(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＺ法に基づくＮ型のシリコンウェーハの表面に、ＦＺ法に基づくＮ型のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせ単結晶シリコン基板において、
上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハは１０００Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有するとともに、
上記シリコンウェーハ同士の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に低減した張り合わせ単結晶シリコン基板。
【請求項２】
上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハは１０μｍ以上の厚さを有する請求項１に記載の張り合わせ単結晶シリコン基板。
【請求項３】
上記張り合わせ界面には欠陥が存在する請求項１または請求項２に記載の張り合わせ単結晶シリコン基板。
【請求項４】
上記張り合わせ界面には、１５０オングストローム以下の直径のＳｉＯxの略球状のアモルファス部分が存在する請求項１または請求項２に記載の張り合わせ単結晶シリコン基板。
【請求項５】
ＣＺ法に基づくシリコンウェーハおよび１０００Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有するＦＺ法に基づくシリコンウェーハを、共に希ＨＦ洗浄する工程と、
この希ＨＦ洗浄の後、上記ＣＺ法に基づくシリコンウェーハの表面に、上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハを張り合わせる工程と、
この張り合わせた単結晶シリコン基板を９００〜１１００℃の温度で熱処理する工程とを備えた張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法。
【請求項６】
ＣＺ法に基づくシリコンウェーハおよび１０００Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有するＦＺ法に基づくシリコンウェーハを、共に希ＨＦ洗浄した後、これらのそれぞれをオゾンの存在下でＨＣｌにより洗浄する工程と、
このオゾンとＨＣｌとによる洗浄後、上記ＣＺ法に基づくシリコンウェーハの表面に、上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハを張り合わせる工程と、
この張り合わせた単結晶シリコン基板を９００〜１１００℃の温度で熱処理する工程とを備えた張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は例えばエピタキシャルウェーハに代わる張り合せ単結晶シリコン基板およびその製造方法、詳しくはＣＺ法に基づくＮ型のシリコンウェーハと、ＦＺ法に基づくＮ型のシリコンウェーハとを張り合わせる場合、両ウェーハの界面を含む濃度遷移領域にボロンによる反転Ｐ型層が存在せず、エピタキシャルウェーハよりもその遷移領域での濃度勾配を急峻にすることが可能な張り合わせシリコンウェーハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、高抵抗（１０００Ω・ｃｍ以上）のウェーハの作製にはエピタキシャル法を用いることが考えられていた。例えば高濃度Ｎ＋＋のＣＺウェーハ表面に炉内でシリコンをエピタキシャル成長させて高抵抗のエピタキシャル層Ｎ−−を形成するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなエピタキシャル法によれば、厚いＮ−−層（例えば１０μｍ以上）を形成する場合、不純物濃度の変化する遷移層の幅が拡がってしまうという課題が生じてくる。これは、厚いエピタキシャル層を形成する場合、エピタキシャル成長時間が長くなり、バルクからのドーパントがエピタキシャル層にまで拡散してくるからである。
また、成長させたＮ−−層の濃度が不安定となるという課題が生じる。これは、高不純物濃度のＣＺウェーハ表面に高抵抗のエピタキシャル層を成長させるため、エピタキシャル炉の清掃を頻繁に行い、炉内の清浄度を常に高めておかねばならず、その管理が大変に面倒であった。コスト高ともなっていた。
さらに、Ｎ＋＋層とＮ−−層との界面にライフタイムキラーが要求される場合、エピタキシャル成長ではこれを形成することができなかった。
【０００４】
そこで、このような高抵抗のシリコンウェーハの作製をＦＺウェーハ（フローティングゾーン法で作製したシリコンウェーハ）を用いることが考えられる。このようなＦＺウェーハによるシリコン基板の製造方法として、例えば特開平５−２６７１１３号公報に記載のものが知られている。
これは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）で作製されたシリコンウェーハ（以下、ＣＺウェーハ）に、ＦＺウェーハを張り合わせるものである。
この場合、ＦＺウェーハは、酸素濃度が低くかつ酸素析出物が存在しないことから、ＦＺウェーハ全体を無欠陥層（Denuded Zone：「ＤＺ層」）として使用している。
