JP2000091237A - Manufacture of semiconductor wafer - Google Patents

Manufacture of semiconductor wafer

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JP2000091237A
JP2000091237A JP10255486A JP25548698A JP2000091237A JP 2000091237 A JP2000091237 A JP 2000091237A JP 10255486 A JP10255486 A JP 10255486A JP 25548698 A JP25548698 A JP 25548698A JP 2000091237 A JP2000091237 A JP 2000091237A
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JP
Japan
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semiconductor
single crystal
crystal substrate
gas
thin film
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JP10255486A
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Japanese (ja)
Inventor
Takemine Magari
偉峰 曲
Toru Otsuka
徹 大塚
Hitoshi Habuka
等 羽深
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
Original Assignee
Shin Etsu Handotai Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor wafer, which is capable of growing thin film of a semiconductor having homogeneous resistivity on a major surface of even a large-diameter semiconductor single-crystal substrate. SOLUTION: In the vapor growth of thin film 9 of a semiconductor on a semiconductor single-crystal substrate 6, semiconductor material gas and dopant gas are supplied from a central part in the width direction and from peripheral parts in the width direction of a reaction chamber 4, wherein the gas flow directions are in parallel and in the same direction with respect to the major surface of the semiconductor single-crystal substrate 6 which rotates in the reaction chamber 4. The supply of the dopant gas from the peripheral parts is limited only from an either one that yields the gas flow direction forward or reverse with respect to the direction of rotation of the semiconductor single crystal substrate 6.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、珪素単結晶基板な
どの半導体単結晶基板上に均一な抵抗率分布を有する半
導体薄膜を気相成長させる半導体ウェーハの製造方法に
関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor wafer in which a semiconductor thin film having a uniform resistivity distribution is vapor-phase grown on a semiconductor single crystal substrate such as a silicon single crystal substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子デバイスの微細化に伴い、珪素単結
晶基板上に珪素単結晶薄膜を形成させてなる半導体ウェ
ーハの利用が増加するとともに、珪素単結晶薄膜の抵抗
率の均一化が要求されてきている。この抵抗率の均一化
とは、珪素単結晶薄膜面内でその抵抗率が一様になるよ
うにすることを指す。また、このような抵抗率の均一化
と共に、半導体ウェーハの大口径化も要求されている。
この大口径化に伴って、珪素単結晶薄膜を成長させる装
置として水平型の枚葉式気相成長装置が主に使用されて
いる。
2. Description of the Related Art With the miniaturization of electronic devices, the use of semiconductor wafers formed by forming a silicon single crystal thin film on a silicon single crystal substrate is increasing, and uniformity of the resistivity of the silicon single crystal thin film is required. Is coming. The uniformity of the resistivity means that the resistivity is made uniform in the plane of the silicon single crystal thin film. In addition to the uniformity of the resistivity, a large diameter semiconductor wafer is required.
With the increase in diameter, a horizontal single-wafer-type vapor-phase growth apparatus is mainly used as an apparatus for growing a silicon single crystal thin film.

【0003】図3と図4に、通常使用されている水平型
の枚葉式気相成長装置1(以下、単に成長装置1と記載
することがある。)の構成を模式的に示す。図3には成
長装置1の縦断面が、また、図4にはその横断面が示さ
れている。
FIG. 3 and FIG. 4 schematically show the configuration of a generally used horizontal single-wafer type vapor phase growth apparatus 1 (hereinafter sometimes simply referred to as growth apparatus 1). FIG. 3 shows a longitudinal section of the growth apparatus 1, and FIG. 4 shows a transverse section thereof.

【0004】この成長装置1は、ガス導入口2と単一の
ガス排気口3とを備え水平に設置された透明な石英ガラ
ス製の反応容器4と、この反応容器4の外側に配置され
半導体単結晶基板6を加熱する加熱源5と、該加熱源5
と前記反応容器4の外壁を冷却する図示しない冷却手段
と、前記半導体単結晶基板6のサセプタ7とを有する。
The growth apparatus 1 comprises a reaction vessel 4 made of transparent quartz glass and provided horizontally with a gas introduction port 2 and a single gas exhaust port 3, and a semiconductor arranged outside the reaction vessel 4. A heating source 5 for heating a single crystal substrate 6;
And a cooling means (not shown) for cooling the outer wall of the reaction vessel 4 and a susceptor 7 for the semiconductor single crystal substrate 6.

