JP5780491B2

JP5780491B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP5780491B2
Application number: JP2012149710A
Authority: JP
Inventors: 新井祐司
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2032-07-03
Also published as: JP2014013788A

Description

本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

シリコンエピタキシャルウェーハは、パワーデバイス等の用途の場合、エピタキシャル膜を形成するシリコン基板として、不純物を高濃度に添加することにより、Ｐ型又はＮ型のいずれかの導電型を備えるよう構成された低抵抗基板が用いられる。

導電型をＰ型とする場合には、不純物としてボロン（Ｂ）等が添加され、Ｎ型とする場合には、不純物としてリン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）、ヒ素（Ａｓ）等がシリコン基板に添加される。

但し、このような不純物が添加されたシリコン基板上に、エピタキシャル膜を成長させるべく前記シリコン基板を高温（１０００〜１２００℃）に加熱すると、上述した不純物がシリコン基板から飛び出し、成長したエピタキシャル膜中に取り込まれる現象（オートドープ）が発生するという問題がある。

このオートドープの発生は、抵抗率のウェーハ面内均一性の悪化等を引き起こすことから、できる限り抑制する必要がある。

オートドープの発生を改善する方法として、ウェーハ面内の温度分布を調整することが用いられており、具体的には、ウェーハ外周部の温度をウェーハ中心部の温度よりも低くなるように加熱することが行われている。

しかし、抵抗率のウェーハ面内均一性を改善するために、ウェーハを加熱する際にウェーハ外周側の温度をウェーハ中心部の温度よりも低くしたウェーハ面内温度分布では、スリップが発生してしまうという問題がある。

すなわち、抵抗率のウェーハ面内均一性を改善するためには、ウェーハ外周部の温度をウェーハ中心部の温度よりも低くしたウェーハ面内温度分布が望ましいが、スリップの発生を防ぐためには、ウェーハ外周部の温度とウェーハ中心部の温度とが同じ温度分布となるのが望ましい（図１参照）。このように、抵抗率のウェーハ面内均一性とスリップの発生の防止を防ぐ二つの品質の最適条件が相反するため、両者を両立させることが困難であった。

例えば、特許文献１はシリコンエピタキシャル層の成長方法に関し、オートドープとスリップを同時になくす方法として、スリップフリーの温度分布にして、ウェーハ周辺部側と中央部側への原料ガス中のドーパント濃度を変更する方法が記載されている。しかし、かかる方法では、原料ガス中のドーパント濃度をドーパントの質量流量に基づいて調整したりしなければならず、制御が難しいという問題があった。

また、例えば、特許文献２はシリコンエピタキシャル層の成長方法に関し、オートドープとスリップを同時になくす方法として、基板の昇温の途中まで上方のランプのみで加熱し、その後は下方のＲＦコイルも加えて加熱する方法が記載されている。しかし、かかる方法の場合、ウェーハの面内温度分布に基づいた方法でないため、ばらつきが出てしまい、歩留まりが悪くなるおそれがあった。

特開平６−２３２０６０号公報特開昭６４−４９２１７号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、エピタキシャル成長中のウェーハ面内温度の適正化を図ることによって、スリップの発生を改善しつつ、エピタキシャル膜の抵抗率分布を調整することができ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ことを目的とする。

上記目的を達成するために本発明者らは鋭意検討した結果、スリップに最適な温度分布と抵抗率分布に最適な温度分布とをエピタキシャル成長における別々の工程に割り当てることによって、スリップの発生を改善しつつ、エピタキシャル膜の抵抗率分布を調整することができるのではないかと考え、本発明に至った。

