crystal silicon wafer from which the natural oxide film has been removed;
(3) forming an amorphous silicon layer by plasma CVD on the surface of the single crystal silicon wafer on which the oxygen atomic layer is formed; and (4) single crystallizing the amorphous silicon layer by heat treatment to obtain the single crystal silicon. forming a layer, and
Provided is a method for producing an epitaxial wafer in which the planar concentration of oxygen in the oxygen atomic layer is 1×10 15 atoms/cm 2 or less.
このようなエピタキシャルウェーハの製造方法とすることで、酸素原子層を残した状態で酸素原子層上に転位および積層欠陥を形成することなく単結晶シリコン層を成長できる。 By adopting such an epitaxial wafer manufacturing method, a single crystal silicon layer can be grown without forming dislocations and stacking faults on the oxygen atomic layer while leaving the oxygen atomic layer.
また、前記工程（１）において、前記自然酸化膜の除去を、フッ酸洗浄またはフッ酸蒸気により行うことが好ましい。 Moreover, in the step (1), the removal of the natural oxide film is preferably carried out by hydrofluoric acid cleaning or hydrofluoric acid vapor.
このようにフッ酸洗浄またはフッ酸蒸気を用いることで、短時間で自然酸化膜を除去することができる。 By using hydrofluoric acid cleaning or hydrofluoric acid vapor in this manner, the native oxide film can be removed in a short time.
また、前記工程（１）において、前記自然酸化膜の除去を、水素を含む雰囲気で熱処理することにより行うことが好ましい。 Moreover, in the step (1), it is preferable that the removal of the natural oxide film is performed by heat treatment in an atmosphere containing hydrogen.
このように水素を含む雰囲気中で熱処理することにより、自然酸化膜を確実に除去することができる。 By performing the heat treatment in the atmosphere containing hydrogen in this manner, the natural oxide film can be reliably removed.
また、前記工程（１）において、前記自然酸化膜の除去を、水素原子を含むガスまたは不活性ガスを用いたプラズマにより行うことが好ましい。 Moreover, in the step (1), the removal of the natural oxide film is preferably performed by plasma using a gas containing hydrogen atoms or an inert gas.
このように水素原子を含むガスまたは不活性ガスを用いたプラズマを用いることにより、低温で確実に自然酸化膜を除去することができる。 By using plasma using a gas containing hydrogen atoms or an inert gas in this way, the native oxide film can be reliably removed at a low temperature.
また、前記工程（２）において、酸化性のガスを含む雰囲気中で前記単結晶シリコンウェーハを放置して前記酸素原子層を形成することが好ましい。 Further, in the step (2), the oxygen atomic layer is preferably formed by leaving the single crystal silicon wafer to stand in an atmosphere containing an oxidizing gas.
酸素原子層を形成する工程において、このような環境にすることで、特殊な設備を準備することなく簡単にウェーハに酸素原子層を形成することができる。 By creating such an environment in the process of forming the oxygen atomic layer, the oxygen atomic layer can be easily formed on the wafer without preparing special equipment.
また、前記工程（２）において、前記単結晶シリコンウェーハを純水によりリンスして前記酸素原子層を形成することが好ましい。 Further, in the step (2), the oxygen atomic layer is preferably formed by rinsing the single crystal silicon wafer with pure water.
酸素原子層を形成する工程において、このような処理をすることで、特殊な設備を準備することなく簡単にウェーハに酸素原子層を形成することができる。 By performing such treatment in the process of forming the oxygen atomic layer, the oxygen atomic layer can be easily formed on the wafer without preparing special equipment.
また、前記工程（２）において、酸素原子を含むプラズマを用いて前記酸素原子層を形成することが好ましい。 Further, in the step (2), it is preferable to form the oxygen atomic layer using plasma containing oxygen atoms.
酸素原子層を形成する工程において、このような処理をすることで、短時間でウェーハに酸素原子層を形成することができる。 By performing such treatment in the process of forming the oxygen atomic layer, the oxygen atomic layer can be formed on the wafer in a short time.
また、前記工程（３）において、前記アモルファスシリコン層の成膜ガスとして、モノシランまたはジシランを用いることが好ましい。 Further, in the step (3), it is preferable to use monosilane or disilane as a film-forming gas for the amorphous silicon layer.
このようにモノシランまたはジシランを用いることにより、より効果的にアモルファスシリコン層を成膜できる。 By using monosilane or disilane in this manner, an amorphous silicon layer can be formed more effectively.
また、前記工程（４）において、前記熱処理を５００℃以上かつ９００℃以下の温度で行うことが好ましい。 Moreover, in the step (4), the heat treatment is preferably performed at a temperature of 500° C. or higher and 900° C. or lower.
熱処理工程において、５００℃以上であれば、十分な速度でアモルファスシリコン層を固相成長して単結晶シリコン層にすることができる。また、９００℃以下であれば酸素原子層から酸素が拡散して、酸素原子層がなくなることを防ぐことができる。 In the heat treatment step, if the temperature is 500° C. or higher, the amorphous silicon layer can be solid-phase grown at a sufficient rate to form a single crystal silicon layer. Also, if the temperature is 900° C. or less, it is possible to prevent oxygen from diffusing from the oxygen atomic layer and disappearing of the oxygen atomic layer.
