JPH11233518A - シリコンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ表面にゲッタリング層を持つシリコ
ンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 シリコンウェーハ１の表面に、パターニ
ングされた酸化膜２と、酸化膜２が形成されていない領
域上及び酸化膜２の端部領域の一部上を含む領域にエピ
タキシャル層３が形成され、エピタキシャル層３のうち
酸化膜２の端部領域の一部上に形成された領域付近が積
層欠陥層４を構成するシリコンエピタキシャルウェー
ハ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンエピタキ
シャルウェーハ及びその製造方法に関する。さらに詳し
くは、ウェーハ表面にゲッタリング能力を有するシリコ
ンエピタキシャルウェーハ及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェーハの製造プロセスにおい
て、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏなどの重金属によりデバイ
ス活性層が汚染されると、歩留りや製品の信頼性を劣化
させる原因になる。これらの汚染物をデバイス活性層か
ら除去することをゲッタリングと呼んでいる。ゲッタリ
ングは、ウェーハに欠陥層や析出核等のゲッタリング層
をあえて形成し、これらに汚染物を吸収させてその拡散
を阻害させようとするものであり、様々なゲッタリング
手法が提案されている。

【０００３】従来、ゲッタリング能力を有するウェーハ
を製造する方法としては、ウェーハ裏面にサンドブラス
トと呼ばれる機械的歪を施す方法、裏面にポリシリコン
層を形成する方法、ウェーハ内部に酸素析出物を形成す
る方法、燐の高濃度層をウェーハ表面に形成する方法、
エピタキシャル基板の低抵抗層を利用する方法などがあ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上の従来技術の殆ど
は、ウェーハの裏面あるいは内部にゲッタリング層を形
成させるものである。しかし、このようにウェーハの裏
面あるいは内部にゲッタリング層を形成した場合、デバ
イス活性層が形成されるウェーハ表面側の汚染物を効率
的に除去することができない場合があった。

【０００５】また、上記従来技術のうち、ウェーハ表面
にゲッタリング層を形成することができる方法として、
燐の高濃度層をウェーハ表面に形成する方法があるが、
この方法は非常に工程が多く、コストの掛かる方法であ
る。

【０００６】そこで本発明は、ウェーハ表面における汚
染元素の拡散を阻害する構造を持つシリコンエピタキシ
ャルウェーハを提供するとともに、その簡単で低コスト
の製造方法を提供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１記載の発
明は、シリコンウェーハの表面に、パターニングされた
絶縁膜と、該絶縁膜が形成されていない領域上及び該絶
縁膜の端部領域の一部上にエピタキシャル層がそれぞれ
形成され、前記エピタキシャル層のうち前記絶縁膜の端
部領域の一部上に形成された領域付近が積層欠陥層を構
成することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェー
ハを提供する。

【０００８】本願の請求項２記載の発明は、請求項１に
おいて前記絶縁膜が酸化珪素膜、窒化珪素膜及び炭化珪
素膜から選択された膜であることを特徴とするシリコン
エピタキシャルウェーハを提供する。

【０００９】本願の請求項３記載の発明は、請求項１又
は請求項２において、前記絶縁膜上に前記積層欠陥層と
連続的にポリシリコン層が形成されていることを特徴と
するシリコンエピタキシャルウェーハを提供する。

【００１０】本願の請求項４記載の発明は、請求項１な
いし請求項３において、前記絶縁膜及び前記積層欠陥層
が分離帯を構成していることを特徴とするシリコンエピ
タキシャルウェーハを提供する。

【００１１】本願の請求項５記載の発明は、シリコンウ
ェーハの表面上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜を
パターニングする工程と、前記シリコンウェーハ上にエ
ピタキシャル層を成長する工程とを含むことを特徴とす
るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供す
る。

【００１２】本願の請求項６記載の発明は、請求項５に
おいて、前記絶縁膜を形成する工程が、前記シリコンウ
ェーハの全面を酸化して酸化珪素膜を形成する工程であ
ることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの
製造方法を提供する。

【００１３】本願の請求項７記載の発明は、請求項５に
おいて、前記絶縁膜を形成する工程が、前記シリコンウ
ェーハ上に窒化珪素膜及び炭化珪素膜のいずれかを成長
する工程であることを特徴とするシリコンエピタキシャ
ルウェーハの製造方法を提供する。

【００１４】本願の請求項８記載の発明は、請求項５な
いし請求項７において、前記絶縁膜を形成する工程を行
った後、該絶縁膜上に薄いポリシリコン層を形成してか
ら該ポリシリコン層及び該絶縁膜をパターニングするこ
とを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造
方法を提供する。