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、少なくとも昇温工程とプリベーク工程とエピタキシャル成膜工程とを含むシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、ウェーハの中心部と外周部の温度差により示されるウェーハ面内温度分布に関し、前記昇温工程及び前記プリベーク工程は第一のウェーハ面内温度分布で行い、前記エピタキシャル成膜工程は第二のウェーハ面内温度分布で行い、前記第二のウェーハ面内温度分布は前記第一のウェーハ面内温度分布よりもウェーハ外周部の温度が低い温度分布であるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ウェーハ面内温度分布の定義を下記式（１）の通りとしたとき、前記第一のウェーハ面内温度分布は、−０．５％〜０．５％であり、前記第二のウェーハ面内温度分布は、０．５％〜３．０％であることを特徴とする。
ウェーハ面内温度分布（％）＝{ウェーハ中心部の温度（℃）−ウェーハ外周から５ｍｍ内側の点の温度（℃）}／ウェーハ中心部の温度（℃）×１００（％）・・・・（１）

前記第一のウェーハ面内温度分布は、スリップ防止のための最適の温度分布とし、前記第二のウェーハ面内温度分布は、オートドープ防止のための最適の温度分布であるのが好ましい。

ここで、ウェーハ外周部とは、ウェーハ外周から５ｍｍ内側の部分が好ましい。

本発明によれば、エピタキシャル成長における各工程において、ウェーハ面内温度分布の適正化を図ることによって、スリップの発生を改善しつつ、エピタキシャル膜の抵抗率分布を調整することができ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ことができるという著大な効果を奏する。

ウェーハ面内温度分布によるスリップとエピタキシャル膜の抵抗率分布の関係を示すグラフである。枚葉式気相成長装置の概略図である。エピタキシャル成長プロセスの温度プロファイルを示すグラフである。実施例１及び比較例１におけるスリップ発生量を示すグラフである。

図１にウェーハ面内温度分布によるスリップとエピタキシャル膜の抵抗率分布の関係を示す。図１において、ウェーハ面内温度分布は下記式（１）から算出される。
ウェーハ面内温度分布（％）＝{ウェーハ中心部の温度（℃）−ウェーハ外周から５ｍｍ内側の点の温度（℃）}／ウェーハ中心部の温度（℃）×１００（％）・・・・（１）
ウェーハ面内温度分布の定義を上記の通りとしたとき、前記昇温工程及び前記プリベーク工程を前記第一のウェーハ面内温度分布が、−０．５％〜０．５％であり、前記第二のウェーハ面内温度分布は、０．５％〜３．０％であるのが好適である。

スリップは主に、熱処理中のウェーハを支持する治具とウェーハとの接触点から発生するものであり、特に昇温中に発生すると考えられている。そこで、エピタキシャル成膜工程の前である昇温工程及びプリベーク工程までを「スリップに最適な温度分布」、エピタキシャル成膜工程を「抵抗率分布に最適な温度分布」にすることで、両品質を満足することができることを見出した。

以下、本発明を実施例により説明する。但し、本発明は実施例に示す態様に限定されるものではない。

図２は、本発明の製造方法に用いることができる枚葉式の気相成長装置を示す概略図である。図２に示す気相成長装置１０のチャンバー（反応容器）１２は、チャンバーベース１１とチャンバーベース１１を上下から挟む透明石英部材１３、１４とから形成される。

このチャンバー１２内には、シリコン単結晶基板Ｗを上面のウェーハ載置面（座ぐり部）１９で支持するサセプタ１７が配置されている。このサセプタ１７には、例えば３つ以上の貫通孔１６が設けられ、この貫通孔１６に挿入されて上下動することでシリコン単結晶基板Ｗの載置、離間を行うウェーハリフトピン１５が配置されている。

このサセプタ１７はウェーハ回転機構１８に接続されており、エピタキシャル成長中はサセプタ１７を回転させることで、載置されたシリコン単結晶基板Ｗを回転させ、シリコンエピタキシャル層をシリコン単結晶基板Ｗ上に膜厚均一に成長させる。チャンバー１２には、チャンバー１２内に原料ガスおよびキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長ガスを導入して、サセプタ１７上に載置されたシリコン単結晶基板Ｗの表面上に原料ガスとキャリアガスを供給するガス導入管２０が接続されている。また、チャンバー１２のガス導入管２０が接続された側の反対側には、チャンバー１２内からガスを排出するガス排出管２１が接続されている。

