JPH0680634B2 - エピタキシャルウェーハおよびその製造方法 - Google Patents

エピタキシャルウェーハおよびその製造方法

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JPH0680634B2
JPH0680634B2 JP1802889A JP1802889A JPH0680634B2 JP H0680634 B2 JPH0680634 B2 JP H0680634B2 JP 1802889 A JP1802889 A JP 1802889A JP 1802889 A JP1802889 A JP 1802889A JP H0680634 B2 JPH0680634 B2 JP H0680634B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、個別回路素子または集積回路素子を形成する
ためのエピタキシャルウェーハおよびその製造方法に関
するものである。
[従来の技術] 半導体製造技術において、各種の回路素子を形成する場
合、例えば、P型またはN型の半導体基板を用い、その
半導体基板の上にP-型またはN-型のエピタキシャル層を
形成し、このエピタキシャル層に各種回路素子を形成す
ることが行われている。
ところで、このように半導体基板上にエピタキシャル層
を形成する場合、オートドーピングの問題を生じる。こ
のオートドーピング現象は、半導体基板からエピタキシ
ャル層への熱による固相拡散にもよるが、半導体基板に
おける側面部および背面部の不純物が気相中に一旦放出
され、当該不純物がエピタキシャル層表面に搬送される
ことによって生じる。
このようなオートドーピングが生じるとエピタキシャル
層の不純物濃度が変化し、エピタキシャル層内において
不純物濃度が不均一化してしまう。特に、半導体基板と
エピタキシャル層との界面近傍のエピタキシャル層中の
不純物濃度が変動してしまい、所望のエピタキシャル層
の不純物濃度までに到達するのに相当のエピタキシャル
層が無駄になる。つまり、半導体基板と同じ導電型のエ
ピタキシャル層を形成する場合にあっては、その界面近
傍のエピタキシャル層中の不純物濃度が高くなってしま
い、一方、半導体基板と逆導電型のエピタキシャル層を
形成する場合にあっては、その界面近傍のエピタキシャ
ル層中の不純物濃度が低くなってしまうことから、所望
の不純物濃度のエピタキシャル層を得るには該エピタキ
シャル層を必要以上に厚くしなければならない。
そこで、従来、上記のような不都合を回避するため、エ
ピタキシャル層を形成する前に半導体基板の側面および
裏面に酸化膜からなる保護膜を形成し、当該酸化膜によ
って不純物の気相への放出を抑止し、その状態で半導体
基板の表面にエピタキシャル層を形成するようにしてい
た。このような技術については、例えば、特開昭58-958
19号公報に記載されている。
[発明が解決しようとする課題] ところが、従来においては保護膜の化学的性質および形
成方法については十分な注意がはらわれておらず、保護
膜としては比較的容易に形成できる熱酸化膜を主として
用いていた。
この熱酸化膜により保護膜の形成は、半導体基板の全面
に熱酸化膜を形成し、その後半導体基板の表面側の熱酸
化膜のみを除去することによって行っていた。
しかし、熱酸化膜は緻密で硬いため、半導体基板の表面
側の熱酸化膜除去を半導体基板の鏡面研磨加工(ポリッ
シング)の際に行なうとすれば、研磨除去のために多大
の時間を要する。そこで、従来は、鏡面研磨加工前に熱
酸化膜除去のための特別の工程を設けるのが一般的であ
った。
一方、保護膜として熱酸化膜の代わりにポリシリコンを
用いる技術も知られている。このポリシリコンの場合に
は、半導体基板の裏面にのみ保護膜を形成することがで
き、その表面側の僅かに析出したポリシリコン除去が半
導体基板の鏡面研磨加工の際に同時に行うことができる
という利点を持つが、反面、熱酸化膜に比べてシール性
が悪いという問題があった。
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、工数低
減に寄与し、しかもシール効果の高い保護膜を持つエピ
タキシャルウェーハおよびその製造方法を提供すること
を目的としている。
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添附図面から明らかに
なるであろう。