【0005】ガス導入口2は、原料ガス及びドーパント
ガスをキャリアガスである水素Hとともに導入する、
3つの水平に並んだガス導入口21,22,23からな
る。反応容器4はその中央底部にサセプタ7を配する構
造とされ、その概ね長手方向の一端部にガス導入口2が
設けられ、他端部に前記ガス排気口3が設けられる。従
って、導入されるガスの流れは、概ね反応容器4の長手
方向に沿ったものとなる。各ガスの流量は、ガス条件制
御器としてのマスフローコントローラ(MFC)により
個別且つ精密に制御される。
A gas inlet 2 introduces a source gas and a dopant gas together with hydrogen H 2 as a carrier gas.
It comprises three horizontally arranged gas inlets 21, 22, 23. The reaction vessel 4 has a structure in which a susceptor 7 is disposed at the center bottom thereof. The gas introduction port 2 is provided at one end in the substantially longitudinal direction, and the gas exhaust port 3 is provided at the other end. Therefore, the flow of the gas introduced generally follows the longitudinal direction of the reaction vessel 4. The flow rate of each gas is individually and precisely controlled by a mass flow controller (MFC) as a gas condition controller.

【0006】前記加熱源5は例えば赤外線ランプによっ
て構成されるものであり、この赤外線ランプに通電する
ことで、半導体単結晶基板6の主面の温度を上げること
ができる。前記サセプタ7は図示しない回転装置に回転
軸8を介して接続され、当該サセプタ7上に載置された
前記半導体単結晶基板6の主面を水平に保持したまま回
転させることができる。
The heating source 5 is constituted by, for example, an infrared lamp. By supplying a current to the infrared lamp, the temperature of the main surface of the semiconductor single crystal substrate 6 can be increased. The susceptor 7 is connected to a rotating device (not shown) via a rotating shaft 8, and can be rotated while the main surface of the semiconductor single crystal substrate 6 placed on the susceptor 7 is held horizontally.

【0007】半導体単結晶基板6上に半導体薄膜9を気
相成長させるには、マスフローコントローラ(MFC)
50,51,52でそれぞれの流量が精密に制御された
水素、半導体原料ガス及びドーパントガスをプロセスガ
スとして、共通のガス配管41を介して、反応容器4の
幅方向中央部のガス導入口22及び幅方向周辺部のガス
導入口21,23から、反応容器4内で回転軸8を中心
に回転する半導体単結晶基板6の主面に対して平行かつ
一方向に供給する。この際、上記ガス導入口21,2
2,23からは、原料ガス濃度及びドーパントガス濃度
が同一のプロセスガスが供給される。
In order to grow a semiconductor thin film 9 on a semiconductor single crystal substrate 6 in vapor phase, a mass flow controller (MFC)
Using hydrogen, a semiconductor source gas, and a dopant gas whose flow rates are precisely controlled by 50, 51, and 52 as process gases, a gas inlet 22 at the center in the width direction of the reaction vessel 4 through a common gas pipe 41. In addition, the gas is supplied from the gas introduction ports 21 and 23 at the peripheral portion in the width direction to the main surface of the semiconductor single crystal substrate 6 rotating around the rotation axis 8 in the reaction vessel 4 and in one direction. At this time, the gas inlets 21 and
Process gases having the same source gas concentration and the same dopant gas concentration are supplied from 2, 23.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上述のようにしてプロ
セスガスを導入し、半導体薄膜を気相成長させる方法に
おいて、半導体単結晶基板の直径が200mm以下の場
合には、顕著な抵抗率の不均一の問題は起らなかった。
しかし、直径が200mmより大きな場合、例えば直径
300mmの大口径半導体ウェーハを上述した従来の気
相成長方法により製造する場合には、顕著に抵抗率の分
布が不均一になることが分かった。
In the method of introducing a process gas as described above and vapor-phase growing a semiconductor thin film, when the diameter of the semiconductor single crystal substrate is 200 mm or less, a remarkable resistivity is not obtained. No uniformity problem occurred.
However, it has been found that when the diameter is larger than 200 mm, for example, when a large-diameter semiconductor wafer having a diameter of 300 mm is manufactured by the above-described conventional vapor deposition method, the distribution of the resistivity becomes significantly non-uniform.

【0009】そこで本発明は、上述の技術的な課題に鑑
み、大口径の半導体単結晶基板に対しても抵抗率の均一
な半導体薄膜を気相成長させることのできる半導体ウェ
ーハの製造方法を提供することを目的とする。
In view of the above technical problems, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor wafer capable of vapor-phase growing a semiconductor thin film having a uniform resistivity on a large-diameter semiconductor single crystal substrate. The purpose is to do.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウェーハ
の製造方法は、反応容器の幅方向中央部及び幅方向周辺
部から、該反応容器内で回転する半導体単結晶基板の主
面に対して平行かつ一方向に、半導体原料ガス及びドー
パントガスを供給して、前記半導体単結晶基板上に半導
体薄膜を気相成長させる半導体ウェーハの製造方法にお
いて、前記反応容器の幅方向周辺部から供給するドーパ
ントガスを、前記半導体単結晶基板の回転方向に対して
順方向または逆方向となるどちらか一方のみに限定して
供給することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor wafer, comprising the steps of: starting from a central portion in a width direction and a peripheral portion in a width direction of a reaction vessel; In a method of manufacturing a semiconductor wafer in which a semiconductor source gas and a dopant gas are supplied in parallel and in one direction to vapor-grow a semiconductor thin film on the semiconductor single crystal substrate, a dopant supplied from a peripheral portion in a width direction of the reaction vessel It is characterized in that the gas is supplied only in one of the forward and reverse directions with respect to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate.

