CN1864245A - 硅外延片的制造方法及硅外延片 - Google Patents

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CN1864245A CNA2004800289302A CN200480028930A CN1864245A CN 1864245 A CN1864245 A CN 1864245A CN A2004800289302 A CNA2004800289302 A CN A2004800289302A CN 200480028930 A CN200480028930 A CN 200480028930A CN 1864245 A CN1864245 A CN 1864245A
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西泽毅
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Abstract

在具备反应容器(11)、衬托器(20)、顶杆(13)、上侧加热装置(14a)、及下侧加热装置(14b)的气相成长装置中，对上侧加热机构和下侧加热机构的加热比率进行调整。能够控制形成于顶杆附近的硅外延层的表面形状、或产生在硅外延片的背面的凹凸部的形状。

Description

硅外延片的制造方法及硅外延片
技术领域
本发明涉及使用气相成长装置在衬托器上的硅片主表面上气相成长出硅外延层的、硅外延片的制造方法以及硅外延片。
背景技术
作为用于在硅片的主表面上气相成长出硅外延层的气相成长装置，公知有下述构成的装置：在将硅片输入到反应容器内并载置在该反应容器内的衬托器上的状态下，由设于衬托器上侧的上侧灯和设于衬托器下侧的下侧灯对硅片进行加热，并且，将原料气体供给到该硅片的主表面上，由此进行气相成长，在气相成长后将通过气相成长得到的硅外延片输出到反应容器外。
这里，将硅片载置到衬托器上或从衬托器上取出的方式是多种多样的。作为其中之一，公知有下述这样的方式(下面称之为顶杆方式)：使设置成能够突出动作到衬托器上表面的上方的三个以上顶杆以彼此大致相等的量突出动作，将硅片输送到突出动作后的顶杆上，由顶杆支承为大致水平状态，之后，通过使这些顶杆以彼此同步的状态下降，而将硅片载置到衬托器上，在气相成长后，通过顶杆的突出动作使载置状态的硅外延片上升到衬托器上方，由输送装置输送到反应容器外(例如参照专利文献1)。
在该顶杆方式的衬托器上，以贯通衬托器的正反面的方式形成有顶杆插通用的孔部(下面称之为顶杆插通用孔部)，在该顶杆插通用孔部中插通顶杆。
在使用这样的气相成长装置在硅片的主表面上气相成长出硅外延层时，首先，将硅片输入到反应容器内并载置到衬托器上，之后，将反应容器内加热到氢化热处理温度来进行氢化处理，由此借助氢来蚀去硅片正面的自然氧化膜。
接着，将反应容器内设定为成长温度，将硅原料气体供给到硅片的主表面上，由此在硅片的主表面上气相成长出硅外延层而制造硅外延片。
另外，公知有下述衬托器：在载置硅片的位置上，形成有用于在气相成长时除去硅片背面的自然氧化膜的多个贯通孔(例如参照专利文献2)。
专利文献1：日本特开平6-318630号公报
专利文献2：美国专利公报第6444027号
然而，在以上述那样的顶杆方式进行气相成长来制造硅外延片的情况下，一般容易经由顶杆向衬托器的下方放热，因而通过气相成长而在硅单晶衬底的主表面上获得的硅外延层的膜厚在顶杆附近变得比其他部分薄，硅外延层的表面形状局部凹陷。
另一方面，在使用形成有用于除去硅片背面的自然氧化膜的多个贯通孔的衬托器来进行气相成长的情况下，有时会在气相成长工序后的硅外延片背面上，对应于上述贯通孔的形成位置形成凸部。另外，对应于顶杆和上述顶杆插通孔部的间隙，也同样形成凸部。这种情况下，凸部在间隙的外侧形成为环状。这样，由于在硅外延片的背面形成凸部而使形状恶化。
这些凹凸部形成于硅外延片的倾向、以及所形成的凹凸部的高度或深度，在利用相同的顶杆方式的气相成长装置中是不同的，在各个装置间存在离散。