このように、ＩＧ層であるＣＺウェーハと、ＤＺ層であるＦＺウェーハとを張り合わせて、１枚の積層式の単結晶シリコン基板を作製することにより、１枚のシリコンウェーハの内部にＩＧ層を形成し、かつ、その表面にＤＺ層を形成する場合の欠点を解消している。
ところで、ＣＺウェーハとＦＺウェーハとの両者がＳｂ（アンチモン）などを含有するＮ型のシリコンウェーハの場合、張り合わせの前処理であるウェーハ洗浄工程において、ＣＺウェーハおよびＦＺウェーハを、ＮＨ４ＯＨおよびＨ２Ｏ２の溶液により洗浄して、ウェーハ表面のダングリングボンドをＯＨ基で終端させる作業が行われている。
このように、ダングリングボンドをＯＨ基で終端させておけば、その後、ＣＺウェーハおよびＦＺウェーハを張り合わせて１０００℃以上で加熱処理した際に、気泡が発生することなく、２枚のＣＺウェーハおよびＦＺウェーハを良好かつ強固に接合できるからである（Japanese Journal of Applied Physics ; Vol.30,No.4,April,1991,pp.615-622)。
【０００５】
しかしながら、上記アンモニア系洗浄後のシリコンウェーハ表面には、通常、１×１０１２atoms ／ｃｍ２以上のボロンＢが存在している。そして、張り合わせではボロンが１μｍ程度の範囲に拡散される結果、張り合わせ界面ではボロンは２×１０１６atoms ／ｃｍ３の密度で存在することとなる。ボロンはＰ型のドーパントでもあるので、実際にウェーハの張り合わせ試験を行ったところ、図４の従来手段に係る張り合わせ単結晶シリコン基板の説明図に示すように、張り合わせ単結晶シリコン基板１００を構成するＩＧ層のＣＺウェーハ１０１と、ＤＺ層であるＦＺウェーハ１０２とを単に張り合わせただけでは、張り合わせウェーハの界面にＰ型層１０３が自然形成されることがわかった。これにより、張り合わせ単結晶シリコン基板１００が、製造時の意図に反してＮＰＮ構造のバイポーラトランジスタを形成し、目的品であるＮ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板の良品歩留り率が低下してしまうおそれがあった。すなわち、このようなＦＺ／ＣＺ張り合わせウェーハは、高抵抗エピタキシャルウェーハの代替品として用いることができなかった。
【０００６】
【発明の目的】
この発明の目的は、高抵抗で厚いＮ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板を製造することである。また、この発明の目的は、ＣＺシリコンウェーハとＦＺシリコンウェーハとからなる、Ｎ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板の良品歩留り率を向上できる張り合わせ単結晶シリコン基板およびその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ＣＺ法に基づくＮ型のシリコンウェーハの表面に、ＦＺ法に基づくＮ型のシリコンウェーハを張り合わせた張り合わせ単結晶シリコン基板において、上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハは１０００Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有するとともに、上記シリコンウェーハ同士の張り合わせ界面におけるボロン濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下に低減した張り合わせ単結晶シリコン基板である。
ＦＺ法に基づくシリコンウェーハの比抵抗は、特に１５００Ω・ｃｍ程度が好ましい。１０００Ω・ｃｍ未満だとエピタキシャルウェーハに比較して作製での優位性が保持できないからである。
【０００８】
ただし、この請求項１の張り合わせ単結晶シリコン基板においては、張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法およびボロン低減方法は特に限定されることがない。どのような手段によりウェーハの張り合わせ界面からボロンを除去したものでも、本発明に含まれる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハは１０μｍ以上の厚さを有する請求項１に記載の張り合わせ単結晶シリコン基板である。
１０μｍ以上の厚さのエピタキシャルウェーハでは高抵抗値のものを作製することが困難であるからである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記張り合わせ界面には欠陥が存在する請求項１または請求項２に記載の張り合わせ単結晶シリコン基板である。
この張り合わせ界面の欠陥とは、例えばシリコンウェーハを高温で熱酸化するとき、この界面領域に発生する酸素誘起積層欠陥（Oxidation Induced Stacking Fault）、転位などである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、上記張り合わせ界面には、１５０オングストローム以下の直径のＳｉＯxの略球状のアモルファス部分が存在する請求項１または請求項２に記載の張り合わせ単結晶シリコン基板である。