【0011】上記方法においては、前記半導体薄膜の抵
抗率または抵抗率分布に応じて、前記反応容器の幅方向
周辺部から供給するドーパントガスを、前記半導体単結
晶基板の回転方向に対して順方向または逆方向のどちら
かに変更することが好ましい。また、前記半導体薄膜の
抵抗率分布に応じて、前記半導体単結晶基板の回転方向
を変更することが好ましい。さらに、前記半導体単結晶
基板は珪素単結晶基板であり、前記半導体薄膜は珪素単
結晶薄膜であることが好ましい。
In the above method, a dopant gas supplied from a peripheral portion in a width direction of the reaction vessel is supplied in a forward direction with respect to a rotation direction of the semiconductor single crystal substrate in accordance with a resistivity or a resistivity distribution of the semiconductor thin film. Alternatively, it is preferable to change to the opposite direction. Preferably, the direction of rotation of the semiconductor single crystal substrate is changed according to the resistivity distribution of the semiconductor thin film. Further, the semiconductor single crystal substrate is preferably a silicon single crystal substrate, and the semiconductor thin film is preferably a silicon single crystal thin film.

【0012】また、本発明の半導体ウェーハの製造方法
は、反応容器の幅方向中央部及び幅方向周辺部から、該
反応容器内で回転する半導体単結晶基板の主面に対して
平行かつ一方向に、半導体原料ガス及びドーパントガス
を供給して、前記半導体単結晶基板上に半導体薄膜を気
相成長させる半導体ウェーハの製造方法において、前記
半導体薄膜の抵抗率分布に応じて、前記半導体単結晶基
板の回転方向を変更することを特徴とする。
Further, according to the method of manufacturing a semiconductor wafer of the present invention, it is preferable that a central portion and a peripheral portion in the width direction of the reaction vessel are parallel to one direction with respect to the main surface of the semiconductor single crystal substrate rotating in the reaction vessel. Supplying a semiconductor source gas and a dopant gas to vapor-grow a semiconductor thin film on the semiconductor single crystal substrate, wherein the semiconductor single crystal substrate is provided in accordance with a resistivity distribution of the semiconductor thin film. Is characterized in that the direction of rotation of is changed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明の実施態様を、図面を参照
しながら以下に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1に本実施態様の水平型の枚葉式気相成
長装置1の横断面を模式的に示す。図1において、従来
と同じ構成は同じ符号を用いて示し、その説明を省略す
る。また、本実施態様の成長装置1の縦断面は、図3と
同一の構成である。
FIG. 1 schematically shows a cross section of a horizontal single-wafer type vapor phase growth apparatus 1 according to this embodiment. In FIG. 1, the same components as those of the related art are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The longitudinal section of the growth apparatus 1 of the present embodiment has the same configuration as that of FIG.

【0015】図1に示すように、本実施態様の水平型枚
葉式気相成長装置1において、3つの水平に並んで反応
容器4の幅方向に配設されたガス導入口21、22、2
3から導入するプロセスガスは、それぞれ独立に制御さ
れる。すなわち、ガス導入口21から導入されるプロセ
スガスは、ガス配管11を介して供給され、水素がマス
フローコントローラ(MFC)30、原料ガスがマスフ
ローコントローラ(MFC)31、ドーパントがマスフ
ローコントローラ(MFC)32で制御される。ガス導
入口22から導入されるプロセスガスは、ガス配管12
を介して供給され、水素がマスフローコントローラ(M
FC)33、原料ガスがマスフローコントローラ(MF
C)34、ドーパントがマスフローコントローラ(MF
C)35で制御される。ガス導入口23から導入される
プロセスガスは、ガス配管13を介して供給され、水素
がマスフローコントローラ(MFC)36、原料ガスが
マスフローコントローラ(MFC)37、ドーパントが
マスフローコントローラ(MFC)38で制御される。
As shown in FIG. 1, in the horizontal single-wafer type vapor phase growth apparatus 1 of this embodiment, three horizontally arranged gas inlets 21, 22 arranged in the width direction of the reaction vessel 4. 2
Process gas introduced from 3 is independently controlled. That is, the process gas introduced from the gas inlet 21 is supplied through the gas pipe 11, and the hydrogen is supplied to the mass flow controller (MFC) 30, the raw material gas is supplied to the mass flow controller (MFC) 31, and the dopant is supplied to the mass flow controller (MFC) 32. Is controlled by The process gas introduced from the gas inlet 22 is supplied to the gas pipe 12
And hydrogen is supplied to the mass flow controller (M
FC) 33, the source gas is a mass flow controller (MF)
C) 34, the dopant is a mass flow controller (MF)
C) Controlled by 35. The process gas introduced from the gas inlet 23 is supplied through the gas pipe 13, and hydrogen is controlled by a mass flow controller (MFC) 36, source gas is controlled by a mass flow controller (MFC) 37, and dopant is controlled by a mass flow controller (MFC) 38. Is done.