发明内容
本发明鉴于上述问题而作出的，能够消除顶杆方式的气相成状装置中形成的凹凸部的形状在装置间的离散，从而使主表面上的硅外延层的表面形状比现有技术平坦。另外，其目的在于提供一种硅外延片的制造方法，其能够抑制与形成于衬托器的贯通孔(包括顶杆插通用孔)的位置对应地在硅外延片的背面产生凸部(在顶杆插通用孔部的位置上，有时为凹凸形状)的问题。
因此，为了解决上述问题，本发明的第一技术方案所述的硅外延片的制造方法，使用气相成长装置，所述气相成长装置具备：反应容器；衬托器，配置在该反应容器内，在上表面上载置硅片；顶杆，设置成能相对于该衬托器升降动作，用于随着在从下表面侧支承着硅片的状态下进行升降动作而在衬托器上装卸硅片；上侧加热机构，从上方对所述衬托器进行加热；和下侧加热机构，从下方对所述衬托器进行加热；通过在所述衬托器上的硅片的主表面上气相成长出硅外延层来制造硅外延片，其特征在于，通过调整所述上侧加热机构和所述下侧加热机构的加热比率，控制形成于硅片的主表面中所述顶杆附近处的硅外延层的表面形状。
根据本发明的硅外延片的制造方法，在利用相同的顶杆方式的各个气相成长装置中，通过对各个装置调整上侧加热机构和下侧加热机构的加热比率，来控制形成于顶杆附近的硅外延层的成长速度，从而能够抑制堆积于主表面的硅外延层的膜厚在顶杆附近比其他部分薄的问题，顶杆附近的硅外延层的平坦度变好，能够消除不同装置间的离散。
各装置间的离散，可以认为是由于例如下述原因产生的：一般作为加热源使用的多个灯的热特性的变化或离散、以及灯的安装位置精度、灯光反射器的形状或劣化·脏污或者衬托器的形状等。
另外，本发明的第二技术方案所述的硅外延片的制造方法，使用气相成长装置，所述气相成长装置具备：反应容器、配置在该反应容器内并在上表面上载置硅片的衬托器、形成在该衬托器的载置所述硅片的位置上的贯通孔(包括顶杆插通用孔)、从上方对所述衬托器进行加热的上侧加热机构、和从下方对所述衬托器进行加热的下侧加热机构；通过在所述衬托器上的硅片的主表面上气相成长出硅外延层来制造硅外延片，其特征在于，通过调整所述上侧加热机构和所述下侧加热机构的加热比率，控制形成于硅外延片的背面的凹凸部的形状。
在气相成长之前进行氢化热处理时，形成于硅片的背面的自然氧化膜，由通过形成在衬托器上的贯通孔(包括顶杆插通用孔部的间隙)而进入的氢气蚀去。并且，当除去了自然氧化膜的部位与硅原料气体接触时，硅局部地外延成长。在与衬托器面对的硅片的背面上，由于硅原料气体通过贯通孔(包括顶杆插通用孔部的间隙)进入，所以，对应于贯通孔(包括顶杆插通用孔)的形成位置，硅膜局部成长，产生凸部(在与顶杆插通用孔部对应的位置上，有时成为凹凸形状)。
根据本发明的硅外延片的制造方法，能够调整上侧加热机构与下侧加热机构的加热比率而使硅膜向背面成长的速度降低，所以，能够抑制硅外延片的背面上的凹凸部的产生。
并且，本发明的第三技术方案所述的发明，特征在于，对应于载置硅片的位置中的顶杆附近以及/或者形成在衬托器上的贯通孔(包括顶杆插通孔)的位置，产生于硅外延片的正面的凹凸部的形状(高度或深度)为4nm以下，以及/或者，产生于背面的凸部的形状(高度)为10nm以下。
这样，根据本发明，能够抑制硅外延片的正面及/或背面的凹凸部的产生，获得具有更加良好的平坦度的硅外延片。尤其是，通过抑制形成于硅外延片的背面的凸部的形状，在器件制造工序中，尤其是在使晶片的背面吸附保持在晶片吸盘上的工序中，背面的凸形状不会转移到正面侧，在例如光刻等中不会产生不良情况。
根据本发明，能够通过调整上侧加热装置与下侧加热装置的加热比率，控制形成于顶杆附近的硅外延层的表面形状，或控制产生于硅外延片的背面的凹凸部的形状，所以，通过适当调整加热比率而在硅片上进行气相成长，能够使主表面上的硅外延层的表面形状平坦化，能够抑制对应于形成在衬托器上的贯通孔(包括顶杆插通用孔)的位置而在硅外延片的背面上产生凹凸部的问题。
附图说明
图1为用于表示本发明的实施方式的图，为反应容器的示意性正面剖视图，尤其示出了气相成长中的状态。