[課題を解決するための手段] 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を説明すれば、下記のとおりである。
第1の発明は、半導体基板の側面および裏面に保護膜を
有し、かつ半導体基板の表面にエピタキシャル層を有す
るエピタキシャルウェーハにおいて、上記保護膜を3重
量%以上のOH基を含んだ酸化膜で構成するようにしたも
のである。
また、第2の発明は、第1の発明における酸化膜の厚さ
を0.3μm以上としたものである。
第3の発明は、半導体基板の側面および裏面に保護膜を
形成し、上記半導体基板の表面上にエピタキシャル層を
形成するにあたり、上記保護膜として3重量%以上のOH
基を含んだ酸化膜を形成するようにしたものである。
また、第4の発明は、第3の発明において、酸化膜を低
温常圧CVD法によって形成するに際し、キャリアガスと
して不活性ガス例えば窒素ガスを用い、これにモノシラ
ン0.05〜0.15vol%、O2を0.5〜1.5vol%混合した反応ガ
ス雰囲気中で、上記半導体基板の温度を350〜450℃の条
件下で上記酸化膜の形成を行うようにしたものである。
[作用] 上記した各手段によれば、保護膜を3重量%以上のOH基
を含んだ酸化膜から構成するようにしている。このよう
にOH基を多く含む酸化膜は硬度が低く、通常の半導体基
板の研磨工程において酸化膜の部分的除去が同時に行え
ることとなり、従来の熱酸化膜のようには特別の酸化膜
除去工程が必要ではなくなる。
なお、CVD法によりOH基濃度が2重量%以下の酸化膜の
形成も行い得るが、この酸化膜は、通常の半導体基板の
研磨条件では、熱酸化膜と同様にその研磨速度は著しく
遅い。他方、本発明の酸化膜は、エピタキシャル工程の
オートドーピング抑制効果に関しては熱酸化膜と比較し
て劣らない。
[実施例] 以下、本発明に係るエピタキシャルウェーハの実施例を
図面に基づいて説明する。
第1図には実施例のエピタキシャルウェーハの断面図が
示されている。
同図において符号1はP型半導体基板(P型シリコン基
板)を表わしており、このP型半導体基板1の側面およ
び裏面にはOH基を3重量%以上含む酸化膜からなる保護
膜2が形成され、一方半導体基板1の表面には例えばP-
型エピタキシャル層3が形成されている。
ここで上記保護膜2は、P-型エピタキシャル層3の形成
の際、半導体基板1の側面部および裏面部からの気相へ
の不純物の放出を防止するように働く。この酸化膜2の
膜厚は0.3μm以上となっている。
続いて、上記エピタキシャルウェーハの製造方法につい
て説明する。
例えば、円筒型、管状炉型等のリアクタを用いた低温常
圧CVD法によって、P型半導体基板1の全面に酸化膜2
を0.3μm程度の厚さで形成する。
具体的には、例えば、キャリアガスとして不活性ガス例
えば窒素ガスを用いて、これにモノシラン0.05〜0.15vo
l%、O2を0.5〜1.5vol%混合した反応ガス雰囲気中で、
上記半導体基板の温度を350〜450℃の条件下で酸化膜2
の形成を行なう。
以上によってOH基を3重量%以上含む酸化膜2が得られ
る。
このことは下記の実験によって確認される。
第3図に示すグラフは上記方法によって形成された酸化
膜(CVD酸化膜)の赤外線吸収特性を調べたもので、当
該グラフの横軸には波長(μm)が、縦軸には透過率が
取られている。この第3図においては波長2.8μmのと
ころで赤外線吸収が見られるが、この赤外線吸収を示す
凹部aがOH基の存在を示している。また、凹部bがHの
存在を示している。また、このCVD酸化膜中のOH基、H
の割合、CVD酸化膜の硬度、屈折率が熱酸化膜との比較
において下表に示されている。
また、第4図はOH基の量とCVD酸化膜形成の際の半導体
基板温度(反応温度)との関係を調べたもので、この第
4図からは、OH基の量は450℃以下で急激に上昇してい
ることが分かる。なお、350℃以下では緻密は酸化膜の
形成が困難である。
以上のようにしてOH基を3重量%以上含む酸化膜2が得
られたなら、次に、例えばコロイダルシリカを研磨材と
する機械化学研磨によって半導体基板1の表面を鏡面研
磨加工する。その際、半導体基板1の表面側に付着した
CVD酸化膜2を同時に除去する。この場合、CVD酸化膜2
は熱酸化膜よりも研磨速度が速いので容易に除去され
た。
具体的には研磨布としては市販の不織布例えばロデール
社製品番No.210、研磨材としてはシリカ粒子平均粒径0.