また、前記工程（２）、（３）、及び（４）を複数回繰り返すことができる。 Also, steps (2), (3) and (4) can be repeated multiple times.
また、前記工程（２）と前記工程（３）を複数回繰り返してから、前記工程（４）を行うこともできる。 Alternatively, the step (4) may be performed after repeating the step (2) and the step (3) a plurality of times.
このように酸素の層を複数層設けることで、単層の場合よりもゲッタリング効果を高めることができる。 By providing a plurality of layers of oxygen in this way, the gettering effect can be enhanced as compared with the case of a single layer.
以上のように、本発明によれば、先端デバイスで採用されるシリコンエピタキシャルウェーハにおいて、酸素原子層をエピタキシャル層に安定的に導入する方法を提供することができる。また、酸素原子層による近接ゲッタリング効果を有する近接ゲッタリング基板を製造することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for stably introducing an oxygen atomic layer into an epitaxial layer in a silicon epitaxial wafer employed in advanced devices. In addition, it is possible to manufacture a proximity gettering substrate having a proximity gettering effect due to the oxygen atomic layer.
上述のように、特殊な装置が必要なく、また、酸素原子層をエピタキシャル層に安定的に導入できるとともに、良質な単結晶シリコンのエピタキシャル層を形成できるエピタキシャルウェーハの製造方法が求められていた。 As described above, there has been a demand for a method of manufacturing an epitaxial wafer that does not require a special apparatus, can stably introduce an oxygen atomic layer into an epitaxial layer, and can form an epitaxial layer of high-quality single crystal silicon.
本発明者は、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、単結晶シリコンウェーハ（基板）上に単結晶シリコン層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、自然酸化膜を除去する工程、自然酸化膜除去後に酸素原子層を形成する工程、酸素原子層を形成した後にプラズマＣＶＤでアモルファスシリコン層を成膜する工程、成膜後に熱処理によりアモルファスシリコン層を単結晶化する工程を含み、基板とエピタキシャル層の界面に酸素の平面濃度が１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の酸素原子層が含まれるようにすることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法により、酸素原子層上に転位および積層欠陥を形成することなく、酸素原子層をエピタキシャル層に安定的かつ簡便に導入することが可能となることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies on the above problems, the inventors of the present invention have found a method for producing an epitaxial wafer for forming a single crystal silicon layer on a single crystal silicon wafer (substrate), comprising a step of removing a natural oxide film, forming an oxygen atomic layer after film removal; forming an amorphous silicon layer by plasma CVD after forming the oxygen atomic layer; and single-crystallizing the amorphous silicon layer by heat treatment after film formation. Dislocations and stacking faults are formed on the oxygen atomic layer by an epitaxial wafer manufacturing method characterized in that an oxygen atomic layer having a planar oxygen concentration of 1×10 15 atoms/cm 2 or less is included at the layer interface. The inventors have found that it is possible to stably and easily introduce an oxygen atomic layer into an epitaxial layer without forming a layer, and completed the present invention.
即ち、本発明は、
単結晶シリコンウェーハ上に単結晶シリコン層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
（１）前記単結晶シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去する工程、
（２）前記自然酸化膜を除去した前記単結晶シリコンウェーハの表面に酸素原子層を形成する工程、
（３）前記酸素原子層を形成した前記単結晶シリコンウェーハの表面上にプラズマＣＶＤによりアモルファスシリコン層を成膜する工程、及び
（４）前記アモルファスシリコン層を熱処理により単結晶化して前記単結晶シリコン層を形成する工程を含み、かつ、
前記酸素原子層の酸素の平面濃度を１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とするエピタキシャルウェーハの製造方法である。
That is, the present invention
An epitaxial wafer manufacturing method for forming a single crystal silicon layer on a single crystal silicon wafer,
(1) removing a native oxide film on the surface of the single crystal silicon wafer;
(2) forming an oxygen atomic layer on the surface of the single crystal silicon wafer from which the natural oxide film has been removed;
(3) forming an amorphous silicon layer by plasma CVD on the surface of the single crystal silicon wafer on which the oxygen atomic layer is formed; and (4) single crystallizing the amorphous silicon layer by heat treatment to obtain the single crystal silicon. forming a layer, and
In the method for producing an epitaxial wafer, the planar concentration of oxygen in the oxygen atomic layer is 1×10 15 atoms/cm 2 or less.
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、図面を参照して説明する。 Although the present invention will be described in detail below, the present invention is not limited thereto. Description will be made below with reference to the drawings.
＜単結晶シリコンウェーハ＞
図１に、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法のフローを示す。図１のＳ１１の工程は、単結晶シリコンウェーハ（基板）を準備する工程である。
<Single crystal silicon wafer>
FIG. 1 shows the flow of the epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention. The step of S11 in FIG. 1 is a step of preparing a single crystal silicon wafer (substrate).