【0016】このように3つのガス導入口21、22、
23には、それぞれドーパントガス条件制御器としての
マスフローコントローラ(MFC)32、35、38が
接続されており、導入されるドーパントガスの流量およ
び/または濃度が高精度に制御される。このガス制御に
は、ドーパントガスの導入の遮断、開始、継続などの制
御を含む。また、上記ガス導入口21、22、23から
は、原料ガスとして、例えば、SiClガス、SiH
Clガス、SiHClガス、SiHガスなどの
珪素系ガスが導入される。また、ドーパントガスとして
は、例えば、ジボラン(B )ガス、フォスフィン
(PH)ガスなどが用いられる。
Thus, the three gas inlets 21, 22,
23 each have a dopant gas condition controller.
Mass flow controllers (MFC) 32, 35, 38
Connected and the flow rate and
And / or concentration is controlled with high precision. For this gas control
Controls such as shutting off, starting, and continuing the introduction of dopant gas.
Including Further, from the gas inlets 21, 22, and 23,
Is, for example, SiCl4Gas, SiH
2Cl2Gas, SiHCl3Gas, SiH4Such as gas
A silicon-based gas is introduced. Also, as a dopant gas
Is, for example, diborane (B 2H6) Gas, phosphine
(PH3) Gas or the like is used.

【0017】この装置を用いて、半導体単結晶基板6上
に気相成長させる半導体薄膜9の抵抗率分布を、各マス
フローコントローラ(MFC)32,35,38の組合
せによって調整する。すなわち、各マスフローコントロ
ーラ(MFC)32,35,38からのドーパントガス
供給量つまり各ガス導入口21、22、23におけるド
ーパントガス濃度を調整することによって、半導体薄膜
9の抵抗率分布を変える。
Using this apparatus, the resistivity distribution of the semiconductor thin film 9 to be vapor-phase grown on the semiconductor single crystal substrate 6 is adjusted by the combination of the respective mass flow controllers (MFC) 32, 35, and 38. That is, the resistivity distribution of the semiconductor thin film 9 is changed by adjusting the supply amount of the dopant gas from each of the mass flow controllers (MFCs) 32, 35, and 38, that is, the concentration of the dopant gas at each of the gas introduction ports 21, 22, and 23.

【0018】先ず、図示しない回転装置によって半導体
単結晶基板6を時計回りに回転させながら、マスフロー
コントローラ(MFC)35からガス導入口(反応容器
4の幅方向中央部)22にのみドーパントガスを供給し
ながら半導体薄膜9を気相成長する。すると、図2に示
す曲線1のように、半導体単結晶基板6の内周部で抵抗
率の均一性が良い一方、外周部側での抵抗率は外周部に
近づくに従い徐々に高くなる。ただしこの場合、目標と
する半導体薄膜9の抵抗率により、抵抗率変化の勾配の
大きさが異なる。すなわち、比較的低抵抗の半導体薄膜
9を成長する場合は外周部の抵抗率が緩やかに上昇して
いくのに対し、比較的高抵抗のものを成長する場合は外
周部の抵抗率が急激に上昇していく傾向がある。
First, the dopant gas is supplied only from the mass flow controller (MFC) 35 to the gas inlet 22 (the center in the width direction of the reaction vessel 4) while the semiconductor single crystal substrate 6 is rotated clockwise by a rotating device (not shown). While growing, the semiconductor thin film 9 is vapor-phase grown. Then, as shown by a curve 1 in FIG. 2, the uniformity of the resistivity is good at the inner peripheral portion of the semiconductor single crystal substrate 6, while the resistivity at the outer peripheral portion gradually increases as approaching the outer peripheral portion. However, in this case, the magnitude of the gradient of the resistivity change differs depending on the target resistivity of the semiconductor thin film 9. That is, when growing a relatively low-resistance semiconductor thin film 9, the resistivity of the outer peripheral portion gradually increases, while when growing a relatively high-resistance semiconductor thin film 9, the resistivity of the outer peripheral portion sharply increases. It tends to rise.

【0019】次に、前記条件と同様にして、マスフロー
コントローラ(MFC)32からガス導入口21(反応
容器4の幅方向周辺部左側口)にのみドーパントガスを
供給して気相成長する場合、図2の曲線2のように、内
掲部における半導体薄膜9の抵抗率はほぼ均一になる。
しかし、外周部側での抵抗率は、外周部に近づくに従い
急激に減少する。これはガス導入口21が半導体単結晶
基板6の回転方向に対して順方向にガスを導入するもの
であり、導入されたドーパントガスは半導体単結晶基板
6の上部でも比較的に広がらずに外周部に集中して供給
される結果、抵抗率が外周部で急峻に低下する傾向とな
ると推測される。
Next, in the same condition as above, when the dopant gas is supplied only from the mass flow controller (MFC) 32 to the gas inlet 21 (left side peripheral portion of the reaction vessel 4 at the left side), vapor phase growth is performed. As shown by a curve 2 in FIG. 2, the resistivity of the semiconductor thin film 9 in the internal portion becomes substantially uniform.
However, the resistivity on the outer peripheral portion rapidly decreases as approaching the outer peripheral portion. This is because the gas inlet 21 introduces a gas in the forward direction with respect to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate 6. It is presumed that as a result of being supplied intensively to the portion, the resistivity tends to sharply decrease at the outer peripheral portion.