05μmのコロイダルシリカを水に分散したもの(アルカ
リ性pH12程度、常温、研磨圧力はシリコンウェーハの単
位平方センチ当り150g)を採用した。その結果、シリコ
ン自体の研磨速度は1.1μm/分であった。ちなみに、シ
リコンのビッカース硬度は1130kg/mm2である。これに対
し、熱酸化膜、CVD酸化膜、ポリシリコンに対応するデ
ータは次のとおりである。
即ち、熱酸化膜(1100℃)のビッカース硬度は1274kg/m
m2、ポリシリコンのビッカース硬度は1141kg/mm2、CVD
酸化膜のビッカース硬度は817kg/mm2であり、熱酸化膜
のポリッシング速度は10-5μm/分、ポリシリコンのポリ
ッシング速度は1.0μm/分、CVD酸化膜(OH基4重量%)
のポリッシング速度は4×10-2μm/分である。この実験
にあたって、熱酸化膜、CVD酸化膜の厚さはエリプソメ
ータによって測定し、シリコンの厚さは容量法によって
測定した。なお、CVD酸化膜のOH基濃度が低くなればな
る程研磨速度は落ちる。
このようにCVD酸化膜は熱酸化膜に比べて硬度が低くポ
リッシグされ易いので、鏡面研磨加工によって容易に剥
離することができ、したがって、鏡面研磨加工前に酸化
膜除去のための特別の工程を必要としない。その分、半
導体製造工程におけるスループットが向上することとな
る。
以上のようにして半導体基板の側面および裏面のみにCV
D酸化膜が形成されたなら、それを保護膜(シール膜)
としてエピタキシャル層を形成する。このようにすれ
ば、オートドーピングが効果的に防止されることにな
る。
このことを確認するために下記の実験を行った。
この実験では、シート抵抗0.01〜0.02Ωcm、結晶方向<
100>の4インチのP+型ウェーハ(半導体基板)の側面
および裏面にCVD酸化膜を形成した後、半導体基板をシ
リンダ炉に入れ、シリンダ炉の中にキャリアガスとして
H2ガスを導入し、半導体基板の温度が所定温度(1150
℃)までに達したならSiHCl3(3.0vol%)とB2H6(1.5
×10-9vol%)とを導入して、シート抵抗のP型エピタ
キシャル層を1.5μm/分の速度で10μmの厚さに形成
し、エピタキシャル層内の9点(中心、R/2、周辺5mm)
の不純物濃度の測定を行なった。
この実験結果が第5図に示されている。なお、第5図に
はエピタキシャル層内において同一直線上にある5点の
データが示されているが、他の4点は対応するR/2、周
辺5mmの点のシート抵抗の値と略同様である。
この第5図において●は、CVD酸化膜の厚さが0.3μmの
ときのシート抵抗の分布、○はCVD酸化膜の厚さが0.1μ
mのときのエピタキシャル層内のシート抵抗の分布を示
している。このシート抵抗のバラツキは理想的にはエピ
タキシャル層内において5%以内に抑制することが望ま
れるが、CVD酸化膜0.3μmの場合には十分その条件を満
たしていることが分かる。したがって、十分なシール効
果を得るためには膜厚を0.3μm以上とすれば良いこと
が分かる。なお、ちなみに、熱酸化膜で保護膜を形成す
る場合には最低0.1μmの膜厚が必要であり、ポリシリ
コンで保護膜を形成する場合には、最低3μm以上(CV
D酸化膜の10倍以上)の膜厚が必要である。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。
例えば、上記実施例では、P型半導体基板の上にP-型エ
ピタキシャル層を形成する場合について説明したが、P
型半導体基板の上にN型エピタキシャル層を形成するも
のにも適用できる。また、N型半導体基板の上にP-型ま
たはN-型エピタキシャル層を形成するものにも適用でき
る。
なお、CVD酸化膜形成時の温度の下限を350℃としたのは
膜形成のスループットを考慮したものであって、それ以
下の温度で酸化膜を形成するようにしても良い。
[発明の効果] 本願において開示される発明のうち代表的なもの効果を
説明すれば下記のとおりである。
即ち、本発明によれば、保護膜が3重量%以上のOH基を
含んだ酸化膜からなるので、その保護膜の部分的除去が
半導体基板の鏡面加工の際に同時に行えることとなり、
その結果、従来の熱酸化膜のようには特別の酸化膜除去
工程が必要ではなくなる。
また、OH基を多く含む酸化膜は結晶性が熱酸化膜に比べ
て悪いので、そのシール効果は熱酸化膜よりも若干劣る
こととなる(勿論ポリシリコンに比べればシール効果は
格段に高い)が、その分膜厚を厚くすればシール効果の
不十分さを補完することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係るエピタキシャルウェーハの縦断面
図、 第2図(A),(B)は第1図のエピタキシャルウェー
ハの製造方法の各工程を示す縦断面図、 第3図は第1図のエピタキシャルウェーハに用いられる
CVD酸化膜の赤外線吸収特性を示すグラフ、 第4図はCVD酸化膜におけるOH量と反応温度との関係を
示すグラフ、 第5図はCVD酸化膜の膜厚を変えた場合のエピタキシャ
ル層中のシート抵抗分布を示すグラフである。 1……半導体基板、2……保護膜、3……エピタキシャ
ル層。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板の側面および裏面にオートドー
    ピング防止のための保護膜を有し、かつ半導体基板の表
    面にエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハ
    において、上記保護膜が3重量%以上のOH基を含んだ酸
    化膜から構成されていることを特徴とするエピタキシャ
    ルウェーハ。
  2. 【請求項2】上記酸化膜の厚さは0.3μm以上であるこ
    とを特徴とする請求項1記載のエピタキシャルウェー
    ハ。
  3. 【請求項3】半導体基板の側面および裏面にオートドー
    ピング防止のための保護膜を形成し、上記半導体基板の
    表面にエピタキシャル層を形成するにあたり、上記保護
    膜として3重量%以上のOH基を含んだ酸化膜を形成する
    ように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。
  4. 【請求項4】上記酸化膜を低温常圧CVD法によって形成
    するに際し、キャリアガスとして不活性ガス例えば窒素
    ガスを用いて、これにモノシラン0.05〜0.15vol%、O2
    を0.5〜1.5vol%混合した反応ガス雰囲気中で、上記半
    導体基板の温度を350〜450℃の条件下で行うようにした
    ことを特徴とする請求項3記載のエピタキシャルウェー
    ハの製造方法。
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