ここで、基板の製造方法は特に限定されない。チョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ Ｍｅｔｈｏｄ：以下ＣＺ法という）により製造された基板を用いても良いし、フローティングゾーン法（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ Ｍｅｔｈｏｄ：以下ＦＺ法という）により製造された基板を用いても良い。また、ＣＺ法及びＦＺ法により製造された単結晶シリコン基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長させた基板を用いても良い。 Here, the manufacturing method of the substrate is not particularly limited. A substrate manufactured by the Czochralski method (hereinafter referred to as the CZ method) may be used, or a substrate manufactured by the Floating Zone method (hereinafter referred to as the FZ method) may be used. A substrate obtained by epitaxially growing single crystal silicon on a single crystal silicon substrate manufactured by the CZ method or the FZ method may also be used.
＜エピタキシャルウェーハ＞
図２は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により得られるエピタキシャルウェーハを示した図である。本発明に係るエピタキシャルウェーハ１０Ａは、単結晶シリコンウェーハ１上に単結晶シリコン層３を有し、単結晶シリコン層３と単結晶シリコンウェーハ１との間に酸素原子層２を有している。
<Epitaxial wafer>
FIG. 2 is a diagram showing an epitaxial wafer obtained by the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention. An
また、図３は、単結晶シリコンウェーハ上に酸素原子層と単結晶シリコン層を交互に複数層積層させたエピタキシャルウェーハ１０Ｂを示した図である。図３に示すように、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法により、単結晶シリコンウェーハ１上に酸素原子層２と単結晶シリコン層３を交互に繰り返し積層させたエピタキシャルウェーハを得ることができる。このときの最上面は単結晶シリコン層である。
FIG. 3 is a diagram showing an
＜工程（１）＞
図１の工程（１）は単結晶シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去する工程である。
<Step (1)>
Step (1) in FIG. 1 is a step of removing a native oxide film on the surface of a single crystal silicon wafer.
工程（１）では、自然酸化膜の除去をフッ酸洗浄により行うことができる。フッ酸洗浄としては、例えば、ウェーハをフッ酸に浸漬することができる。フッ酸としてバッファードフッ酸を用いてもよい。フッ酸の濃度は自然酸化膜を除去できればよく、０．００１％以上かつ６０％以下とすることができる。 In step (1), the native oxide film can be removed by cleaning with hydrofluoric acid. For hydrofluoric acid cleaning, for example, the wafer can be immersed in hydrofluoric acid. Buffered hydrofluoric acid may be used as hydrofluoric acid. The concentration of hydrofluoric acid may be 0.001% or more and 60% or less as long as the natural oxide film can be removed.
フッ酸の温度は１０℃以上かつ５０℃以下とすることができる。温度を１０℃以上とすれば、フッ酸処理後のウェーハに結露が生じることをより効果的に抑制できる。また、温度を５０℃以下とすれば、揮発するフッ酸の量が適度になるため安全性を高くできる。 The temperature of hydrofluoric acid can be 10° C. or higher and 50° C. or lower. If the temperature is 10° C. or higher, it is possible to more effectively suppress dew condensation on the wafer after the hydrofluoric acid treatment. Also, if the temperature is set to 50° C. or less, the amount of volatilized hydrofluoric acid becomes moderate, so safety can be enhanced.
フッ酸洗浄の時間は撥水性が確認できるまでとすることができるが、例えば、１秒以上かつ１時間以下とすることができる。１秒以上であれば自然酸化膜を確実に除去することができる。また、１時間以下とすることで時間が掛かりすぎるのを防止することができる。 The hydrofluoric acid cleaning can be performed until the water repellency can be confirmed, and can be, for example, 1 second or more and 1 hour or less. If it is 1 second or more, the native oxide film can be reliably removed. In addition, it is possible to prevent it from taking too much time by making it 1 hour or less.
フッ酸洗浄はバッチ式の洗浄装置を用いても良いし、枚葉式の洗浄装置を用いても良い。 For the hydrofluoric acid cleaning, a batch-type cleaning apparatus may be used, or a single wafer-type cleaning apparatus may be used.
また、フッ酸の蒸気に曝して自然酸化膜を除去してもよい。フッ酸蒸気に曝す方法としては特に限定されず、公知の方法を用いることができる。 Alternatively, the native oxide film may be removed by exposure to hydrofluoric acid vapor. The method of exposure to hydrofluoric acid vapor is not particularly limited, and known methods can be used.
工程（１）では、ウェーハを水素を含む雰囲気で熱処理（加熱）することで自然酸化膜を除去してもよい。このとき、ウェーハを８００℃以上かつ１２５０℃以下の温度に加熱し、この範囲の温度を１秒以上５分以下の間保持することにより自然酸化膜を除去することができる。これにより、安定的に自然酸化膜を除去することができる。 In step (1), the natural oxide film may be removed by heat-treating (heating) the wafer in an atmosphere containing hydrogen. At this time, the natural oxide film can be removed by heating the wafer to a temperature of 800.degree. Thereby, the native oxide film can be stably removed.