图2为用于表示本发明的实施方式的图，为反应容器的示意性正面剖视图，尤其示出了通过顶杆将硅片支承在衬托器上的状态。
图3为用于表示现有的外延制造方法的问题的图，为表示顶杆附近的硅外延层的表面形状的图。
图4为用于表示现有的外延制造方法的问题的图，为表示顶杆附近的硅外延片的背面形状的图。
图5为用于表示本发明的实施方式的图，为表示顶杆附近的硅外延层的表面形状的图。
图6为用于表示本发明的实施方式的图，为表示顶杆附近的硅外延片的背面形状的图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，作为本实施方式的硅外延片制造方法中所使用的气相成长装置的一个优选例，对单片式的气相成长装置的构成进行说明。
如图1所示那样，气相成长装置1具备：反应容器11，和设于该反应容器11的内部并以上表面支承硅片W的衬托器20。
在反应容器11上设有气相成长用气体导入管15，该气相成长用气体导入管15向该反应容器11内将含有原料气体(例如三氯硅烷)以及载气(例如氢)的气相成长用气体导入到衬托器20上侧的区域，供给到衬托器20上的硅片W的主表面上。
另外，在反应容器11的、与设有气相成长用气体导入管15的一侧相同的一侧，设有向反应容器11内将吹扫气体(例如氢)导入到衬托器20下侧的区域的吹扫气体导入管16。
另外，在反应容器11的、与设有气相成长用气体导入管15及吹扫气体导入管16的一侧相反的一侧，设有排出反应容器11内的气体(气相成长用气体及吹扫气体)的排气管17。
在反应容器11的外部，设有从上侧加热该反应容器11的上侧加热装置(上侧加热机构)14a和从下侧加热该反应容器11的下侧加热装置(下侧加热机构)14b。作为加热装置14a、14b，例如列举有卤素灯等。
另外，上侧加热装置14a及下侧加热装置14b，如后述那样能够分别控制加热比率，通过控制加热比率而能够制造本发明的硅外延片。
衬托器20由被例如碳化硅包覆的石墨构成。该衬托器20形成为例如大致圆板状，在其主表面上形成有用于在该主表面上对硅片W进行定位的俯视观看为大致圆形的凹部、即凹穴21。
在凹穴21的底面上形成有顶杆13所插通的顶杆用孔部22，所述顶杆13用于从背面支承载置于凹穴21的硅片W并且沿上下方向移动硅片W。
顶杆13具备：形成为圆棒状的主体部13a，和形成在该主体部13a的上端部而支承硅片W的头部13b。头部13b形成为直径比主体部13a大，以便容易支承硅片W。
在凹穴21的载置硅片W的位置上，形成有多个贯通衬托器20的正反面的贯通孔25。在气相成长中，作为吹扫气体的氢可通过贯通孔25从衬托器20的背面侧进入，蚀去形成在硅片W的背面上的自然氧化膜。如图1所示那样，以凹穴21支承硅片W的周缘部，在硅片W的背面与贯通孔25之间设置间隙，由此能够更加均匀地进行自然氧化膜的蚀除。
另外，在衬托器20的背面，设有从该背面支承衬托器20的衬托器支承部件12。该衬托器支承部件12，能够在箭头A所示的上下方向上移动，且能够在箭头B所示的方向上旋转。在衬托器支承部件12的末端部，设有放射状分叉的多个支承臂12a。
并且，支承臂12a的末端部嵌合在形成于衬托器20的背面的凹部23中，使得衬托器20的上表面大致水平。另外，在支承臂12a上，形成有顶杆13的主体部13a所插通的孔12b。
接着，对本发明的硅外延片的制造方法进行说明，该方法使用上述构成的气相成长装置1，在硅片W上气相成长出硅外延层，由此来制造硅外延片。
首先，如图1所示那样，由设定为初始温度(例如650℃)的反应容器11内的衬托器20支承硅片W。
为了将硅片W交接到顶杆13上，使各顶杆13以彼此大致相等的量相对于该衬托器20上升，以便突出到衬托器20上表面的上方。即，伴随着使衬托器支承部件12下降的动作使衬托器20下降，当在该下降的过程中顶杆13的下端部到达反应容器11的内部底面等处时，顶杆13不能再继续下降，但衬托器20却进一步下降。因而，顶杆13相对于衬托器20上升，成为图2中无硅片W的状态。
这样，在顶杆13相对于衬托器20上升了的状态下，由未图示的机械手将硅片W输送到反应容器11内，由各顶杆13的头部13b支承硅片W，使硅片W主表面为上。