（実施例１）
不純物としてボロンを含有した抵抗率が８．０〜１２．０Ω・ｃｍ、直径が２００ｍｍのシリコン基板を用意した。そのシリコン基板上に、成長温度１１５０℃、ドーパントガスにＢＨ_３、成膜ガスにトリクロロシラン（ＴＣＳ）を用いてエピ抵抗率１０．０Ω・ｃｍ、エピ膜厚５μｍとなるようなエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル成長（ＣＶＤ法）を行うことによってサンプルとなるエピタキシャルウェーハを製造した。このとき昇温からプリベーク工程までを「スリップに最適な温度分布」（ウェーハ面内温度分布＝０．３％）、成膜工程（ウェーハ温度＝１１５０℃）を「抵抗率分布に最適な温度分布」（ウェーハ面内温度分布＝０．９％）とした（図３参照）。このとき製造されたエピタキシャルウェーハのスリップ発生量を測定した。図４にそのときの結果を示す。

図４より、昇温途中で抵抗率分布に最適な温度分布に変更するとスリップが発生してしまうが、昇温からプリベーク工程までを「スリップに最適な温度分布」、成膜工程を「抵抗率分布に最適な温度分布」にすることでスリップは急激に改善されることが確認できた。

（比較例１）
不純物としてボロンを含有した抵抗率が８．０〜１２．０Ω・ｃｍ、直径が２００ｍｍのシリコン基板を用意した。そのシリコン基板上に、成長温度１１５０℃、ドーパントガスにＢＨ_３、成膜ガスにトリクロロシラン（ＴＣＳ）を用いてエピ抵抗率１０．０Ω・ｃｍ、エピ膜厚５μｍとなるようなエピタキシャル膜を成長させるエピタキシャル成長（ＣＶＤ法）を行うことによってサンプルとなるエピタキシャルウェーハを製造した。このとき、昇温の途中まで（ウェーハ温度＝１０８０℃まで）を「スリップに最適な温度分布」（ウェーハ面内温度分布＝０．３％）で、昇温の途中からプリベーク工程および成膜工程を「抵抗率分布に最適な温度分布」（ウェーハ面内温度分布＝０．９％）とした（図３参照）。このとき製造されたエピタキシャルウェーハのスリップ発生量を測定した。図４にそのときの結果を示す。

以上の結果より、エピタキシャル成長時の昇温からプリベーク工程までを「スリップに最適な温度分布」、成膜ステップを「抵抗率分布に最適な温度分布」にすることで、スリップを改善しつつ、抵抗率分布を調整することができることが示された。

なお、上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０：気相成長装置、１１：チャンバーベース、１２：チャンバー、１３,１４：透明石英部材、１５：ウェーハリフトピン、１６：貫通孔、１７：サセプタ、１８：ウェーハ回転機構、１９：ウェーハ載置面、２０：ガス導入管、２１：ガス排出管、Ｗ：シリコン単結晶基板。

Claims

少なくとも昇温工程とプリベーク工程とエピタキシャル成膜工程とを含むシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、
ウェーハの中心部と外周部の温度差により示されるウェーハ面内温度分布に関し、前記昇温工程及び前記プリベーク工程は第一のウェーハ面内温度分布で行い、前記エピタキシャル成膜工程は第二のウェーハ面内温度分布で行い、
前記第二のウェーハ面内温度分布は前記第一のウェーハ面内温度分布よりもウェーハ外周部の温度が低い温度分布であるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ面内温度分布の定義を下記式（１）の通りとしたとき、前記第一のウェーハ面内温度分布は、−０．５％〜０．５％であり、前記第二のウェーハ面内温度分布は、０．５％〜３．０％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。
ウェーハ面内温度分布（％）＝{ウェーハ中心部の温度（℃）−ウェーハ外周から５ｍｍ内側の点の温度（℃）}／ウェーハ中心部の温度（℃）×１００（％）・・・・（１）
前記第一のウェーハ面内温度分布は、スリップ防止のための最適の温度分布とし、前記第二のウェーハ面内温度分布は、オートドープ防止のための最適の温度分布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の製造方法。