工程（１）では、ウェーハを水素原子を含むガスまたは不活性ガスを用いたプラズマに曝すことにより自然酸化膜を除去してもよい。このようなガスとしては、例えば、水素分子、アンモニア、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンを用いることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。水素原子を含むガスである水素分子およびアンモニアの場合は、プラズマにより生成された水素ラジカルにより自然酸化膜を除去することができる。不活性ガスの窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンの場合は、プラズマにより生成された高エネルギーの粒子により自然酸化膜をスパッタリングすることで除去することができる。 In step (1), the native oxide film may be removed by exposing the wafer to plasma using a gas containing hydrogen atoms or an inert gas. Hydrogen molecules, ammonia, nitrogen, argon, helium, neon, krypton, and xenon, for example, can be used as such gases. These gases may be mixed and used. In the case of hydrogen molecules and ammonia, which are gases containing hydrogen atoms, the native oxide film can be removed by hydrogen radicals generated by plasma. The inert gases nitrogen, argon, helium, neon, krypton, and xenon can be removed by sputtering the native oxide film with high-energy particles generated by the plasma.
なお、プラズマを用いて自然酸化膜を除去する場合には、室温で自然酸化膜の除去を行っても良いし、加熱して自然酸化膜の除去を行っても良い。ウェーハをプラズマに曝す時間は、プラズマ密度やイオンエネルギーなどに依存するが、例えば１秒以上かつ３０分以下とすることで、安定的に自然酸化膜を除去することができる。 When the natural oxide film is removed using plasma, the natural oxide film may be removed at room temperature, or the natural oxide film may be removed by heating. Although the time for which the wafer is exposed to plasma depends on the plasma density, ion energy, etc., the natural oxide film can be stably removed by setting it to, for example, 1 second or more and 30 minutes or less.
＜工程（２）＞
図１の工程（２）は自然酸化膜を除去した単結晶シリコンウェーハの表面に酸素原子層を形成する工程である。
<Step (2)>
Step (2) in FIG. 1 is a step of forming an oxygen atomic layer on the surface of the single crystal silicon wafer from which the native oxide film has been removed.
単結晶シリコン中で酸素原子はシリコン原子と最近接のシリコン原子の間のボンドセンター位置で安定となるため、酸素が１原子層存在する場合には、酸素の平面濃度は１．３６×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２となる。酸素の平面濃度が１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の場合は０．７４原子層に相当する。 In single crystal silicon, oxygen atoms are stable at the bond center position between a silicon atom and the nearest silicon atom. atoms/cm 2 . If the planar concentration of oxygen is 1×10 15 atoms/cm 2 , this corresponds to 0.74 atomic layers.
工程（２）では、自然酸化膜の除去後のウェーハを酸化性のガスを含む雰囲気中に放置することで酸素原子層の形成を行うことができる。酸化性のガスとしては、例えば、酸素分子、オゾン、一酸化窒素、亜酸化窒素、二酸化窒素を用いることができる。これらのガスは単独で使用しても良いし、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスで希釈したガスを用いても良い。また、ウェーハの酸化は室温で行っても良いし、加熱して行っても良い。 In the step (2), an oxygen atomic layer can be formed by leaving the wafer after removing the natural oxide film in an atmosphere containing an oxidizing gas. Oxygen molecules, ozone, nitric oxide, nitrous oxide, and nitrogen dioxide can be used as the oxidizing gas, for example. These gases may be used alone, or may be diluted with an inert gas such as nitrogen, argon, helium, neon, krypton, or xenon. Moreover, the oxidation of the wafer may be performed at room temperature, or may be performed by heating.
工程（２）では、自然酸化膜の除去後のウェーハを純水でリンスすることにより酸素原子層の形成を行うことができる。純水を用いることで短時間に酸素原子層を形成することができる。 In step (2), an oxygen atomic layer can be formed by rinsing the wafer from which the native oxide film has been removed with pure water. By using pure water, an oxygen atomic layer can be formed in a short time.
純水の温度は１０℃以上かつ１００℃以下とすることができる。温度を１０℃以上とすれば、純水リンス後のウェーハに結露が生じることをより効果的に抑制できる。また、温度は水の沸点の１００℃以下とすることができる。 The temperature of the pure water can be 10°C or higher and 100°C or lower. If the temperature is 10° C. or higher, it is possible to more effectively suppress dew condensation on the wafer after rinsing with pure water. Also, the temperature can be 100° C. or lower, which is the boiling point of water.
リンスする時間は１秒以上かつ１時間以下とすることができる。１秒以上であればより確実に酸素原子層を形成することができる。また、１時間以下とすることで時間が掛かりすぎるのを防止することができる。 The rinsing time can be 1 second or more and 1 hour or less. If the time is 1 second or longer, the oxygen atomic layer can be formed more reliably. In addition, it is possible to prevent it from taking too much time by making it 1 hour or less.
純水リンスはバッチ式の洗浄装置を用いても良いし、枚葉式の洗浄装置を用いても良い。 Pure water rinsing may be performed using a batch-type cleaning apparatus or a single wafer-type cleaning apparatus.
リンス後の乾燥は大気中で実施してもよいし、不活性雰囲気で実施してもよい。本発明者の検討によれば、大気中の有機物の量を十分に減らすことで単結晶シリコン層がエピタキシャル成長できなくなることをより確実に防ぐことができる。 Drying after rinsing may be performed in the air or in an inert atmosphere. According to the studies of the present inventors, by sufficiently reducing the amount of organic matter in the atmosphere, it is possible to more reliably prevent the epitaxial growth of the single crystal silicon layer from becoming impossible.