【００１５】本発明においては、ウェーハ表面に酸化
膜、積層欠陥あるいはポリシリコン等から構成されるゲ
ッタリング層が形成されるために、高いゲッタリング能
力を持ったシリコンエピタキシャルウェーハが得られ
る。また、ウェーハの酸化やエピタキシャル成長などの
通常行われる工程により簡単に作製することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態の一例を
示す。図において、シリコンウェーハ１上にパターニン
グされた酸化膜（酸化珪素膜）２が形成されており、さ
らに、この酸化膜２が形成されていない領域上及び酸化
膜２の端部領域の一部上にエピタキシャル層３が形成さ
れている。エピタキシャル層３のうち、酸化膜２の端部
領域の一部上に形成された領域付近は積層欠陥層４とな
っている。この積層欠陥層４が酸化膜２とともにゲッタ
リング層を構成して重金属等の汚染元素を吸収する。な
お、２つのエピタキシャル層３，３は酸化膜２及び積層
欠陥層４により電気的に分離されており、この領域が分
離帯５を構成している。

【００１７】上記のような構成のシリコンエピタキシャ
ルウェーハは、例えば図３に示す工程に従って製造され
る。まず、シリコンウェーハを所定温度で酸化し、シリ
コンウェーハ上に酸化膜を形成する。次に、酸化膜上に
光硬化性樹脂（レジスト）をスピンナーにて塗布した
後、ホトリソグラフにより所定パターンを焼き付ける。
すなわち、マスクパターンを介して光硬化性樹脂の露光
を行い（マスク合わせ・露光）、露光部分のみを硬化さ
せる。次に、露光したウェーハを現像液に浸漬して非露
光部分を除去し、所定パターンの開口部に酸化膜を露出
させる。次に、フッ酸（ＨＦ）にて開口部の酸化膜をエ
ッチング除去した後、光硬化性樹脂の残りを硫酸過水に
て除去し、さらに洗浄を行う。

【００１８】このようにして所定パターンの酸化膜が形
成されたシリコンウェーハを作製した後、ウェーハ上に
エピタキシャル層を成長させる。エピタキシャル層は酸
化膜上では成長しにくいが、横方向にも成長するので、
図１に示すように酸化膜の端部に掛かるように成長し、
酸化膜の中央部上にはエピタキシャル層は形成されな
い。また、ウェーハのシリコン面と酸化膜との境界部で
は積層欠陥が生じやすいので、この付近で積層欠陥層４
が形成される。これにより、図１に示す構成のシリコン
エピタキシャルウェーハが得られる。

【００１９】図４は、本発明のシリコンエピタキシャル
ウェーハのパターン例を示す。マトリックス状に形成さ
れた分離帯５により分離された複数のエピタキシャル層
３内にそれぞれデバイス活性層６が形成される。したが
って、ウェーハ表面の汚染元素は分離帯５を構成する酸
化膜２及び積層欠陥層４によりゲッタリングされ、デバ
イス活性層６への汚染が阻害される。

【００２０】図２は、本発明の実施形態の他の例を示
す。この例では、酸化膜２上にエピタキシャル層３の積
層欠陥層４が一体的に形成されている。エピタキシャル
層３は前述のように横方向にも成長するので、パターニ
ングされた酸化膜２の幅がエピタキシャル層３の層厚に
比べて相対的に狭い場合は、両側から成長したエピタキ
シャル層３が繋がり、この領域に積層欠陥層４が一体的
に形成されるものである。

【００２１】なお、酸化膜、エピタキシャル層及び積層
欠陥層の配置は必要に応じて任意の構成をとることがで
き、例えば図５に示すような構成でも良い。また、上記
説明では酸化膜（酸化珪素膜）を形成する例を示した
が、酸化珪素膜の代りに窒化膜（窒化珪素膜）あるいは
炭化珪素膜を用いても良い。酸化膜や窒化膜は熱処理に
よって簡便に形成できるが、窒化膜あるいは炭化珪素膜
の場合は気相成長等の方法により形成してもよい。

【００２２】図６は、本発明の実施形態の他の例を示
す。この例では、シリコンウェーハ１１上にパターニン
グされた酸化膜（酸化珪素膜）１２が形成されており、
さらに、この酸化膜１２が形成されていない領域上にエ
ピタキシャル層１３が形成されている。エピタキシャル
層１３のうち、酸化膜１２の端部領域付近は積層欠陥層
１４となっている。また、酸化膜１２上にはポリシリコ
ン層１７が形成されている。これら酸化膜１２、積層欠
陥層１４及びポリシリコン層１７がゲッタリング層を構
成して重金属等の汚染元素を吸収するとともに、この領
域が分離帯１５を構成している。