【0020】さらに、前記条件と同様にして、マスフロ
ーコントローラ(MFC)38からガス導入口23(反
応容器4の幅方向周辺部右側口)にのみドーパントガス
を供給して気相成長する場合、図2の曲線3のように、
半導体薄膜9の抵抗率は、半導体単結晶基板6の中心か
ら外周部に向かって緩やかに減少する。これはガス導入
口23が半導体単結晶基板6の回転方向に対して逆方向
にガスを導入するものであり、導入されたドーパントガ
スの流れは乱れて半導体単結晶基板6上に大きく広がる
ように分布してしまい、その結果として抵抗率分布が大
きく広がるために外周部に向かって緩やかに低下する傾
向となると推測される。
Further, in the same manner as described above, when a dopant gas is supplied only from the mass flow controller (MFC) 38 to the gas inlet 23 (the right side peripheral portion of the reaction vessel 4 in the width direction), vapor phase growth is performed. Like curve 3 of 2,
The resistivity of the semiconductor thin film 9 gradually decreases from the center of the semiconductor single crystal substrate 6 toward the outer periphery. This is because the gas inlet 23 introduces gas in the direction opposite to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate 6, and the flow of the introduced dopant gas is disturbed and spreads widely on the semiconductor single crystal substrate 6. It is presumed that they are distributed, and as a result, the resistivity distribution is greatly expanded, and thus tends to gradually decrease toward the outer peripheral portion.

【0021】そこで、反応容器4の幅方向中央部に位置
するガス導入口22からドーパントガスを供給するとと
もに、反応容器4の幅方向周辺部に位置するガス導入口
21または23のいずれかからドーパントガスを供給す
る。すなわち、反応容器4の幅方向周辺部から供給する
ドーパントガスを、半導体単結晶基板6の回転方向に対
して順方向または逆方向のどちらか一方に限定する。
Therefore, the dopant gas is supplied from the gas inlet 22 located at the center of the reactor 4 in the width direction, and the dopant gas is supplied from either the gas inlet 21 or 23 located at the peripheral portion of the reactor 4 in the width direction. Supply gas. That is, the dopant gas supplied from the peripheral portion in the width direction of the reaction container 4 is limited to one of the forward direction and the reverse direction with respect to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate 6.

【0022】ガス導入口22からドーパントガスを供給
するとともに、ガス導入口21または23のいずれかか
らドーパントガスを供給することにより、図2の曲線4
に示すような理想的な抵抗率分布である面内に均一な抵
抗率分布が得られる。例えば、高抵抗率の半導体薄膜9
を形成する場合のように、中央部のガス導入口22のみ
からドーパントガスを供給すると外周部側での抵抗率が
外周部に近づくに従い比較的急峻に高くなる時は、ガス
導入口22と半導体単結晶基板6の回転方向に対して順
方向となるガス導入口21との組合せから、抵抗率分布
の均一化が実現される。逆に、低抵抗率の半導体薄膜9
を形成する場合のように、中央部のガス導入口22のみ
からドーパントガスを供給すると外周部側での抵抗率が
外周部に近づくに従い比較的緩やかに高くなる時は、ガ
ス導入口22と半導体単結晶基板6の回転方向に対して
逆方向となるガス導入口21との組合せから、抵抗率分
布の均一化が実現される。
By supplying the dopant gas from the gas inlet 22 and supplying the dopant gas from either the gas inlet 21 or 23, the curve 4 in FIG.
A uniform resistivity distribution can be obtained in a plane having an ideal resistivity distribution as shown in FIG. For example, a semiconductor thin film 9 having a high resistivity
When the dopant gas is supplied only from the central gas inlet 22 and the resistivity on the outer peripheral side becomes relatively steeply higher as approaching the outer peripheral portion as in the case of forming The uniformity of the resistivity distribution is realized by the combination with the gas inlet 21 which is in the forward direction with respect to the rotation direction of the single crystal substrate 6. Conversely, the low resistivity semiconductor thin film 9
When the dopant gas is supplied only from the central gas inlet 22 and the resistivity on the outer peripheral side relatively gradually increases as approaching the outer peripheral portion as in the case of forming The uniformity of the resistivity distribution is realized by the combination with the gas inlet 21 which is in the opposite direction to the rotation direction of the single crystal substrate 6.

