JP6432879B2 - Epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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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。 The present invention also relates to the production how of the epitaxial wafer.
例えば、モバイル端末に接続して用いる予備電源(モバイル電源)などに使用されるMOS(Metal Oxide Semiconductor)構造の半導体デバイスにエピタキシャルウェーハが使用されている。近年の省電力化等の観点から、このようなエピタキシャルウェーハに使用される基板の抵抗率を極めて低くすることが求められている。 For example, an epitaxial wafer is used for a semiconductor device having a MOS (Metal Oxide Semiconductor) structure used for a standby power supply (mobile power supply) used by connecting to a mobile terminal. From the viewpoint of power saving in recent years, it is required to make the resistivity of a substrate used for such an epitaxial wafer extremely low.
抵抗率が極めて低い、例えば、n型基板(シリコン単結晶基板)のもとになるシリコン単結晶インゴットを育成する場合は、n型ドーパント種の中で揮発性の低い燐をドーパントとして高濃度に添加する。この添加する燐を調整することで、シリコン単結晶インゴットから得られるシリコン基板の抵抗率が調整される。添加する燐を調整して、例えば、抵抗率が0.8mΩ・cm以下となったシリコン基板にエピタキシャル層を成長すると、エピタキシャル層の成長時にスタッキングフォルト(積層欠陥)が発生し易くなる。このような積層欠陥が発生したエピタキシャルウェーハを用いて半導体デバイスを作製すると、半導体デバイスの特性に悪影響を及ぼす。そのため、半導体デバイスに使用されるエピタキシャルウェーハに生じる積層欠陥の数が一定数以下となるようにエピタキシャルウェーハの品質を管理する必要がある。 When growing a silicon single crystal ingot having a very low resistivity, for example, an n-type substrate (silicon single crystal substrate), a high concentration of phosphorus having a low volatility among n-type dopant species as a dopant. Added. By adjusting the added phosphorus, the resistivity of the silicon substrate obtained from the silicon single crystal ingot is adjusted. For example, when an epitaxial layer is grown on a silicon substrate having a resistivity of 0.8 mΩ · cm or less by adjusting the added phosphorus, stacking faults (stacking faults) are likely to occur during the growth of the epitaxial layer. When a semiconductor device is manufactured using an epitaxial wafer in which such a stacking fault has occurred, the characteristics of the semiconductor device are adversely affected. Therefore, it is necessary to control the quality of the epitaxial wafer so that the number of stacking faults generated in the epitaxial wafer used for the semiconductor device is a certain number or less.
例えば、特許文献1には、燐が高濃度に添加されたシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長する際に生じる積層欠陥を抑制する方法が開示されている。しかし、特許文献1に記載された発明では、積層欠陥を抑制するためにシリコン単結晶基板の裏面にポリシリコン層を形成する必要がある。
For example,
また、特許文献2には、燐が高濃度に添加されたシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハが開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is grown on a silicon single crystal substrate to which phosphorus is added at a high concentration.
しかし、特許文献2に記載の発明は、燐及びゲルマニウムが添加されたシリコン単結晶基板に成長するエピタキシャル層の層厚を調整することでミスフィット転位を防止するものである。 However, the invention described in Patent Document 2 prevents misfit dislocations by adjusting the layer thickness of an epitaxial layer grown on a silicon single crystal substrate to which phosphorus and germanium are added.
本発明の課題は、燐のみが添加された抵抗率0.8mΩ・cm以下のシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長する際に生じる積層欠陥を抑制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にある。 An object of the present invention is to provide a manufacturing how an epitaxial wafer that can suppress the stacking faults caused in growing a phosphorous only epitaxial layer the added resistivity 0.8mΩ · cm or less in the silicon single crystal substrate is there.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
引き上げ速度を0.5mm/min以下にしてドーパントとして燐のみが添加された抵抗率0.8mΩ・cm以下のシリコン単結晶インゴットを育成する工程と、
シリコン単結晶インゴットから切り出したシリコン単結晶基板の表面にエピタキシャル層を成長する工程と、
を備えることを特徴とする。
The method for producing an epitaxial wafer of the present invention includes:
A step of growing a silicon single crystal ingot having a resistivity of 0.8 mΩ · cm or less to which only a phosphorus is added as a dopant at a pulling rate of 0.5 mm / min or less;
Growing an epitaxial layer on the surface of the silicon single crystal substrate cut out from the silicon single crystal ingot;
It is characterized by providing.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、上記の育成する工程で育成したインゴットから切り出したシリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長するため、エピタキシャル成長時に生じる積層欠陥を抑制できる。 The epitaxial wafer manufacturing method of the present invention grows an epitaxial layer on a silicon single crystal substrate cut out from the ingot grown in the above-described growing step, and therefore can suppress stacking faults that occur during epitaxial growth.