工程（２）では、酸素原子を含むプラズマを用いて自然酸化膜の除去後のウェーハの表面に酸素原子層の形成を行うことができる。チャンバーに酸素原子を含むガスを導入しながらプラズマを生成すると酸素ラジカルが生成され、これにより酸素原子層を形成することができる。 In step (2), plasma containing oxygen atoms can be used to form an oxygen atomic layer on the surface of the wafer after the native oxide film has been removed. When plasma is generated while a gas containing oxygen atoms is introduced into the chamber, oxygen radicals are generated, whereby an oxygen atomic layer can be formed.
酸素原子を含むガスとしては、例えば、酸素分子、オゾン、窒素酸化物、二酸化炭素、一酸化炭素、テトラエトキシシランがある。これらのガスは単独で使用しても良いし、窒素、アルゴン、ヘリウム、ネオン、クリプトン、キセノンなどの不活性ガスと混合して使用しても良い。また、ウェーハの酸化は室温で行っても良いし、加熱して行っても良い。 Gases containing oxygen atoms include, for example, oxygen molecules, ozone, nitrogen oxides, carbon dioxide, carbon monoxide, and tetraethoxysilane. These gases may be used alone, or may be used in combination with inert gases such as nitrogen, argon, helium, neon, krypton, and xenon. Moreover, the oxidation of the wafer may be performed at room temperature, or may be performed by heating.
＜工程（３）＞
図１の工程（３）は酸素原子層を形成した単結晶シリコンウェーハの表面上にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりアモルファスシリコン層を成膜する工程である。
<Step (3)>
Step (3) in FIG. 1 is a step of forming an amorphous silicon layer by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) on the surface of the single crystal silicon wafer on which the oxygen atomic layer is formed.
アモルファスシリコン層の成膜に使うガスとして、モノシランまたはジシランを用いることができる。また、成膜ガスは水素やアルゴン、ネオンなどの希ガスと混合して用いても良い。また、ボロン、リン、砒素、アンチモンを含むガスを添加して、アモルファスシリコン層にドーピングを行っても良い。 Monosilane or disilane can be used as a gas for forming the amorphous silicon layer. Further, the deposition gas may be mixed with a rare gas such as hydrogen, argon, or neon. Alternatively, the amorphous silicon layer may be doped by adding a gas containing boron, phosphorus, arsenic, or antimony.
工程（３）で用いるプラズマＣＶＤ装置や成膜条件としては、特に限定はされない。チャンバー内の圧力は、例えば、０．１Ｐａ以上かつ３００Ｐａ以下とすることができる。また、プラズマＣＶＤ成膜時のウェーハの温度は１０℃以上かつ４００℃以下とすることができる。１０℃以上とすれば、ウェーハを冷却する冷却水が凍結することがないので好ましい。また、４００℃以下とすることで、ウェーハをヒーターにより加熱する汎用の装置を用いることができる。 The plasma CVD apparatus and film forming conditions used in step (3) are not particularly limited. The pressure inside the chamber can be, for example, 0.1 Pa or more and 300 Pa or less. Also, the temperature of the wafer during the plasma CVD film formation can be 10° C. or higher and 400° C. or lower. A temperature of 10° C. or higher is preferable because the cooling water for cooling the wafer does not freeze. Further, by setting the temperature to 400° C. or less, a general-purpose device that heats the wafer with a heater can be used.
プラズマの生成方法に特に制限はない。例えば、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマ、ヘリコン波プラズマを用いることができる。また、成膜時間はアモルファスシリコン層の膜厚に応じて調整すればよい。 There is no particular limitation on the plasma generation method. For example, capacitively coupled plasma, inductively coupled plasma, ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma, and helicon wave plasma can be used. Also, the film formation time may be adjusted according to the film thickness of the amorphous silicon layer.
プラズマＣＶＤでアモルファスシリコン層を成膜する際に、運動エネルギーの高い成膜ガスの作用により酸素原子層の酸素のマイグレーションが起こりやすくなると考えられる。これにより、後述の工程（４）の熱処理による単結晶化において欠陥が発生しにくくなる。一方、プラズマＣＶＤではなく、減圧ＣＶＤ（熱ＣＶＤ）でアモルファスシリコン層を成膜した場合には、該アモルファスシリコン層から形成される単結晶シリコン層は欠陥を多く含むものになるか、もしくは多結晶シリコン層になる。 It is considered that when an amorphous silicon layer is formed by plasma CVD, migration of oxygen in the oxygen atomic layer is likely to occur due to the action of the film formation gas with high kinetic energy. This makes it difficult for defects to occur in single crystallization by heat treatment in step (4) described later. On the other hand, when an amorphous silicon layer is formed by low pressure CVD (thermal CVD) instead of plasma CVD, the single crystal silicon layer formed from the amorphous silicon layer contains many defects or is polycrystalline. become a silicon layer.
＜工程（４）＞
図１の工程（４）はアモルファスシリコン層を熱処理により単結晶化して単結晶シリコン層を形成する工程である。
<Step (4)>
Step (4) in FIG. 1 is a step of single crystallizing the amorphous silicon layer by heat treatment to form a single crystal silicon layer.