【0023】ところで、半導体単結晶基板6の回転方向
は、時計回りと反時計回りのそれぞれが可能であり、そ
の回転方向を変更するだけで、抵抗率分布を制御するこ
とも可能である。
Incidentally, the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate 6 can be clockwise or counterclockwise, and the resistivity distribution can be controlled only by changing the rotation direction.

【0024】例えば、半導体単結晶基板6を時計回りに
回転させながら、中央部のガス導入口22と反応容器4
の幅方向周辺部左側のガス導入口21とからドーパント
ガスを供給した結果、半導体単結晶基板6の周辺部の抵
抗率の低下が急峻になってしまった時は、半導体単結晶
基板6の回転方向を反時計回りに逆転させる。すると、
ガス導入口21から供給されるドーパントガスは半導体
単結晶基板6の回転方向に対して逆方向となるので、半
導体単結晶基板6の周辺部における抵抗率の変化の割合
が比較的小さくなる。
For example, while rotating the semiconductor single crystal substrate 6 clockwise, the gas inlet 22 at the center and the reaction vessel 4 are rotated.
When the dopant gas is supplied from the gas inlet 21 on the left side of the peripheral portion in the width direction and the resistivity of the peripheral portion of the semiconductor single crystal substrate 6 decreases sharply, the rotation of the semiconductor single crystal substrate 6 Reverse direction counterclockwise. Then
Since the dopant gas supplied from the gas inlet 21 is in a direction opposite to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate 6, the rate of change in resistivity in the peripheral portion of the semiconductor single crystal substrate 6 is relatively small.

【0025】[0025]

【実施例】次に、本発明者らが行った各実施例に基づい
て本発明の半導体薄膜の成長方法と成長装置をさらに説
明する。実施例は、反応容器4の幅方向周辺部に位置す
るそれぞれの導入口から実際にドーパントガスを流入さ
せて、その面内抵抗率の均一性を調べたものである。
Next, the method and apparatus for growing a semiconductor thin film according to the present invention will be further described based on the examples performed by the present inventors. In the embodiment, the dopant gas is actually introduced from the respective inlets located at the peripheral portion in the width direction of the reaction vessel 4 and the uniformity of the in-plane resistivity is examined.

【0026】まず、図1に示すように、直径300mm
のp型珪素単結晶基板6を水平型枚葉式気相成長装置1
のサセプタ7に載置した。該成長装置1の反応容器4の
幅は380mm であり、大口径の珪素単結晶基板6を
収容できる寸法を有する。ガス導入口21、22、23
の寸法は導入されるガスに応じて適宜選択されるもので
あり、例えば中央部のガス導入口22だけ周辺部のガス
導入口21、23よりも大径とすることもできる。上述
のように、直径300mmの珪素単結晶基板6を処理す
る反応容器4は、380mmの幅を有するため、一例と
して、中央部のガス導入口22を両端から190mmの
位置に設け、周辺部のガス導入口21、23を端部より
30mmの位置に設ける。
First, as shown in FIG.
Horizontal single-wafer-type vapor-phase growth apparatus 1
Was mounted on the susceptor 7. The width of the reaction vessel 4 of the growth apparatus 1 is 380 mm 2 and has a size capable of accommodating a large-diameter silicon single crystal substrate 6. Gas inlets 21, 22, 23
Is appropriately selected according to the gas to be introduced. For example, only the central gas inlet 22 may be larger in diameter than the peripheral gas inlets 21 and 23. As described above, since the reaction container 4 for processing the silicon single crystal substrate 6 having a diameter of 300 mm has a width of 380 mm, as an example, the gas inlet 22 at the center is provided at a position 190 mm from both ends, The gas introduction ports 21 and 23 are provided at a position 30 mm from the end.

【0027】次に、複数のガス導入口21、22、23
よりなるガス導入口2を介して、1.0%のHFガスを
含有する水素ガスを珪素単結晶基板6が約25℃の状態
で5分間供給し、該珪素単結晶基板6表面の自然酸化膜
を除去した。続いて、反応容器4の外側上部に設けられ
た加熱源である赤外線輻射加熱ランプ5に通電して珪素
単結晶基板6を加熱し、該珪素単結晶基板6の温度が7
00℃より上昇した時に、前記ガス導入口2より2.0
%のHClガスを含有する水素ガスを1分間導入し、珪
素単結晶基板6の主表面の有機物を除去した。
Next, a plurality of gas inlets 21, 22, 23
Hydrogen gas containing 1.0% HF gas is supplied through the gas inlet 2 at a temperature of about 25 ° C. for 5 minutes in the silicon single crystal substrate 6 to spontaneously oxidize the surface of the silicon single crystal substrate 6. The film was removed. Then, the silicon single crystal substrate 6 is heated by energizing an infrared radiation heating lamp 5 which is a heating source provided on the upper outside of the reaction vessel 4, and the temperature of the silicon single crystal substrate 6 becomes 7.
When the temperature rises from 00 ° C., 2.0
% Hydrogen gas was introduced for one minute to remove organic substances on the main surface of the silicon single crystal substrate 6.