然后，使机械手退避，另一方面，随着使衬托器支承部件12上升而使衬托器20上升，当在该上升的过程中凹穴21的外周侧部分到达硅片W的背面时，在此之前支承在顶杆13的头部13b上的硅片W，转变为由凹穴21的外周侧部分支承的状态。
进而，当顶杆用孔部22的缘部到达顶杆13的头部13b时，在此之前处于由反应容器11的内部底面等支承的状态的顶杆13，转变到由衬托器20支承的状态(参照图1)。
这样，由衬托器20支承硅片W后，在氢气氛的反应容器11内对硅片W进行热处理(氢化热处理工序)。
即，在分别经由气相成长用气体导入管15及吹扫气体导入管16使氢气流入到了反应容器11内的状态下，通过对上侧加热装置14a及下侧加热装置14b供电而进行加热，以便使反应容器11内的温度达到氢化热处理温度(例如1110℃以上1180℃以下)。这时，通过驱动衬托器支承部件12绕铅直轴旋转，而使衬托器20及硅片W旋转。
由此，硅片W的主表面的自然氧化膜被氢气蚀去。另外，硅片W的背面的自然氧化膜，也被通过贯通孔25而到达该背面的氢气蚀去。这时，通过调整上侧加热装置14a和下侧加热装置14b的加热比率，而完全地除去背面的自然氧化膜。
接着，在硅片W的主表面上气相成长出硅外延层(气相成长工序)。
即，通过调整上侧加热装置14a和下侧加热装置14b的加热比率而将反应容器11内设定为所期望的温度(例如1100℃以上1150℃以下)，经由气相成长用气体导入管15将气相成长用气体供给到硅单晶衬底W的主表面上，并且，通过吹扫气体导入管16供给氢气，在硅片W的主表面上气相成长出硅外延层，而制造硅外延片。
这里，由图3示出了下述例子：使用三台(装置A、B、C)アプライドマテリアルズ公司制的外延成长装置(Centura 300Epi)，对于各装置，使上侧加热装置14a和下侧加热装置14b的加热比率(电力分配比率)为制造商的标准(42％∶58％)，来进行气相成长，关于此时分别获得的硅外延片，对顶杆13附近的硅外延层的表面形状进行测定。
表面形状由光学式晶片形状测定装置(ADE公司制Nanomapper)测定，图3的纵轴表示以顶杆13的周边为基准时硅外延层的表面形状，横轴表示距对应于顶杆13的位置的距离。如图3所示那样，判断出根据各个装置的不同，硅外延层的表面形状互不相同，存在离散。
另外，图4表示同样地对上述获得的顶杆13附近的硅外延片的背面形状进行测定的结果。判断出与硅外延层的表面形状同样地，根据各个装置的不同，形成为不同的形状，存在离散。
该位置，与对应于形成在相同的衬托器上的贯通孔的位置而形成的凸部同样地，对应于形成在衬托器上的顶杆插通用孔部，通过顶杆和插通用孔的间隙(环状)而在背面形成凸部。只是这种情况下，凸部在间隙的外侧形成为环状。另外，还有时环状凸部的内侧凹陷。
下面，基于该结果对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限于此。
[实施例]
使用顶杆方式的气相成长装置A，使上侧加热装置14a和下侧加热装置14b的加热比率变化为(44％∶56％)、(46％∶54％)、(48％∶52％)，进行外延成长。关于此时分别获得的硅外延片对顶杆13附近的硅外延层的表面形状进行测定，图5示出了测定的结果。
从图5的结果可知，当较上侧加热装置14a相对地降低下侧加热装置14b的输出时(例如下侧加热装置的输出为52％时)，对应于顶杆13的位置上的硅外延层的表面形状为凸状。即，当降低了下侧加热装置14b的输出时，衬托器20的温度下降，所以，硅片W的背面的温度下降，主表面的温度也下降。然而，在顶杆13的上部，与衬托器20之间存在空间，与衬托器20相比，该处更难传递热量，故背面温度的降低受到了抑制。因而，对应于顶杆13的主表面的温度较其周边相对上升，成长速度也变高。可以认为是上述原因使得主表面中顶杆13附近处的硅外延层的表面形状成为凸状。