【００２３】上記のような構成のシリコンエピタキシャ
ルウェーハは、例えば図７に示す工程に従って製造され
る。まず、シリコンウェーハを所定温度で酸化し、シリ
コンウェーハ上に酸化膜を形成した後、その上に薄いポ
リシリコン層を堆積する。次に、図２に示したホトリソ
グラフ工程と同様の工程により酸化膜及びポリシリコン
層のパターニングを行い、所定パターンの酸化膜及びポ
リシリコン層が形成されたシリコンウェーハを作製す
る。

【００２４】このように所定パターンの酸化膜及びポリ
シリコン層が形成されたシリコンウェーハ上にエピタキ
シャル層を成長させる。この場合、酸化膜上には薄いポ
リシリコン層があるために、エピタキシャル成長時に結
晶化しないポリシリコン層が酸化膜上に形成される。ま
た、他の領域にはエピタキシャル層が成長し、酸化膜の
端部付近のエピタキシャル層には積層欠陥層が形成され
る。この表面を研磨することにより、図６に示す構成の
シリコンエピタキシャルウェーハが得られる。

【００２５】この例においても、酸化膜、エピタキシャ
ル層及び積層欠陥層の配置は必要に応じて任意の構成を
とることができ、例えば図８に示すような構成でも良
い。また、酸化膜の代りに窒化膜あるいは炭化珪素膜を
用いても良いことは言うまでもない。さらに、ポリシリ
コンには燐（Ｐ）やホウ素（Ｂ）等の不純物をドープし
ても良い。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を示す。

【００２７】［実施例１］チョクラルスキー法により製
造された直径２００ｍｍ、面方位（１００）、導電型が
ｎ型で１０Ωｃｍのシリコンウェーハを使用して、以下
の工程によりシリコンエピタキシャルウェーハを作製し
た。まず、シリコンウェーハを９００℃で酸化し、シリ
コンウェーハ上に２５ｎｍの厚さの酸化膜を形成した。
次に、光硬化性樹脂をスピンナーにて塗布し、ホトリソ
グラフにより所定パターンを焼き付けた。さらに、非露
光部分を除去した後、フッ酸（ＨＦ）にて開口部の酸化
膜を除去し、光硬化性樹脂の残りを硫酸過水にて除去し
た。このようにして、１〜５０μｍ幅の線状突出部（図
１参照）を含む所定パターンの酸化膜が形成されたシリ
コンウェーハを作製した後、シリコンウェーハ上に１１
５０℃でｐ型、１０Ωｃｍのエピタキシャル層を２μ
ｍ、６μｍ又は１０μｍの厚さに成長させた。

【００２８】エピタキシャル成長時にウェーハ表面にパ
ーティクルなどの異物があると積層欠陥が発生するが、
本実施例でも同様に、酸化膜の端部付近に積層欠陥やポ
リシリコンが形成された。これら酸化膜と積層欠陥やポ
リシリコンは、デバイスプロセスにおいて、Ｃｕ、Ｎ
ｉ、Ｆｅ、Ｍｏなどの重金属のゲッタリングサイトにな
る。

【００２９】なお、積層欠陥やポリシリコンは横方向に
はエピタキシャル層厚のほぼ倍に広がっていた。例え
ば、積層欠陥やポリシリコンの層の幅は、２μｍのエピ
タキシャル成長の場合は約４μｍ、６μｍのエピタキシ
ャル成長の場合は約１５μｍ、１０μｍのエピタキシャ
ル成長の場合は約２０μｍであった。また、酸化膜の幅
とエピタキシャル層厚がほぼ等しい場合には、酸化膜上
が全て積層欠陥やポリシリコンの層で覆われていた。し
たがって、積層欠陥やポリシリコン層がエピタキシャル
層厚のほぼ倍くらいの領域に広がることを考慮して、作
製するパターンのサイズや形状を決める必要がある。

【００３０】［実施例２］実施例１と同じシリコンウェ
ーハを使用して、実施例１と同様にしてシリコンウェー
ハ上に酸化膜を形成した後、酸化膜上にポリシリコンを
３００ｎｍの厚さに成長させた。そして、実施例１と同
様の方法でパターンを形成する。ただし、ポリシリコン
層を成長させた場合、非露光部分を除去した後に混酸
（フッ酸、硝酸、酢酸及び水の混合液）にて開口部のポ
リシリコン層を除去している。その後、エピタキシャル
成長した。この場合には、酸化膜上に薄いポリシリコン
層があるために、エピタキシャル成長時にポリシリコン
が酸化膜上に成長した。なお、本実施例ではポリシリコ
ンに燐（Ｐ）をドープしている。

