JP5545293B2 - エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、エピタキシャルシリコンウェーハ - Google Patents
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Description
本願は、2009年4月10日に、日本に出願された特願2009−095936号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
すなわち、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、3×10 13 atoms/cm 3 以上、2×10 16 atoms/cm 3 以下の濃度範囲の窒素、および/または5× 10 15 atoms/cm 3 以上、3×10 17 atoms/cm 3 以下の濃度範囲の炭素を添加して、CZ法により抵抗率が0.1Ωcm〜100Ωcmに相当する濃度のボロンを含むP−型のシリコン単結晶インゴットを引上げる工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをシリコンウェーハに加工する工程と、
前記シリコンウェーハの一面にエピタキシャル法により抵抗率が0.1〜100Ωcmに相当する濃度のボロンを含むP型のシリコン単結晶層を形成し、P/P−タイプのエピタキシャルシリコンウェーハを得る工程と、
前記エピタキシャルシリコンウェーハに対して、600℃以上、850℃以下で5分以上、300分以下の第一の熱処理を行う工程と、
前記第一の熱処理を行った前記エピタキシャルシリコンウェーハに対して、900℃以上、1100℃以下の範囲まで昇温速度0.1℃/分以上且つ3℃/分以下で昇温させた後、900℃以上、1100℃以下の範囲で30分以上、300分以下の第二の熱処理を行う工程と、
を備え、
前記第一の熱処理および前記第二の熱処理を行った後のエピタキシャルシリコンウェーハの初期格子間酸素濃度が7.5×10 17 atoms/cm 3 以上、18×10 17 atoms/cm 3 以下であり、
前記第一の熱処理によって酸素析出核を発生させ、前記第二の熱処理によって酸素析出核を成長させて、エピタキシャルシリコンウェーハの置換位置炭素や置換位置窒素を起点にして、ボロン・炭素・窒素・酸素系の酸素析出物を析出し、サイズが10〜300nm、密度3×10 7 /cm 2 以上で存在させることを特徴とする。
本発明は、前記シリコン単結晶インゴットを水素を含む不活性ガス雰囲気で引上げることができる。
本発明は、3×1013atoms/cm3以上且つ、2×1016atoms/cm3以下の濃度範囲の窒素、および/または5×1015atoms/cm3以上且つ、3×1017atoms/cm3以下の濃度範囲の炭素を添加して、CZ法によりシリコン単結晶インゴットを引上げる工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをシリコンウェーハに加工する工程と、
前記シリコンウェーハの一面にエピタキシャル法によりシリコン単結晶層を形成し、エピタキシャルシリコンウェーハを得る工程と、
前記エピタキシャルシリコンウェーハに対して、600℃以上且つ、850℃以下で5分以上、300分以下の第一の熱処理を行う工程と、
前記第一の熱処理を行った前記エピタキシャルシリコンウェーハに対して、900℃以上且つ、1100℃以下の範囲まで昇温させた後、900℃以上且つ、1100℃以下の範囲で30分以上且つ、300分以下の第二の熱処理を行う工程と、を備えたことができる。
図1は、本実施形態におけるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すフローチャートである。なお、本実施形態では、デバイス製造プロセスにおける熱処理の最高温度が、例えば300〜990℃の範囲の、いわゆる低温処理、ないし熱処理時間が5分以下の短時間処理に適したエピタキシャルシリコンウェーハについて説明する。
本実施形態の製造方法においては、図1に示すように、エピタキシャルシリコンウェーハ製造工程P1とデバイス製造工程P2とを備える。エピタキシャルシリコンウェーハ製造工程P1は、シリコン単結晶引上げ工程S1、ウェーハ加工工程S2、エピタキシャル成膜工程S3、第一の熱処理工程S4、及び第二の熱処理工程S5を備える。デバイス製造工程P2は、デバイス作り込み工程S6、及び薄膜化、仕上工程S7を備える。エピタキシャルシリコンウェーハ製造工程P1を経て得られた本発明のエピタキシャルシリコンウェーハを、デバイス製造工程P2に供して、半導体デバイスが得られる。なお、第一の熱処理工程S4、及び第二の熱処理工程S5は、デバイスプロセス(デバイス製造工程P2)の初期工程に組み込んでも良い。
熱遮蔽体107の仕様例を挙げると次のとおりである。ルツボに入る部分の外径は例えば570mm、最下端における最小内径Sは例えば370mm、半径方向の幅(厚み)Wは例えば100mmとする。また、ルツボ101(又は石英ルツボ101c)の外径は例えば650mmであり、熱遮蔽体107の下端から融液面までの高さHは例えば60mmである。
まず、ルツボ内に高純度多結晶シリコンを装入する。その後、単結晶シリコン中の抵抗率がP−タイプとなるようドーパントとしてボロン(B)を添加する。なお、本発明において、ボロン(B)濃度がP+タイプとは、単結晶シリコンの抵抗率が8mΩcm〜100mΩcmに相当する濃度であり、Pタイプとは単結晶シリコンの抵抗率が0.1〜100Ωcmに相当する濃度であり、P−タイプとは単結晶シリコンの抵抗率が0.1Ωcm〜100Ωcmに相当する濃度である。また、P/P−タイプとは、P−タイプ基板の上に、エピタキシャル成長によってPタイプのシリコン単結晶層を積層したウェーハを意味する。