【0028】さらに、水平型枚葉式気相成長装置1の外
側上部に設けられた赤外線輻射加熱ランプ5の通電量を
調整し、珪素単結晶基板6を950℃に昇温した。該珪
素単結晶基板6が950℃に到達した後、該珪素単結晶
基板6を時計回りに回転させながら、水平型枚葉式気相
成長装置1のガス導入口2より、以下に説明する組合せ
のドーパントガス(ジボラン(B)ガス)と半導
体原料ガス(トリクロロシラン(SiHCl)ガス)
とを含有する水素ガスを2分間導入し、平均約2ミクロ
ンの厚さのp型珪素単結晶薄膜9が珪素単結晶基板6の
主面に形成された半導体ウェーハを得た。続いて、ジボ
ラン(B)ガスとトリクロロシラン(SiHCl
)ガスの供給を停止し、水素ガスのみ水平型枚葉式気
相成長装置1のガス導入口2より供給しながら赤外線輻
射加熱ランプ5の通電を切り、珪素単結晶基板6の温度
を下げた後に反応容器4の外に取り出した。
Further, the amount of electricity of the infrared radiation heating lamp 5 provided on the upper outside of the horizontal single wafer type vapor phase growth apparatus 1 was adjusted, and the temperature of the silicon single crystal substrate 6 was raised to 950 ° C. After the silicon single crystal substrate 6 reaches 950 ° C., while rotating the silicon single crystal substrate 6 clockwise, a combination described below is supplied from the gas inlet 2 of the horizontal single-wafer type vapor phase growth apparatus 1. Dopant gas (diborane (B 2 H 6 ) gas) and semiconductor source gas (trichlorosilane (SiHCl 3 ) gas)
Was introduced for 2 minutes to obtain a semiconductor wafer in which a p-type silicon single crystal thin film 9 having an average thickness of about 2 μm was formed on the main surface of the silicon single crystal substrate 6. Subsequently, diborane (B 2 H 6 ) gas and trichlorosilane (SiHCl)
3 ) The supply of the gas is stopped, and while the hydrogen gas is supplied only from the gas inlet 2 of the horizontal single-wafer type vapor phase growth apparatus 1, the energization of the infrared radiation heating lamp 5 is cut off to lower the temperature of the silicon single crystal substrate 6. After that, it was taken out of the reaction vessel 4.

【0029】次に、高抵抗率と低抵抗率の珪素単結晶薄
膜9を成長させるのに好適な一条件例について説明す
る。表1はこのような好適な条件例である。
Next, an example of a condition suitable for growing a silicon single crystal thin film 9 having a high resistivity and a low resistivity will be described. Table 1 is an example of such suitable conditions.

【表1】 [Table 1]

【0030】この表1に示した条件で高抵抗率(抵抗率
12Ω・cm目標)と低抵抗率(抵抗率1.5Ω・cm
目標)の珪素単結晶薄膜9をそれぞれ成長させたとこ
ろ、その面内の抵抗率のばらつきは2.5%、2.0%
と極めてばらつきの小さなものに制御されていることが
判った。これは従来、直径300mmの珪素単結晶基板
6への気相成長方法で通常得られていた高抵抗率で13
%、低抵抗率で8%のばらつきに比較すると、本実施例
では格段に抵抗率分布の均一性が改善されていることが
判る。
Under the conditions shown in Table 1, high resistivity (target of 12 Ω · cm) and low resistivity (1.5 Ω · cm of resistivity)
When target silicon single crystal thin films 9 were grown, the in-plane resistivity variations were 2.5% and 2.0%, respectively.
It was found that the temperature was controlled to be extremely small. This is a high resistivity of 13%, which is conventionally obtained by a vapor phase growth method on a silicon single crystal substrate 6 having a diameter of 300 mm.
% And a low resistivity of 8%, the uniformity of the resistivity distribution is remarkably improved in this embodiment.

【0031】上述の実施態様では、ガス導入口21、2
2、23は珪素単結晶基板6の回転中心に揃うように対
称に配置されているが、本発明はこれに限定されず、非
対称に配設することもできる。例えばガス導入口21、
22、23を左右非対称に配置させて、本発明の効果を
増大させることも可能である。また、ガス導入口21,
22,23において、ガスの流速が一様であればさらに
効果的である。
In the above embodiment, the gas inlets 21 and 2
Although the reference numerals 2 and 23 are arranged symmetrically so as to be aligned with the rotation center of the silicon single crystal substrate 6, the present invention is not limited to this, and may be arranged asymmetrically. For example, gas inlet 21,
The effects of the present invention can be increased by disposing the left and right sides 22 and 23 asymmetrically. In addition, gas inlet 21,
In 22 and 23, it is more effective if the gas flow rate is uniform.

