JP5338559B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
そして、このようなシリコン単結晶をスライスして作製したシリコンウェーハに、例えばエピタキシャル層を成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造することがある。
シリコン単結晶インゴットは、一般的にチョクラルスキー(CZ)法またはフローティングゾーン(FZ)法等により育成される。育成されたシリコン単結晶インゴットは、切断され、直径を揃えるために丸め加工(円筒研削工程)が施される。次に、このシリコン単結晶インゴットからウェーハ状のシリコンウェーハが切り出され(スライス加工工程)、切り出されたシリコンウェーハの周辺部の角を落とすために面取り(ベベリング加工工程)が施される。さらに、このシリコンウェーハ表面の凹凸を無くし、平坦度を高め、表面の傷を最小にする為に機械研磨(ラッピング加工工程;この段階でラップドウェーハと呼ぶ)が施され、機械研磨時にシリコンウェーハの表層に形成された研磨歪み層が混酸エッチングにより除去される(エッチング工程;この段階でエッチドウェーハと呼ばれる)。
このような、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、例えば特許文献1に記載されている。
以上のような、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ヒ素ドープの超低抵抗シリコンウェーハ上に、簡易な方法で、積層欠陥のほとんどないエピタキシャル層を形成して、高品質のシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
このような取り代で鏡面研磨することで、発生したピットをウェーハ表面のみならず表層まで除去することができるため、エピタキシャル層形成の際のウェーハ表面へのピットの発生を確実に防止することができる。
これに対して、本発明者らは鋭意検討した結果、エピタキシャル成長用シリコンウェーハの抵抗率とエピタキシャル層に発生する積層欠陥数の関係を調べた。調べた結果を図2に示す。図2に示すように、1.7mΩcm以下の基板になると積層欠陥数が増え始めて、1.65mΩcm以下では大幅に増えてしまうことを本発明者らは見出した。また、このような超低抵抗率のヒ素ドープ結晶の抵抗率の下限は、1.0mΩcmである。図5に、ヒ素ドープ結晶の抵抗率実績を示す。図5に示すように、抵抗率が1.0mΩcmの結晶を作製することは困難であり、実際に抵抗率が1.0mΩcm未満のヒ素ドープ結晶は作製できなかった。
そして、このようなシリコンウェーハに対して、650℃〜1300℃の間で温度条件を変えながら熱処理を施してみると、850℃以上で熱処理をすることで、ウェーハ表面やその近傍にまでピットを移動させることができることを見出した。また、1200℃を超えるとスリップ転位が発生してしまった。そして、その後鏡面研磨してピットを除去すれば、その後のエピタキシャル成長時にはウェーハ表面にピットが発生せずに積層欠陥を防止できることを見出して本発明を完成させた。
図1は、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
このような取り代で鏡面研磨することで、発生したピットをウェーハ表面のみならず表層付近のピットまで除去することができるため、エピタキシャル層形成の際のウェーハ表面へのピットの発生をより確実に防止することができる。この鏡面研磨の前にエッチングを行って、研磨とエッチングを組み合わせてピットを除去することも可能であり、その場合、研磨代とエッチング代を合わせて、上記取り代とすることも好ましい。
以下、図1に示す、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例をより具体的に説明する。
次に、育成したシリコン単結晶を、例えば円筒研削し、その後ワイヤーソーでスライスして(図1(b))、ウェーハ状にしてシリコンウェーハを得る。次に、エッジグラインディングして面取りし(図1(c))、ラッピングし(図1(d))、エッチングを行う(図1(e))。
次に、シリコンウェーハをエピタキシャル反応室に投入し、反応室内の温度を1000〜1200℃に昇温して水素ベーク処理を行うことで、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜やパーティクルを除去して浄化する(図1(i))。その後、反応室内にSiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2、SiH4等、一般的に用いられる原料ガスを供給し、所望厚さのエピタキシャル層を形成する(図1(j))。
上記の各工程は、特に限定されず、公知の技術を用いることができ、また、工程の間に例えばエッチング等の他の工程を行うこともできる。
(実施例1)
直径150mm(6インチ)、ヒ素ドープ、抵抗率1.5mΩcmの結晶をCZ法により引き上げ、ワイヤーソーによりスライスし、エッジグラインディング、ラッピング、エッチング工程を行い、その後、窒素雰囲気下850℃と1190℃の2条件で20minの熱処理を行ってピットを発生させた。次いで、裏面保護酸化膜は、常圧CVD装置を用いて、SiH4とO2ガスを用いて厚さ約500nmの酸化膜を形成した。次に、それらのシリコンウェーハの表面側を鏡面研磨してピットを除去した。このときの研磨代は5μmであった。
このように製造したシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層に発生した積層欠陥の分布を示す観察図を、850℃で熱処理したものを図3(b)に、1190℃で熱処理したものを図3(c)に示す。図3(b)、(c)に示すように、積層欠陥の発生はなく良好なエピタキシャル層が形成されていることが確認できた。
実施例1と同様に、ただし、本発明の熱処理の代わりに、窒素雰囲気下、650℃で20minの通常のドナーキラー熱処理を行った。
このように製造したシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層に発生した積層欠陥の分布を示す観察図を図3(a)に示す。図3(a)に示すように、エピタキシャル成長前のシリコンウェーハに発生したピットが原因で、積層欠陥が多数発生してしまった。
直径150mm(6インチ)、ヒ素ドープ、抵抗率1.5mΩcmの結晶をCZ法により引き上げ、ワイヤーソーによりスライスし、エッジグラインディング、ラッピング、エッチング工程を行い、その後、水素雰囲気下で熱処理を行った。この際、熱処理温度と熱処理時間をそれぞれ変えて6枚のエピタキシャル成長用シリコンウェーハを作製した。このシリコンウェーハ表面の積層欠陥の核となるピットを観察した図を図4に示す。
また、20min以上行うことで、ピットが十分にウェーハ表面付近にまで移動し、後のエピタキシャル成長時に発生する積層欠陥はほとんど無く、さらには、60min以上であれば、図4に示すように多数のピットがウェーハ表面にまで移動するため、ピットの除去がより容易になることが分かった。
Claims (2)
- シリコン単結晶をスライスして得られるシリコンウェーハ表面にエピタキシャル層を形成して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、少なくとも、
ヒ素をドープして抵抗率1.0〜1.7mΩcmにしたシリコン単結晶をスライスしてシリコンウェーハを得て、該シリコンウェーハを850〜1200℃で熱処理することでピットを発生させて、該熱処理したシリコンウェーハを鏡面研磨することで前記発生したピットを除去して、その後該鏡面研磨したシリコン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エピタキシャルウェーハの製造方法。 - 前記熱処理したシリコンウェーハを鏡面研磨する際に、1〜10μmの取り代で鏡面研磨することを特徴とする請求項1に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
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