(57)【要約】【課題】ヒ素をドープしたシリコン単結晶ウェーハにおいて、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハの提供。【解決手段】エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されるとピット欠陥が発生し易くなるが、面方位が（１００）であり、［１００］軸に対して［００１］方向または［００１］方向に角度θ、［０１０］方向または［０１０］方向に角度φとした傾斜角を、特定範囲とすることで、ピット欠陥が発生し難くなり、健全なエピタキシャル層が得られる。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
面方位が（１００）であり、［１００］軸に対して［００１］方向または［００１］方向に角度θ、［０１０］方向または［０１０］方向に角度φだけ傾斜した範囲（０．２°≦θかつφ≦０．１°、または０．２°≦φかつθ≦０．１°）に、ヒ素をドープし比抵抗値が２．５ｍΩ・ｃｍ以上のシリコン単結晶インゴットより切り出されたウェーハであり、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されたウェーハ表面にエピタキシャル成膜を有し、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したエピタキシャルウェーハ。
【請求項２】
シリコン単結晶インゴットより、ウェーハの面方位が（１００）であり、［１００］軸に対して［００１］方向または［００１］方向に角度θ、［０１０］方向または［０１０］方向に角度φだけ傾斜した範囲（０．２°≦θかつφ≦０．１°、または０．２°≦φかつθ≦０．１°）に切り出す工程と、エピタキシャル成膜する前のウェーハ表面にガスエッチングを施す工程と、ウェーハ表面にエピタキシャル成膜する工程を含み、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
シリコン単結晶インゴットが、ヒ素をドープし比抵抗値が２．５ｍΩ・ｃｍ以上である請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
ガスエッチングが、ＨＣｌガスである請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハに関し、特に、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されてピット欠陥が発生し易くなっているヒ素（Ａｓ）をドープしたシリコン単結晶ウェーハにおいて、該インゴットより特定面方位に切り出して作製したウェーハを用いることで、前記ピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンエピタキシャルウェーハの製造において、（１００）面基板のオフアングル、すなわち、傾斜角度は、ＳＥＭＩスタンダード（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　）で２°以下と規定されている（ＳＥＭＩ　Ｍ２−８７）。
【０００３】
また、最近では基板の加工精度の向上により傾斜角度１°以下の基板が通常用いられている。例えば、特公平３−６１６３４号公報には、エピタキシャル成長時の微小欠陥、すなわちティアドロップの低減を図ることを目的として、結晶軸の傾斜角度を、［１００］軸に対して［０１１］方向または［０１１］方向の角度θ、［０１１］方向または［０１１］方向の角度φを、５’≦θ≦２°　φ≦１０’または５’≦φ≦２°　θ≦１０’とする技術が開示されている。なお、方向を示す数字の下線は、結晶学の表記で本来数字の上に位置する線を意味するものであり、表記の都合上、下線として補助している。
【０００４】
しかしながら、この数値範囲のシリコン（１００）基板ウェーハをエピタキシャル成長したときに、そのエピタキシャルウェーハ表面が基板ウェーハ表面より粗れてしまうことがあり、エピタキシャルウェーハ表面のマイクロラフネスを制御することが困難であった。
【０００５】
そこで、上記マイクロラフネスを改善する方法として、特許第３０８１７０６号には、前記の切断方位の角度範囲を、３０’≦θ≦２°、かつ３０’≦φ≦２°に規定する技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、エピタキシャルウェーハの製造に際して一般的な、ｎ型で３〜５ｍΩ・ｃｍ程度の低抵抗のシリコン単結晶ウェーハを用い、一般的な製造工程でウェーハ表面に鏡面研磨を施し、さらにエピタキシャル成長前に清浄化のためにＨＣｌガスエッチングを施すと、エピタキシャル成長後の成膜層にピットを生じる問題があることを知見した。
【０００７】