熱処理の装置としては、例えば、縦型炉やＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）を用いることができる。熱処理炉は枚葉式を用いても良いし、バッチ式を用いても良い。 As a heat treatment apparatus, for example, a vertical furnace or RTA (Rapid Thermal Annealing) can be used. The heat treatment furnace may be of a single-wafer type or a batch type.
熱処理温度は、５００℃以上かつ９００℃以下とすることができる。５００℃以上とすれば、アモルファスシリコン層が単結晶シリコン層となる固相成長の速度が十分となる。また９００℃以下とすれば、温度が高すぎて固相成長中に酸素原子層から酸素が拡散してしまうおそれがない。 The heat treatment temperature can be 500° C. or higher and 900° C. or lower. If the temperature is 500° C. or higher, the rate of solid phase growth at which the amorphous silicon layer becomes a single crystal silicon layer is sufficient. If the temperature is set to 900° C. or less, there is no possibility that the temperature is too high and oxygen diffuses from the oxygen atomic layer during solid phase growth.
固相成長は雰囲気に依存しないため、熱処理における雰囲気は特に制限されない。例えば、窒素、酸素、アルゴン、水素を用いることができる。熱処理の時間はアモルファスシリコン層の厚さに応じて調整すれば良いが、例えば、１秒以上かつ２４時間以下とすることができる。このような時間範囲であれば、安定的にアモルファスシリコン層を単結晶シリコン層にすることができる。 Since solid phase growth does not depend on the atmosphere, the atmosphere in the heat treatment is not particularly limited. For example, nitrogen, oxygen, argon and hydrogen can be used. The heat treatment time may be adjusted according to the thickness of the amorphous silicon layer, and may be, for example, 1 second or more and 24 hours or less. Within such a time range, the amorphous silicon layer can be stably converted into a single crystal silicon layer.
上記酸素原子層の酸素の平面濃度を１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とすることで、熱処理によって下地のシリコン単結晶基板が種結晶となって固相成長し、欠陥がない単結晶シリコン層を形成することができる。これは、酸化量が少ない場合には下地のシリコン単結晶基板の結晶性が保たれるためである。このため、酸素の平面濃度の下限値はなく、０よりも大きければよい。なお、ゲッタリング能力を安定して得るためには、１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以上であることが好ましい。酸化量が多い場合には単結晶シリコン層が欠陥を含むものとなるか、アモルファスシリコン層が単結晶シリコン層とならずに多結晶シリコン層となる。 By setting the planar concentration of oxygen in the oxygen atomic layer to 1×10 15 atoms/cm 2 or less, the underlying silicon single crystal substrate is used as a seed crystal by the heat treatment for solid phase growth, and a single crystal silicon layer having no defects. can be formed. This is because the crystallinity of the underlying silicon single crystal substrate is maintained when the amount of oxidation is small. Therefore, there is no lower limit for the plane concentration of oxygen, and it is sufficient that it is greater than zero. In order to stably obtain gettering ability, it is preferably 1×10 13 atoms/cm 2 or more. If the amount of oxidation is large, the monocrystalline silicon layer will contain defects, or the amorphous silicon layer will not be a monocrystalline silicon layer but will be a polycrystalline silicon layer.
ここで、酸素の平面濃度はＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定することができる。酸素原子層を含むシリコンウェーハをＳＩＭＳで測定した場合には、酸素原子層が形成された深さにピークが形成される。ピーク付近において１回のスパッタリングによる体積濃度と深さの積を積算することで平面濃度を求めることができる。 Here, the planar concentration of oxygen can be measured by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). When a silicon wafer containing an oxygen atomic layer is measured by SIMS, a peak is formed at the depth where the oxygen atomic layer is formed. The plane concentration can be obtained by accumulating the product of the volume concentration and the depth due to one sputtering in the vicinity of the peak.
また本発明では、酸素原子層の形成とアモルファスシリコン層の成膜と単結晶化（工程（２）～（４））を複数回繰り返すことができる。このように酸素原子層を複数層設けることで、単層の場合よりもゲッタリング効果を高めることができる。 Further, in the present invention, the formation of the oxygen atomic layer, the formation of the amorphous silicon layer, and the single crystallization (steps (2) to (4)) can be repeated multiple times. By providing a plurality of oxygen atomic layers in this way, the gettering effect can be enhanced as compared with the case of a single layer.
また本発明では、酸素原子層の形成とアモルファスシリコン層の成膜（工程（２）、（３））を複数回繰り返してから単結晶化（工程（４））を行ってもよい。このように酸素原子層を複数層設けることで、単層の場合よりもゲッタリング効果を高めることができる。 In the present invention, the formation of the oxygen atomic layer and the formation of the amorphous silicon layer (steps (2) and (3)) may be repeated multiple times before single crystallization (step (4)). By providing a plurality of oxygen atomic layers in this way, the gettering effect can be enhanced as compared with the case of a single layer.