ここで、ＳｉＯxの略球状（または島状）アモルファス部分は、例えばＣＺウェーハ表面の自然酸化膜を厚さ６オングストローム以下として張り合わせることにより形成される。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
請求項５に記載の発明は、ＣＺ法に基づくシリコンウェーハおよび１０００Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有するＦＺ法に基づくシリコンウェーハを、共に希ＨＦ洗浄する工程と、この希ＨＦ洗浄の後、上記ＣＺ法に基づくシリコンウェーハの表面に、上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハを張り合わせる工程と、この張り合わせた単結晶シリコン基板を９００〜１１００℃の温度で熱処理する工程とを備えた張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法である。
上記希ＨＦ洗浄は、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：（５０〜４００程度）のＨＦ液を用い、これにウェーハを３０秒間〜５分間ディップして行う。
また、上記熱処理温度が９００℃未満では張り合わせ不良の発生が増加する。さらに、１１００℃を越えると不純物の拡散幅が拡がりすぎる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、上ＣＺ法に基づくシリコンウェーハおよび１０００Ω・ｃｍ以上の比抵抗を有するＦＺ法に基づくシリコンウェーハを、共に希ＨＦ洗浄した後、これらのそれぞれをオゾンの存在下でＨＣｌにより洗浄する工程と、このオゾンとＨＣｌとによる洗浄後、上記ＣＺ法に基づくシリコンウェーハの表面に、上記ＦＺ法に基づくシリコンウェーハを張り合わせる工程と、この張り合わせた単結晶シリコン基板を９００〜１１００℃の温度で熱処理する工程とを備えた張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法である。
例えばオゾン洗浄は、８ｐｐｍのオゾンＯ３水を用いる。ＨＣｌ洗浄は、例えば１／１０００のＨＣｌ液に２０〜６０秒程度ディップするものとする。
【００１６】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、ＣＺウェーハの表面にＦＺウェーハを張り合わせると、単結晶シリコン基板の活性層側に、抵抗値が均一で高抵抗なＮ層を比較的簡単に作製することができる。また、張り合わせ界面にＰ型反転層が存在しない、Ｎ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板を作製することがきる。よって、エピタキシャルウェーハの代替物として高抵抗ウェーハを得ることができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明の場合、積極的にＣＺウェーハおよびＦＺウェーハの張り合わせ界面に欠陥を形成するので、これがライフタイムキラーとして作用する。
【００１８】
請求項４に記載の発明の場合には、積極的にＣＺウェーハおよびＦＺウェーハの張り合わせ界面にＳｉＯxの略球状アモルファス部分を形成する。この結果、上記の場合と同様に張り合わせ界面でのＰ型反転層の形成を抑制することができる。また、ライフタイムキラーが不必要な場合に適用することができる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、張り合わせ前のＣＺウェーハおよびＦＺウェーハの洗浄時に、まず両シリコンウェーハを希ＨＦ洗浄して、表面のＳｉＯ２膜を除去してベアシリコンウェーハとし、その後、これをオゾンとＨＣｌとにより洗浄する。この結果、ウェーハ表面のボロン濃度を１×１０９ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下とすることができる。そして、その張り合わせ界面でのボロン濃度を１×１０１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明する。
まず、この発明に係る張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法の実施例について説明する。
〈実施例１，２、比較例１〉
ＣＺ法により引き上げられたシリコン単結晶に対して、所定のスライス・ラップ・研磨などを施すことにより、厚さ６２５μｍ、直径６インチのＮ＋＋ＣＺウェーハ（ＰＷ：Polished Wafer）を用意する。このＣＺウェーハはＳｂをドーパントとし、その比抵抗は０．００１〜０．０３Ω・ｃｍである。
また、ＦＺ法により作製されたシリコンウェーハとして、比抵抗が１０００Ω・ｃｍ、厚さ６２５μｍ、直径６インチのＮ−−ＦＺウェーハ（ＰＷ）を準備する。
【００２１】
これらのＣＺウェーハおよびＦＺウェーハには、張り合わせ前にアンモニア系溶液による洗浄が施される。すなわち、例えば液温が８０℃の、ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５のＳＣ１（Standard Cleaning 1）溶液に１０分間浸漬するＳＣ１洗浄が各ウェーハに対して施される。このＳＣ１洗浄によるＣＺウェーハ、ＦＺウェーハを比較例に係るウェーハとして用いる。