相反地，当相对地提高下侧加热装置14b的输出时(例如下侧加热装置的输出为56％时)，对应于顶杆13的位置上的硅外延层的表面形状变成为凹状。即，通过提高下侧加热装置14b的输出，衬托器20的温度上升，所以，硅片W的背面温度上升，主表面的温度也上升，但在硅片W的顶杆13附近处，与衬托器20相比更难传递热量，故背面温度的上升受到了抑制。因而，对应于顶杆13的主表面的温度较其周边相对降低，成长速度也相对降低。可以认为上述原因使得主表面中顶杆13附近的硅外延层的表面形状成为凹状。
另一方面，如图6所示那样，在上述那样获得的硅外延片的背面上，越相对地提高下侧加热装置14b的输出，硅膜向背面成长的速度越快，所以，对应于贯通孔25(包括顶杆插通用孔)容易形成凸形状的硅膜(即凸部)。相反地，越相对地降低下侧加热装置14b的输出，硅膜向硅片W的背面成长的速度越低，所以，硅膜难以在该背面上成长。
但是，如果过多地降低下侧加热装置14b的输出，则如上述那样对应于顶杆13的位置上的硅外延层的表面形状成为凸状，所以，优选地调整加热装置14a、14b的输出，使得硅外延层的表面形状与背面的凸部这两者都处于容许范围内。
这里，在背面的形状为凸状时，在器件制造工序中，尤其是在使晶片的背面吸附保持于晶片吸盘的工序中，背面的凸形状会转移到正面侧，在例如光刻等中会产生不良情况，故而不理想。
根据上面的结果，能够通过调整上侧加热装置14a与下侧加热装置14b的加热比率，来控制形成于顶杆13附近的硅外延层的表面形状，或控制产生于硅外延片W的背面的凹凸部的形状，所以，通过基于上述结果对各个装置适当调整加热比率，来在硅片W上进行气相成长，能够使主表面上的硅外延层的表面形状平坦化，能够抑制对应于形成在衬托器上的贯通孔(包括顶杆插通用孔)的位置而在硅外延片的背面产生凹凸部的问题。
工业实用性
如上述那样，本发明的硅外延片的制造方法，在使用气相成长装置而在衬托器上的硅片的主表面上气相成长出硅外延层时是有用的，特别地，它是适于制造硅外延片的方法，其中，能够使主表面上的硅外延层的表面形状形成得比现有技术平坦，而且，能够抑制对应于形成在衬托器上的贯通孔(包括顶杆插通用孔)的位置而在硅外延片的背面产生凹凸部的问题。
附图标记说明
W     硅片
1     气相成长装置
11    反应容器
13    顶杆
14a   上侧加热装置(上侧加热机构)
14b   下侧加热装置(下侧加热机构)
20    衬托器
25    贯通孔

Claims (3)

1.一种硅外延片的制造方法，使用气相成长装置，所述气相成长装置具备：反应容器；衬托器，配置在该反应容器内，在上表面上载置硅片；顶杆，设置成能相对于该衬托器升降动作，用于随着在从下表面侧支承着硅片的状态下进行升降动作而在衬托器上装卸硅单晶衬底；上侧加热机构，从上方对所述衬托器进行加热；和下侧加热机构，从下方对所述衬托器进行加热；通过在所述衬托器上的硅片的主表面上气相成长出硅外延层来制造硅外延片，
其特征在于，通过调整所述上侧加热机构和所述下侧加热机构的加热比率，控制形成于硅片的主表面中所述顶杆附近处的硅外延层的表面形状。
2.一种硅外延片的制造方法，使用气相成长装置，所述气相成长装置具备：反应容器、配置在该反应容器内并在上表面上载置硅片的衬托器、形成在该衬托器的载置所述硅片的位置上的贯通孔(包括顶杆插通用孔)、从上方对所述衬托器进行加热的上侧加热机构、和从下方对所述衬托器进行加热的下侧加热机构；通过在所述衬托器上的硅片的主表面上气相成长出硅外延层来制造硅外延片，
其特征在于，通过调整所述上侧加热机构和所述下侧加热机构的加热比率，控制形成于硅外延片的背面的凹凸部的形状。
3.一种硅外延片，其特征在于，对应于载置硅片的位置中的顶杆附近以及/或者形成在衬托器上的贯通孔(包括顶杆插通孔)的位置，产生于硅外延片的正面的凹凸部的形状(高度或深度)为4nm以下，以及/或者，产生于背面的凸部的形状(高度)为10nm以下。
CNA2004800289302A 2003-10-01 2004-09-27 硅外延片的制造方法及硅外延片 Pending CN1864245A (zh)

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