また、このような工程であれば、プラズマＣＶＤ装置内で酸素原子層の形成とアモルファスシリコン層の成膜を連続して行うことができるため効率的である。また、プラズマＣＶＤ装置は大気圧よりも低い圧力で使用するため、同一チャンバーにモノシランやジシランと酸素を流すことができる。このため、使用するガスによって排気系統を分ける必要がない。 Further, such a process is efficient because the formation of the oxygen atomic layer and the formation of the amorphous silicon layer can be continuously performed in the plasma CVD apparatus. In addition, since the plasma CVD apparatus is used at a pressure lower than atmospheric pressure, monosilane or disilane and oxygen can flow in the same chamber. Therefore, there is no need to separate the exhaust system depending on the gas used.
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below using Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these.
［実施例１、２、比較例１］
準備した単結晶シリコン基板の導電型、直径、結晶面方位は以下の通りである。
導電型：ｐ型
直径：２００ｍｍ
結晶面方位：（１００）
[Examples 1 and 2, Comparative Example 1]
The conductivity type, diameter, and crystal plane orientation of the prepared single crystal silicon substrate are as follows.
Conductivity type: p-type Diameter: 200mm
Crystal plane orientation: (100)
次に、準備した単結晶シリコン基板の自然酸化膜を除去するためにバッチ式の装置でフッ酸洗浄後、純水でリンスした。その後、清浄度クラス１０００の大気中に１～５時間放置した。具体的には、実施例１では１時間、実施例２では３時間、比較例１では５時間の放置時間とした。次に、プラズマＣＶＤ装置でアモルファスシリコン層の成膜を行った。成膜温度は２５０℃とし、成膜ガスにはモノシランと水素とアルゴンの混合ガスを用いた。その後、縦型炉で熱処理を行った。熱処理温度は７００℃、熱処理時間は１時間とした。 Next, in order to remove the native oxide film of the prepared single crystal silicon substrate, the substrate was washed with hydrofluoric acid in a batch type apparatus and then rinsed with pure water. After that, it was left for 1 to 5 hours in an atmosphere of cleanliness class 1000. Specifically, the leaving time was 1 hour in Example 1, 3 hours in Example 2, and 5 hours in Comparative Example 1. Next, an amorphous silicon layer was formed using a plasma CVD apparatus. The film formation temperature was set to 250° C., and a mixed gas of monosilane, hydrogen, and argon was used as the film formation gas. After that, heat treatment was performed in a vertical furnace. The heat treatment temperature was 700° C., and the heat treatment time was 1 hour.
さらに、酸素原子層における酸素の平面濃度をＳＩＭＳにより測定し、結晶性を評価するために断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）観察を行った。 Further, the planar concentration of oxygen in the oxygen atomic layer was measured by SIMS, and cross-sectional TEM (Transmission Electron Microscopy) observation was performed to evaluate the crystallinity.
ＳＩＭＳ測定の結果、酸素原子層の酸素の平面濃度は実施例１では２×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、実施例２では１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２、比較例１では２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。 As a result of SIMS measurement, the plane concentration of oxygen in the oxygen atomic layer was 2×10 14 atoms/cm 2 in Example 1, 1×10 15 atoms/cm 2 in Example 2, and 2×10 15 atoms/cm in Comparative Example 1. cm2 .
図４にＴＥＭ観察結果を示す。酸素の平面濃度が１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下の実施例１、２では酸素原子層上に転位及び積層欠陥が形成されることなく単結晶シリコン層が形成できていることがわかる。酸素の平面濃度が２×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２の比較例１では、成膜層は単結晶シリコン層となっているが、積層欠陥が形成されている。 FIG. 4 shows the TEM observation results. It can be seen that in Examples 1 and 2 in which the planar concentration of oxygen is 1×10 15 atoms/cm 2 or less, a single crystal silicon layer can be formed without forming dislocations and stacking faults on the oxygen atomic layer. In Comparative Example 1 in which the planar concentration of oxygen is 2×10 15 atoms/cm 2 , the deposited layer is a single crystal silicon layer, but stacking faults are formed.
［比較例２］
実施例１、２及び比較例１と同じ単結晶シリコン基板を準備した。次に、準備した単結晶シリコン基板の自然酸化膜を除去するためにバッチ式の装置でフッ酸洗浄後、純水でリンスした。その後、清浄度クラス１０００の大気中に３時間放置した。次に、減圧ＣＶＤ装置でアモルファスシリコン層の成膜を行った。成膜温度は５５０℃とし、成膜ガスにはモノシランを用いた。その後、縦型炉で熱処理を行った。熱処理温度は７００℃、熱処理時間は１時間とした。
[Comparative Example 2]
The same single crystal silicon substrates as in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were prepared. Next, in order to remove a natural oxide film on the prepared single crystal silicon substrate, the substrate was washed with hydrofluoric acid in a batch type apparatus and then rinsed with pure water. After that, it was left in the atmosphere of cleanliness class 1000 for 3 hours. Next, an amorphous silicon layer was formed using a low-pressure CVD apparatus. The film formation temperature was 550° C., and monosilane was used as the film formation gas. After that, heat treatment was performed in a vertical furnace. The heat treatment temperature was 700° C., and the heat treatment time was 1 hour.