育成する工程における引き上げ速度を0.4mm/min以下にすると、シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長する際に生じる積層欠陥を効果的に抑制できる。育成する工程における引き上げ速度の下限としては、例えば、生産性からは0.35mm/min以上が好適である。 When the pulling rate in the growing step is 0.4 mm / min or less, stacking faults that occur when growing an epitaxial layer on a silicon single crystal substrate can be effectively suppressed. The lower limit of the pulling rate in the growing step is preferably, for example, 0.35 mm / min or more from the viewpoint of productivity.
以下、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一例として、シリコン単結晶基板(以下、「基板W」とする。)にシリコンエピタキシャル層を成長してシリコンエピタキシャルウェーハを製造する製造方法を説明する。本実施例では、基板Wの元になるシリコン単結晶インゴットを育成する周知の引き上げ装置と、その引き上げ装置により育成したインゴットから切り出した基板Wにエピタキシャル成長を施す周知の気相成長装置を用いる。 Hereinafter, as an example of an epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, a manufacturing method for manufacturing a silicon epitaxial wafer by growing a silicon epitaxial layer on a silicon single crystal substrate (hereinafter referred to as “substrate W”) will be described. In this embodiment, a known pulling apparatus that grows a silicon single crystal ingot that is a base of the substrate W and a known vapor phase growth apparatus that performs epitaxial growth on the substrate W cut out from the ingot grown by the pulling apparatus are used.
最初に周知の引き上げ装置を用いて基板Wのもとになるシリコン単結晶インゴットを作製する。引き上げ装置は、例えば、石英るつぼを有する。先ず、この石英るつぼに多結晶シリコンと抵抗率を調整するドーパント(燐のみ)を入れて溶融させると、溶融液が石英るつぼ内に貯留する。そして、その貯留した溶融液の液面に種結晶シリコン棒を漬け、引き上げ速度を0.35mm/min以上かつ0.5mm/mm以下にして種結晶シリコン棒を引き上げ、シリコン単結晶インゴットを作製する。 First, a silicon single crystal ingot that is a base of the substrate W is manufactured using a known pulling apparatus. The lifting device has, for example, a quartz crucible. First, when polycrystalline silicon and a dopant (only phosphorus) for adjusting the resistivity are put into the quartz crucible and melted, the melt is stored in the quartz crucible. Then, a seed crystal silicon rod is immersed in the liquid surface of the stored melt, and the seed crystal silicon rod is pulled up at a pulling speed of 0.35 mm / min to 0.5 mm / mm to produce a silicon single crystal ingot. .
次に、作製したシリコン単結晶インゴットを所定の厚さに切り出した後、切り出したウェーハに粗研磨、エッチング、研磨などを施して表面に鏡面加工がされた状態(ポリッシュドウェーハの状態)の基板Wを作製する。基板Wは、シリコン単結晶インゴットの作製する際に添加された燐により抵抗率が0.8mΩ・cm以下となるように調整される。 Next, after cutting the produced silicon single crystal ingot to a predetermined thickness, the cut wafer is subjected to rough polishing, etching, polishing, etc., and the surface is mirror-finished (polished wafer state) W is produced. The substrate W is adjusted so that the resistivity becomes 0.8 mΩ · cm or less by phosphorus added when the silicon single crystal ingot is manufactured.
作製された基板Wは、周知の気相成長装置に搬送されてエピタキシャル成長が施される。基板Wが気相成長装置の炉内に搬送されると、炉内を、例えば、水素及び塩酸を含む雰囲気にして1100〜1140℃で60秒程度の熱処理を施す。そして、熱処理時と同じ温度帯で基板W上にエピタキシャル層を、例えば、4μm成長させ、シリコンエピタキシャルウェーハが製造される。 The manufactured substrate W is transferred to a known vapor phase growth apparatus and subjected to epitaxial growth. When the substrate W is transferred into the furnace of the vapor phase growth apparatus, the furnace is subjected to a heat treatment at 1100 to 1140 ° C. for about 60 seconds, for example, in an atmosphere containing hydrogen and hydrochloric acid. Then, an epitaxial layer is grown on the substrate W, for example, by 4 μm in the same temperature zone as in the heat treatment, and a silicon epitaxial wafer is manufactured.