この発明は、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハの提供を目的とし、特に、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されるとピット欠陥が発生し易くなる、ヒ素（Ａｓ）をドープしたシリコン単結晶ウェーハに対して、エピタキシャル成膜を施しても前記ピット欠陥の発生を抑制し、健全なエピタキシャル層が得られるエピタキシャルウェーハとその製造方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、エピタキシャル層のピット欠陥の低減を目的にウェーハの面方位、結晶軸の傾きについて鋭意検討した結果、前述した従来のティアドロップやマイクロラフネスの改善のために規定した傾斜角とは異なる方位の傾斜角を特定することで健全なエピタキシャル層が得られることを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
すなわち、この発明は、面方位が（１００）であり、［１００］軸に対して［００１］方向または［００１］方向に角度θ、［０１０］方向または［０１０］方向に角度φだけ傾斜した範囲（０．２°≦θかつφ≦０．１°、または０．２°≦φかつθ≦０．１°）に、ヒ素をドープし比抵抗値が２．５ｍΩ・ｃｍ以上のシリコン単結晶インゴットより切り出されたウェーハであり、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されたウェーハ表面にエピタキシャル成膜を有し、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したことを特徴とするエピタキシャルウェーハである。
【００１０】
また、この発明は、ウェーハの面方位が（１００）であり、角度θ、角度φが特定範囲（０．２°≦θかつφ≦０．１°、または０．２°≦φかつθ≦０．１°）となるようにシリコン単結晶インゴットより切り出す工程と、エピタキシャル成膜する前のウェーハ表面にガスエッチングを施す工程と、ウェーハ表面にエピタキシャル成膜する工程を含み、エピタキシャル成膜後に見られるピットを低減したことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明において、シリコン単結晶インゴット並びにウェーハは、エピタキシャルウェーハの製造に使用するため、ヒ素をドープし比抵抗値が２．５ｍΩ・ｃｍ以上である性状のものを対象としている。なお、比抵抗値に上限を設ける必要はない。
【００１２】
この発明において、ウェーハの面方位は（１００）であり、ウェーハの（１００）面において、ウェーハ中心を通って結晶方向、［００１］、［００１］、［０１０］、［０１０］があり、（１００）面法線とウェーハ表面の面法線とのなす角度で、［１００］軸に対して［００１］方向または［００１］方向の角度成分を角度θ、［０１０］方向または［０１０］方向の角度成分を角度φとする。
【００１３】
この発明は、前記傾斜角度θとφを、０．２°≦θでかつφ≦０．１°の範囲、または０．２°≦φでかつθ≦０．１°の範囲に制御することを特徴とし、θが０．２°以上である場合に、他方のφに比べて相対的に大きいことが好ましく、０．１以上の差異があることが好ましい。また同様に、φが０．２°以上である場合、他方のθに比べて大きいことが必要である。
【００１４】
発明者らは、エピタキシャル層のピット欠陥は、ＣＯＰに起因するものであり、このピット欠陥が発生（残留）するか否かは、前記傾斜角に依存するものと推測するもので、傾斜角θとφが前記範囲に制御されると、エピタキシャル成膜後の表面にピット欠陥を生じないことを確認している。
【００１５】
この発明において、シリコン単結晶インゴットよりウェーハに切り出す工程は、当該結晶軸方向や特定方向への傾き等を正確に把握、制御できることができれば、公知の内周刃やワイヤーソーなどを用いるいずれのスライス方法も採用できる。
【００１６】
ウェーハに切り出された後の製造工程は、各種の研磨工程、鏡面研摩工程、面取り工程、洗浄工程など、目的や要求される性状や清浄度などに応じて、公知のいずれの工法、工程をも採用することができ、選択する工程種とその実施順序なども適宜選定することが可能である。
【００１７】
この発明において、ウェーハ表面にエピタキシャル成膜する工程は、特に限定されるものでなく、半導体デバイスの製造用基板として要求されるシリコンエピタキシャル層を気相成長できるよう、公知のいずれの気相成膜方法並びに気相成長装置をも用いることができ、選択した方法や装置等に応じてソースガスや成膜条件を適宜選定するとよい。なお、処理温度しては１０５０℃から１１５０℃が好ましい。
【００１８】
また、この発明において、エピタキシャル成膜する前のウェーハ表面にガスエッチングを施す工程を採用する。具体的には、実施例に示すごとくエピタキシャル成膜するための準備段階、すなわちチャンバー内で昇温しながら水素ガス置換し、例えば所要温度で水素ベークし、続いてＨＣｌガスエッチングを行い、その後所要の成膜雰囲気、温度となしてソースガスを導入して、所要膜厚みとなるよう気相成長を行い、シリコンエピタキシャル層を形成する。
【００１９】
水素ベーク条件としては、温度が１０５０℃から１２００℃が好ましく、エッチングガスには、ＨＣｌガスの他塩素化合物ガスが採用でき、エッチング量としては、表面から０．５μｍ以下の深さが好ましい。
【００２０】
【実施例】
実施例１