【００３１】前述のように酸化膜の代りに窒化膜あるい
は炭化珪素膜を用いても同様の効果が得られるが、通常
は簡便なため酸化膜が用いられる。また、酸化膜のパタ
ーンはどのような形状でも良く、デバイスに応じて、膜
厚や幅、パターンを作れば良い。デバイス作製領域にで
きるだけ近い場所にパターンを配置するのが効果的であ
る。さらに、必要に応じて研磨を行い、表面を平にする
こともできる。また、工程数は増えるが、例えば酸化膜
等の絶縁膜をウェーハ全面に形成した後、１〜５０μｍ
幅で酸化膜を除去するようにパターンを形成し、エピタ
キシャル成長するようにしてもよい。これにより１〜５
０μｍの幅でエピタキシャル成長が行われるが、この幅
ではエピタキシャル層はきれいに単結晶化せず、ほとん
ど積層欠陥となる。そこで、更にエピタキシャル成長し
ていない部分（酸化膜が形成されている部分）の酸化膜
をフッ酸（ＨＦ）で除去し、積層欠陥部分を残し、再度
エピタキシャル成長を行う。このような手順でも同様な
積層欠陥を含んだエピタキシャルウェーハを作製するこ
とができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、ウェ
ーハ表面にゲッタリング層が設けられているので、デバ
イスプロセス中にＣｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏなどの重金属
汚染があっても、横方向の重金属の拡散が妨げられゲッ
タリングされるため、不良を起こす確率が非常に少なく
なるという効果を有する。また、本発明によればウェー
ハ表面にゲッタリング層を持つシリコンエピタキシャル
ウェーハを簡単に低コストで作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの一
例を示す断面構造図である。

【図２】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの他
の例を示す断面構造図である。

【図３】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製
造方法の一例を示す工程図である。

【図４】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのパ
ターン例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図５】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの他
の例を示す断面構造図である。

【図６】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの他
の例を示す断面構造図である。

【図７】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製
造方法の他の例を示す工程図である。

【図８】本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの他
の例を示す断面構造図である。

【符号の説明】

１，１１ シリコンウェーハ ２，１２ 酸化膜 ３，１３ エピタキシャル層 ４，１４ 積層欠陥層 ５，１５ 分離帯 ６ デバイス活性層 １７ ポリシリコン層

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコンウェーハの表面に、パターニン
   グされた絶縁膜と、該絶縁膜が形成されていない領域上
   及び該絶縁膜の端部領域の一部上を含む領域にエピタキ
   シャル層が形成され、前記エピタキシャル層のうち前記
   絶縁膜の端部領域の一部上に形成された領域付近が積層
   欠陥層を構成することを特徴とするシリコンエピタキシ
   ャルウェーハ。
2. 【請求項２】 前記絶縁膜は、酸化珪素膜、窒化珪素膜
   及び炭化珪素膜のいずれかから選択された膜であること
   を特徴とする請求項１記載のシリコンエピタキシャルウ
   ェーハ。
3. 【請求項３】 前記絶縁膜上に前記積層欠陥層と連続的
   にポリシリコン層が形成されていることを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載のシリコンエピタキシャルウェ
   ーハ。
4. 【請求項４】 前記絶縁膜及び前記積層欠陥層又はこれ
   らと前記ポリシリコン層とが分離帯を構成していること
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の
   シリコンエピタキシャルウェーハ。
5. 【請求項５】 シリコンウェーハの表面上に絶縁膜を形
   成する工程と、該絶縁膜をパターニングする工程と、前
   記シリコンウェーハ上にエピタキシャル層を成長する工
   程とを含むことを特徴とするシリコンエピタキシャルウ
   ェーハの製造方法。
6. 【請求項６】 前記絶縁膜を形成する工程は、前記シリ
   コンウェーハの全面を酸化して酸化珪素膜を形成する工
   程であることを特徴とする請求項５記載のシリコンエピ
   タキシャルウェーハの製造方法。
7. 【請求項７】 前記絶縁膜を形成する工程は、前記シリ
   コンウェーハ上に窒化珪素膜及び炭化珪素膜のいずれか
   を成長する工程であることを特徴とする請求項５記載の
   シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
8. 【請求項８】 前記絶縁膜を形成する工程を行った後、
   該絶縁膜上に薄いポリシリコン層を形成してから該ポリ
   シリコン層及び該絶縁膜をパターニングすることを特徴
   とする請求項５ないし請求項７のいずれか記載のシリコ
   ンエピタキシャルウェーハの製造方法。