以上のようにして製造されるエピタキシャルウェーハは、ドーパントに燐のみが添加された抵抗率が0.8mΩ・cm以下のシリコン単結晶基板上にシリコンエピタキシャル層が形成される。一般的には、抵抗率が0.8mΩ・cm以下となったシリコン基板にエピタキシャル層を成長すると、エピタキシャル層の成長時に積層欠陥が発生し易くなり、積層欠陥はエピタキシャルウェーハの表面にLPD(Light Point Defact)として観察される。
In the epitaxial wafer manufactured as described above, a silicon epitaxial layer is formed on a silicon single crystal substrate having a resistivity of 0.8 mΩ · cm or less in which only phosphorus is added as a dopant. In general, the resistivity is grown an epitaxial layer on a silicon substrate became less 0.8mΩ · cm, stacking faults are easily generated in the growth of the epitaxial layer, stacking faults LPD on the surface of the epitaxial wafer (Light Observed as Point Defect) .
しかし、本発明の実施態様は、基板Wの元になるシリコン単結晶インゴットが0.5mm/min以下の引き上げ速度で育成されるため、基板Wにエピタキシャル層を成長する際に生じる積層欠陥を抑制できる。本発明の実施態様により製造されたエピタキシャルウェーハの表面のLDPを、例えば、欠陥検査装置で測定すると、ウェーハ1枚当たりのLDPの数が1000個以下(好ましくは100個以下、より好ましくは10個以下)に抑制できる。よって、高品質なエピタキシャルウェーハを提供できる。 However, the embodiment of the present invention suppresses stacking faults that occur when an epitaxial layer is grown on the substrate W because the silicon single crystal ingot that is the base of the substrate W is grown at a pulling rate of 0.5 mm / min or less. it can. When the LDP on the surface of the epitaxial wafer manufactured according to the embodiment of the present invention is measured by, for example, a defect inspection apparatus, the number of LDP per wafer is 1000 or less (preferably 100 or less, more preferably 10). The following can be suppressed. Therefore, a high quality epitaxial wafer can be provided.
以下、実施例と比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated concretely, these do not limit this invention.
最初に、ドーパントとして燐のみを添加してシリコン単結晶インゴットを複数作製した。具体的には、シリコン単結晶インゴットの引き上げ速度を0.35〜0.62mm/minの範囲から4つ選択し、それぞれ選択した引き上げ速度でシリコン単結晶インゴットを育成し、引き上げ速度が異なるインゴットを4つ作製した。作製した各インゴットから直径200mm、面方位(100)のウェーハを切り出し、切り出したウェーハに粗研磨、エッチング、研磨などを施して各インゴットからそれぞれ1枚の基板Wを作製した。作製した基板Wは、抵抗率が同程度(0.75〜0.78mΩ・cm)となるように調整した。そして、作製した各基板Wをそれぞれ周知の気相成長装置の炉内に搬送し、炉内の雰囲気を水素及び塩酸を含む雰囲気にして1100〜1140℃にして60秒程度の熱処理を施した。その後、熱処理時と同じ温度帯にして基板Wに4μmのN型シリコンエピタキシャル層を成長して4枚のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。そして、作製したウェーハの表面に生じた積層欠陥(LPD)の数を欠陥検査装置(レーザーテック社製のMAGICS)の画像上でカウントすることにより得た。 First, a plurality of silicon single crystal ingots were prepared by adding only phosphorus as a dopant. Specifically, four silicon single crystal ingot pulling speeds are selected from a range of 0.35 to 0.62 mm / min, silicon single crystal ingots are grown at the selected pulling speeds, and ingots having different pulling speeds are selected. Four were produced. A wafer having a diameter of 200 mm and a plane orientation (100) was cut out from each ingot produced, and the cut wafer was subjected to rough polishing, etching, polishing, etc., and one substrate W was produced from each ingot. The produced substrate W was adjusted to have the same resistivity (0.75 to 0.78 mΩ · cm). Then, each of the produced substrates W was transferred into a furnace of a known vapor phase growth apparatus, and the atmosphere in the furnace was changed to an atmosphere containing hydrogen and hydrochloric acid at 1100 to 1140 ° C. and subjected to heat treatment for about 60 seconds. Thereafter, an N-type silicon epitaxial layer having a thickness of 4 μm was grown on the substrate W at the same temperature range as that during the heat treatment, so that four silicon epitaxial wafers were produced. And it obtained by counting the number of the stacking faults (LPD) which arose on the surface of the produced wafer on the image of a defect inspection apparatus (MAGICS by Lasertec).