チョクラルスキー法で引き上げた外径６インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置（日平トヤマ製）を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が４ｍΩ・ｃｍ、ｎ型、（１００）面からの傾斜角がθ＝０．２４°、φ＝０．０２°である性状のウェーハを得た。
【００２１】
前記ウェーハに鏡面研磨を施し、洗浄した後、気相成長装置で、１１５０℃の水素雰囲気で１分保持する水素ベークを施し、その後、ＨＣｌガスを流して約０．１μｍ深さのガスエッチングを行った。次いで、ソースガスを供給し、１１００℃に保持して気相成長を行い、４μｍ厚みのエピタキシャル層を成膜した。
【００２２】
以上の工程に際し、気相成長装置に投入する前（Ａ）、ガスエッチング後（Ｂ）、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）におけるウェーハ表面の性状を、光散乱法にて観察し、欠陥数を調べた。その結果を表１に示す。
【００２３】
なお、気相成長装置に投入する前（Ａ）の欠陥（ＣＯＰ）数測定には、三井金属鉱業製のＭＯ６０１を用いた。ガスエッチング後（Ｂ）及びエピタキシヤル層成膜後（Ｃ）の欠陥（ピット）数測定には、ＫＬＡテンコール製のＳｕｒｆｓｃａｎ６２２０を用いた。
【００２４】
表１に示すＬＰＤ分布状態を説明すると、気相成長装置に投入する前（Ａ）のＣＯＰ数は２６０３５個、ガスエッチング後（Ｂ）のピット数は２６２１個で、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）のピット数は２２個であった。
【００２５】
実施例２
チョクラルスキー法で引き上げた外径６インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が４．８ｍΩ・ｃｍ、ｎ型、（１００）面からの傾斜角がθ＝０．２０°、φ＝０．１０°である性状のウェーハを得た。
【００２６】
得られたウェーハを用いて実施例１と同条件で、４μｍ厚みのエピタキシャル層を成膜した。また、実施例１と同様、同条件で測定観察した結果、すなわち気相成長装置に投入する前（Ａ）、ガスエッチング後（Ｂ）、エピタキシヤル層成膜後（Ｃ）の各欠陥数を表１に示す。
【００２７】
表１に示す欠陥数を説明すると、気相成長装置に投入する前（Ａ）のＣＯＰ数は２５３０３個、ガスエッチング後（Ｂ）のビット数は２７５４個、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）のピット数は３４個であった。
【００２８】
比較例１
チョクラルスキー法で引き上げた外径６インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が４．２ｍΩ・ｃｍ、ｎ型、（１００）面からの傾斜角がθ＝０．１８°、φ＝０．１３°である性状のウェーハを得た。
【００２９】
得られたウェーハを用いて実施例１と同様条件で、４μｍ厚みのエピタキシャル層を成膜した。また、実施例１と同様、同条件で測定観察した結果、すなわち気相成長装置に投入する前（Ａ）、ガスエッチング後（Ｂ）、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）の各欠陥数を表１に示す。
【００３０】
表１に示す欠陥数を説明すると、気組成長装置に搬入する前（Ａ）のＣＯＰ数は２８９０２個、ガスエッチング後（Ｂ）のピット数は１５２５３個、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）のピット数は７５４６個であった。
【００３１】
比較例２
チョクラルスキー法で引き上げた外径６インチのヒ素をドープしたシリコン単結晶インゴットからワイヤーソー装置を用いて、シリコン単結晶ウェーハとして、比抵抗値が３．６ｍΩ・ｃｍ、ｎ型、（１００）面からの傾斜角がθ＝０．２２°、φ＝０．２１°である性状のウェーハを得た。
【００３２】
得られたウェーハを用いて実施例１と同様条件で、４μｍ厚みのエピタキシャル層を成膜した。また、実施例１と同様、同条件で測定観察した結果、すなわち気相成長装置に投入する前（Ａ）、ガスエッチング後（Ｂ）、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）の各欠陥数を表１に示す。
【００３３】
表１に示す欠陥数を説明すると、気相成長装置に投入する前（Ａ）のＣＯＰ数は２８２２個、ガスエッチング後（Ｂ）のビット数は２１２５個、エピタキシャル層成膜後（Ｃ）のピット数は２５２個であった。
【００３４】
以上の実施例と比較例を対比すると、この発明の場合は、基板のＣＯＰ数が多くてもエピタキシヤル層成膜後の欠陥数を低減できることが分る。
【００３５】
【表１】
2004091234.tif 000002
【００３６】
【発明の効果】
この発明によると、実施例に明らかなように、シリコン単結晶の切断において特別な工程、作業の追加がなく、切断時に面方位傾斜角を特定することにより、エピタキシャル層のピット欠陥を低減したエピタキシャルウェーハを提供でき、特に、エピタキシャル成膜前にガスエッチングが施されてピット欠陥が発生し易くなっているヒ素（Ａｓ）をドープしたシリコン単結晶ウェーハに対し、エピタキシャル成膜を施しても、前記ピット欠陥の発生を抑制し、健全なエピタキシャル層が得られる。