一方、上記の範囲を超えると、炭素・酸素系析出物や窒素・酸素系析出物の形成が促進され高密度な炭素・酸素系析出物や窒素・酸素系析出物を得られるが、析出物のサイズが抑制される。その結果、析出物周りの歪みが弱くなる傾向が強くなる。従って、歪みの効果が弱いことから不純物を捕獲するための効果が減少する。
第一の熱処理工程S4は、温度が600℃以上且つ、750℃以下であることが好ましく、600℃以上且つ、700℃以下であることがより好ましい。第一の熱処理工程S4の処理時間は、30分以上且つ、300分以下であることが好ましく、60分以上且つ、300分以下であることがより好ましい。第一の熱処理工程S4の温度が600℃以上且つ850℃以下であれば十分な量の酸素析出核を発生させることができる。また、第一の熱処理工程S4の処理時間が5分以上且つ300分以下であれば十分な量の酸素析出核を発生させることができる。
第二の熱処理工程S5における昇温速度は特に限定されないが0.1℃/分以上且つ3℃/分以下であることが好ましい。
第二の熱処理工程S5は、温度が950℃以上且つ、1100℃以下であることが好ましく、1000℃以上且つ、1050℃以下であることがより好ましい。第二の熱処理工程S5の処理時間は、60分以上且つ、300分以下であることが好ましく、120分以上且つ、300分以下であることがより好ましい。第二の熱処理工程S5の温度が900℃以上且つ1100℃以下であれば、酸素析出核を確実に成長させて、この結果、十分な量の酸素析出物が得られる。また、第二の熱処理工程S5の処理時間が30分以上であれば、格子間不純物を捕獲し易い大きさの酸素析出物を形成することができ、300分以下であれば、格子間不純物を捕獲するのに十分な大きさ、歪をもった酸素析出物を確実に形成することができる。
このような第一の熱処理工程S4、および第二の熱処理工程S5を行うと、エピタキシャルウェーハ10の置換位置炭素や置換位置窒素を起点にして、ボロン・炭素・窒素・酸素系の酸素析出物16が多数析出される。なお、本発明においてボロン・炭素・窒素・酸素系析出物とは、ボロン・炭素を含有した複合体(クラスター)やボロン・窒素を含有した複合体(クラスター)である析出物を意味する。
このときの条件の一例としては、次のように設定される。
厚さT3;700μm
厚さT4;60μm(50〜80μm)
裏面にランダムな加工変質層を形成
表面状態;粗さ5nm程度
このときの条件の一例としては、次のように設定される。
厚さT5;30μm
表面状態;粗さ5nm程度
砥粒として、硬度200HV〜1000HV程度、粒径10〜100nm程度のコロイダルシリカまたはシリコン結晶あるいはダイヤモンドライクカーボンを用いる。前記砥粒を重量比1%wt〜5%wt含有するスラリーにより、アルミナからなる定盤上で、圧力9.8kPa〜49kPa(100g/cm2〜500g/cm2)、処理時間10〜60sec程度の処理をおこなう。
11 シリコンウェーハ、
12 シリコン単結晶層。
Claims (5)
- 3×1013atoms/cm3以上、2×1016atoms/cm3以下の濃度範囲の窒素、および/または5× 1015atoms/cm3以上、3×1017atoms/cm3以下の濃度範囲の炭素を添加して、CZ法により抵抗率が0.1Ωcm〜100Ωcmに相当する濃度のボロンを含むP−型のシリコン単結晶インゴットを引上げる工程と、
前記シリコン単結晶インゴットをシリコンウェーハに加工する工程と、
前記シリコンウェーハの一面にエピタキシャル法により抵抗率が0.1〜100Ωcmに相当する濃度のボロンを含むP型のシリコン単結晶層を形成し、P/P−タイプのエピタキシャルシリコンウェーハを得る工程と、
前記エピタキシャルシリコンウェーハに対して、600℃以上、850℃以下で5分以上、300分以下の第一の熱処理を行う工程と、
前記第一の熱処理を行った前記エピタキシャルシリコンウェーハに対して、900℃以上、1100℃以下の範囲まで昇温速度0.1℃/分以上且つ3℃/分以下で昇温させた後、900℃以上、1100℃以下の範囲で30分以上、300分以下の第二の熱処理を行う工程と、
を備え、
前記第一の熱処理および前記第二の熱処理を行った後のエピタキシャルシリコンウェーハの初期格子間酸素濃度が7.5×10 17 atoms/cm 3 以上、18×10 17 atoms/cm 3 以下であり、
前記第一の熱処理によって酸素析出核を発生させ、前記第二の熱処理によって酸素析出核を成長させて、エピタキシャルシリコンウェーハの置換位置炭素や置換位置窒素を起点にして、ボロン・炭素・窒素・酸素系の酸素析出物を析出し、サイズが10〜300nm、密度3×10 7 /cm 2 以上で存在させることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。 - 前記シリコン単結晶インゴットを水素を含む不活性ガス雰囲気で引上げることを特徴とする、請求項1に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 前記第二の熱処理の後、300℃以上、990℃以下の範囲の低温処理を行うことを特徴とする、請求項1または2に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 請求項1または2記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によって製造されたエピタキシャルシリコンウェーハであって、
300℃以上、990℃以下の範囲とされる低温処理プロセスに供されることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。 - 請求項1から3のいずれかに記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によって製造されたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
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