(比較例)
比較例では、引き上げ速度が0.62mm/minであるインゴットから切り出した基板Wにエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハ表面の積層欠陥の数を測定した。
(Comparative example)
In the comparative example, the number of stacking faults on the surface of the epitaxial wafer on which the epitaxial layer was grown on the substrate W cut out from the ingot having a pulling rate of 0.62 mm / min was measured.
(実施例)
1つ目の実施例では、引き上げ速度が0.35mm/minであるインゴットから切り出した基板Wにエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハ表面の積層欠陥の数を測定した。残りの2つの実施例では、引き上げ速度として、0.4〜0.5mm/minの範囲で0.4mm/min近傍の引き上げ速度と、0.5mm/min近傍の引き上げ速度を選択した。そして、各引き上げ速度で育成したインゴットから切り出した各基板Wにエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハ表面の積層欠陥の数を測定した。
(Example)
In the first example, the number of stacking faults on the surface of an epitaxial wafer on which an epitaxial layer was grown on a substrate W cut out from an ingot having a pulling rate of 0.35 mm / min was measured. In the remaining two examples, a pulling speed in the range of 0.4 to 0.5 mm / min was selected as a pulling speed in the vicinity of 0.4 mm / min and a pulling speed in the vicinity of 0.5 mm / min. Then, the number of stacking faults on the surface of the epitaxial wafer on which the epitaxial layer was grown on each substrate W cut out from the ingot grown at each pulling speed was measured.
図1には、比較例と実施例で作製したシリコンエピタキシャルウェーハの表面に生じた積層欠陥の数と、作製したエピタキシャルウェーハの基板Wの元になったシリコン単結晶インゴットの引き上げ速度が示される。引き上げ速度が0.6mm/minを超える比較例においては、積層欠陥の数が1000を優に超えるのに対し、引き上げ速度が0.5mm/min以下の実施例においては、積層欠陥の数が大幅に減少した。特に引き上げ速度が0.4mm/min以下になると積層欠陥の数が10個以下となり、積層欠陥の数を効果的に抑制することができた。 FIG. 1 shows the number of stacking faults generated on the surfaces of the silicon epitaxial wafers produced in the comparative example and the example, and the pulling speed of the silicon single crystal ingot that is the basis of the substrate W of the produced epitaxial wafer. In the comparative example in which the pulling speed exceeds 0.6 mm / min, the number of stacking faults is well over 1000, whereas in the example in which the pulling speed is 0.5 mm / min or less, the number of stacking faults is large. Decreased. In particular, when the pulling speed was 0.4 mm / min or less, the number of stacking faults was 10 or less, and the number of stacking faults could be effectively suppressed.
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。 The embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the specific description, and the illustrated configurations and the like can be appropriately combined within a technically consistent range. In addition, certain elements and processes may be replaced with known forms.
W 基板(シリコン単結晶基板) W substrate (silicon single crystal substrate)
Claims (2)
引き上げ速度が0.4mm/min以下である前記シリコン単結晶インゴットから切り出したシリコン単結晶基板の表面にエピタキシャル層を成長する工程と、
を備え、
前記成長する工程にて成長した前記エピタキシャル層に生じたLPDの数が10個以下であ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。 A step of growing a silicon single crystal ingot having a resistivity of 0.8 mΩ · cm or less in which only a phosphorus is added as a dopant at a pulling rate of 0.4 mm / min or less;
A step of growing an epitaxial layer on the surface of the silicon single crystal substrate cut out from the silicon single crystal ingot having a pulling rate of 0.4 mm / min or less ;
Equipped with a,
The number of LPD produced in the said epitaxial layer grown in the said process to grow is 10 or less, The manufacturing method of the epitaxial wafer characterized by the above-mentioned .
前記成長する工程では、前記熱処理後の前記シリコン単結晶基板に対して前記熱処理と同じ温度帯で前記エピタキシャル層を成長する請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 The silicon single crystal substrate cut out from the silicon single crystal ingot further includes a step of performing heat treatment at 1100 to 1140 ° C. in an atmosphere containing hydrogen and hydrochloric acid,
2. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein in the growing step, the epitaxial layer is grown on the silicon single crystal substrate after the heat treatment in the same temperature zone as the heat treatment .
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