次に、実施例１，２に係るＣＺウェーハ、ＦＺウェーハに対しては、さらに、ＨＦ：Ｈ２Ｏ＝１：２００の希フッ酸溶液に２分間浸漬する希ＨＦ洗浄が施され、その表面の自然酸化膜が除去される。この希ＨＦ洗浄後のウェーハを実施例１に係るウェーハとして用いる。
さらに、実施例２に係るＣＺウェーハ、ＦＺウェーハに対しては、この後さらに、オゾン水Ｏ３と塩酸ＨＣｌとによる洗浄が施される。オゾン水での洗浄は、８ｐｐｍのオゾン水に５秒間程度浸漬する。ＨＣｌ洗浄は、１／１０００のＨＣｌ液に３０秒程度ディップする。このオゾン水、ＨＣｌ洗浄後のウェーハを実施例２とする。
【００２２】
次に、上記洗浄処理が施された各実施例および比較例に係るＣＺウェーハ１１、ＦＺウェーハ１２を乾燥した後、室温常圧中において、ＣＺウェーハ１１およびＦＺウェーハ１２の各鏡面における結晶方位を合致させて非加圧状態でこれらの鏡面同士を重ね合わせて接触させる（図１）。
次いで、この重ね合わされた状態のウェーハを加熱炉に装入し、１１００℃、２時間の条件で張り合わせ熱処理を行う。そして、このようにして作製した張り合わせ単結晶シリコン基板について、その張り合わせ界面での反転層の有無、欠陥の有無を測定した。この結果を表１に示す。この測定は、張り合わせ基板を張り合わせ界面に対して垂直に切断し、この断面を電子顕微鏡で観察することにより行った。また、張り合わせ界面のボロン濃度は以下の通りである。検出は、ＳＩＭＳによる深さプロファイル測定として行った。
【００２３】
【表１】
0003573243.tif 000002
【００２４】
この結果、実施例１，２では、ＣＺウェーハ１１およびＦＺウェーハ１２の張り合わせ界面にボロンをドーパントとするＰ型反転層は形成されない。よって、Ｎ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板１０の良品歩留り率を向上できた。また、実施例１では、その張り合わせ界面に欠陥１３が形成され、この欠陥１３をライフタイムキラーとして作用させることができる。
これに対して、比較例では、ＣＺウェーハ１１およびＦＺウェーハ１２の張り合わせ界面にボロンを原因としたＰ型反転層が形成された。これにより、Ｎ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板１０の良品歩留り率が悪くなった。
【００２５】
また、このようにして作製した張り合わせ単結晶シリコン基板（実施例２）に対してそのＦＺウェーハ側を所定量だけ研削し、さらに研磨することにより、そのＦＺウェーハ部分の厚さを３０μｍとした。
この張り合わせ単結晶シリコン基板についてエピタキシャル成長によるシリコンウェーハ（参考例）と以下の比較を行った。参考例となるエピタキシャルウェーハは、以下の成長条件で成長させ、その比抵抗値を１０００Ω・ｃｍとしたものである。すなわち、Ｎ型のＣＺウェーハに対してソースガスとしてＤＣＳを用い、エピタキシャル成長速度０．７μｍ／分、エピタキシャル成長温度１０８０℃により、厚さ１μｍのエピタキシャル層をエピタキシャル成長させた。
【００２６】
具体的には、これらの実施例に係る張り合わせ単結晶シリコン基板および参考例に係るエピタキシャルウェーハについて、その製造コスト（収率）、濃度遷移層の幅、ねらい抵抗値からのずれの度合い、高抵抗層での抵抗値の面内均一性、厚さの面内分布を測定した。この結果を表２に示す。濃度遷移層幅の測定は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectroscopy）で測定した。ねらい抵抗値からのずれは斜め研磨後のＳＲ（Spreading Resistance）で検出した。抵抗値の面内均一性は、オムニマップで判定した。厚さの面内分布は、ＦＴＩＲ（フーリエ変換赤外分光器）測定で行った。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る張り合わせ単結晶シリコン基板によれば、張り合わせ界面のボロン濃度を低減したので、張り合わせ界面にＰ型反転層が存在しなくなる。これにより、Ｎ−−／Ｎ＋＋型の張り合わせ単結晶シリコン基板の良品歩留り率を向上できる。
【００２９】
請求項３に記載の発明では、張り合わせ界面に欠陥を形成したので、欠陥がライフタイムキラーとして機能する。
請求項４に記載の発明では、ウェーハの張り合わせ界面にＳｉＯxの略球状アモルファス部分を形成するようにしたので、ライフタイムキラーを必要としない場合の高抵抗ウェーハを得ることができる。
【００３０】
この発明の請求項５，６に係る張り合わせ単結晶シリコン基板の製造方法によれば、張り合わせ界面に反転層を有しない高抵抗ウェーハを簡易に形成することができる。請求項５に記載の発明では、その張り合わせ界面にライフタイムキラーを存在させることができる。請求項６に記載の発明では、ライフタイムキラーが不必要な場合の高抵抗基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る張り合わせ単結晶シリコン基板の張り合わせ工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  張り合わせ単結晶シリコン基板、
１１  ＣＺウェーハ、
１２  ＦＺウェーハ、
１３  欠陥。
【図１】
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