さらに、酸素原子層における酸素の平面濃度をＳＩＭＳにより測定した結果、酸素原子層の酸素の平面濃度は１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２であった。また、結晶性を評価するために断面ＴＥＭ観察を行った。図５にＴＥＭ観察結果を示す。成膜層は単結晶シリコン層ではなくポリシリコン層になっていることがわかる。 Furthermore, as a result of measuring the planar concentration of oxygen in the oxygen atomic layer by SIMS, the planar concentration of oxygen in the oxygen atomic layer was 1×10 15 atoms/cm 2 . In addition, cross-sectional TEM observation was performed to evaluate the crystallinity. FIG. 5 shows the TEM observation results. It can be seen that the deposited layer is not a single crystal silicon layer but a polysilicon layer.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments. The above-described embodiment is an example, and any device having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and exhibiting the same effect is the present invention. included in the technical scope of
１…単結晶シリコンウェーハ、 ２…酸素原子層、 ３…単結晶シリコン層、
１０Ａ、１０Ｂ…エピタキシャルウェーハ。
DESCRIPTION OF
10A, 10B... Epitaxial wafers.
Claims (11)
（１）前記単結晶シリコンウェーハ表面の自然酸化膜を除去する工程、
（２）前記自然酸化膜を除去した前記単結晶シリコンウェーハの表面に酸素原子層を形成する工程、
（３）前記酸素原子層を形成した前記単結晶シリコンウェーハの表面上にプラズマＣＶＤによりアモルファスシリコン層を成膜する工程、及び
（４）前記アモルファスシリコン層を熱処理により単結晶化して前記単結晶シリコン層を形成する工程を含み、かつ、
前記酸素原子層の酸素の平面濃度を１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とすることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。 An epitaxial wafer manufacturing method for forming a single crystal silicon layer on a single crystal silicon wafer,
(1) removing a native oxide film on the surface of the single crystal silicon wafer;
(2) forming an oxygen atomic layer on the surface of the single crystal silicon wafer from which the natural oxide film has been removed;
(3) forming an amorphous silicon layer by plasma CVD on the surface of the single crystal silicon wafer on which the oxygen atomic layer is formed; and (4) single crystallizing the amorphous silicon layer by heat treatment to obtain the single crystal silicon. forming a layer, and
A method for producing an epitaxial wafer, wherein the plane concentration of oxygen in the oxygen atomic layer is 1×10 15 atoms/cm 2 or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021023317A JP2022125625A (en) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | Manufacturing method for epitaxial wafer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021023317A JP2022125625A (en) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | Manufacturing method for epitaxial wafer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022125625A true JP2022125625A (en) | 2022-08-29 |
Family
ID=83058308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021023317A Pending JP2022125625A (en) | 2021-02-17 | 2021-02-17 | Manufacturing method for epitaxial wafer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2022125625A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024009705A1 (en) * | 2022-07-06 | 2024-01-11 | 信越半導体株式会社 | Method for manufacturing epitaxial wafer |
-
2021
- 2021-02-17 JP JP2021023317A patent/JP2022125625A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024009705A1 (en) * | 2022-07-06 | 2024-01-11 | 信越半導体株式会社 | Method for manufacturing epitaxial wafer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201604304A (en) | Method for semiconductor processing | |
| JP2008538161A (en) | Method and system for removing oxide from a substrate | |
| KR101321424B1 (en) | Method of surface treatment and thin film growth, and equipment for surface treatment and thin film growth | |
| JP3381816B2 (en) | Semiconductor substrate manufacturing method | |
| JP4655495B2 (en) | Deposition method | |
| JP2010034330A (en) | Epitaxial wafer and method of manufacturing the same | |
| TW200405436A (en) | Fabrication method of semiconductor device and semiconductor device | |
| JP7231120B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| JP2022125625A (en) | Manufacturing method for epitaxial wafer | |
| JP7435516B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| JP7247902B2 (en) | Epitaxial wafer manufacturing method | |
| JP3298467B2 (en) | Manufacturing method of epitaxial wafer | |
| JP2011023431A (en) | Method of fabricating silicon carbide semiconductor device | |
| US7947552B2 (en) | Process for the simultaneous deposition of crystalline and amorphous layers with doping | |
| US6661075B2 (en) | Abrupt pn junction diode formed using chemical vapor deposition processing | |
| JP7347350B2 (en) | Method for setting epitaxial growth conditions and method for manufacturing epitaxial wafers | |
| JP4120163B2 (en) | Si epitaxial wafer manufacturing method and Si epitaxial wafer | |
| WO2024009705A1 (en) | Method for manufacturing epitaxial wafer | |
| JP2701793B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| JP2019149471A (en) | Evaluating method of gettering ability of semiconductor wafer and manufacturing method of semiconductor wafer using the same | |
| CN110998789A (en) | Semiconductor wafer of monocrystalline silicon and method for producing a semiconductor wafer | |
| WO2023163078A1 (en) | Production method for single crystal semiconductor film, production method for multilayer film of single crystal semiconductor film, and semiconductor element | |
| JP2011060908A (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for semiconductor device | |
| KR20000018992A (en) | Low temperature cleaning method for epitaxial layer growth and low temperature cleaning device | |
| JPH053163A (en) | Manufacture of semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230222 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20231115 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20231121 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240109 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240402 |