【0032】また、上述の実施態様において、反応容器
の幅方向周辺部に位置するガス導入口は左右それぞれに
1個ずつであるが、左右それぞれに複数個配置すること
も可能である。また、使用する半導体材料も珪素に限定
されず、他の気相成長可能な半導体材料ガスを使用して
他の半導体材料を成長させることができる。さらに本発
明は、半導体単結晶薄膜のみならず、半導体多結晶薄膜
の気相成長にも適用することが可能である。
In the above embodiment, the number of gas inlets located at the peripheral portion in the width direction of the reaction vessel is one for each of the left and right sides, but a plurality of gas inlets may be provided for each of the right and left sides. Further, the semiconductor material to be used is not limited to silicon, and another semiconductor material can be grown using another semiconductor material gas that can be vapor-phase grown. Further, the present invention can be applied not only to a semiconductor single crystal thin film but also to a vapor phase growth of a semiconductor polycrystal thin film.

【0033】[0033]

【発明の効果】本発明は、反応容器の幅方向周辺部から
供給するドーパントガスを、半導体単結晶基板の回転方
向に対して順方向または逆方向のどちらか一方に限定し
て気相成長することにより、均一な抵抗率分布を有する
半導体薄膜を得る方法である。本発明によると、上述の
通り、特に大口径の半導体単結晶基板の外周部の抵抗率
を容易に調整することができるので、基板内の抵抗率均
一性をさらに向上することができる。
According to the present invention, the vapor phase growth is performed by limiting the dopant gas supplied from the peripheral portion in the width direction of the reaction vessel to either the forward direction or the reverse direction with respect to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate. This is a method for obtaining a semiconductor thin film having a uniform resistivity distribution. According to the present invention, as described above, the resistivity of the outer peripheral portion of a particularly large-diameter semiconductor single crystal substrate can be easily adjusted, so that the resistivity uniformity in the substrate can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体ウェーハの製造方法の一実施態
様において用いる気相成長装置を示す模式縦断面図であ
る。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a vapor phase growth apparatus used in one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor wafer of the present invention.

【図2】本発明の半導体ウェーハの製造方法に基づいて
行った実験結果による抵抗率分布を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a resistivity distribution based on the results of an experiment performed based on the method of manufacturing a semiconductor wafer according to the present invention.

【図3】従来の半導体ウェーハの製造方法の一実施態様
において用いる気相成長装置を示す模式縦断面図であ
る。
FIG. 3 is a schematic vertical sectional view showing a vapor phase growth apparatus used in one embodiment of a conventional method for manufacturing a semiconductor wafer.

【図4】図3の気相成長装置を上から見た構造を示す模
式横断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a structure of the vapor phase growth apparatus of FIG. 3 as viewed from above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水平型枚葉式気相成長装置 2,21,22,23 ガス導入口 3 ガス排気口 4 反応容器 5 加熱源(赤外線輻射加熱ランプ) 6 半導体単結晶基板(珪素単結晶基板) 7 サセプタ 8 回転軸 11,12,13 ガス配管 30,31,32,33,34,35,36,37,3
8 マスフローコントローラ(MFC)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Horizontal single-wafer type vapor phase growth apparatus 2, 21, 22, 23 Gas inlet 3 Gas exhaust port 4 Reaction vessel 5 Heat source (Infrared radiation heating lamp) 6 Semiconductor single crystal substrate (Silicon single crystal substrate) 7 Susceptor 8 Rotating shafts 11, 12, 13 Gas piping 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 3
8 Mass flow controller (MFC)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽深 等 群馬県安中市磯部2丁目13番1号 信越半 導体株式会社半導体磯部研究所内 Fターム(参考) 4K030 AA03 AA06 AA17 AA20 BA29 BB02 CA04 EA01 EA06 FA10 GA06 JA04 KA24 LA02 5F045 AC01 AC03 AC05 AC19 AD13 DA66 DP28 DQ06 EE04 EE15 EE20 EF02 EF08  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor, etc. 2-13-1, Isobe, Annaka-shi, Gunma F-term in the semiconductor isobe laboratory of Shin-Etsu Semiconductor Co., Ltd. 4K030 AA03 AA06 AA17 AA20 BA29 BB02 CA04 EA01 EA06 FA10 GA06 JA04 KA24 LA02 5F045 AC01 AC03 AC05 AC19 AD13 DA66 DP28 DQ06 EE04 EE15 EE20 EF02 EF08

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器の幅方向中央部及び幅方向周辺
部から、該反応容器内で回転する半導体単結晶基板の主
面に対して平行かつ一方向に、半導体原料ガス及びドー
パントガスを供給して、前記半導体単結晶基板上に半導
体薄膜を気相成長させる半導体ウェーハの製造方法にお
いて、前記反応容器の幅方向周辺部から供給するドーパ
ントガスを、前記半導体単結晶基板の回転方向に対して
順方向または逆方向となるどちらか一方のみに限定して
供給することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
1. A semiconductor raw material gas and a dopant gas are supplied from a central portion in a width direction and a peripheral portion in a width direction of a reaction vessel in a direction parallel to a main surface of a semiconductor single crystal substrate rotating in the reaction vessel and in one direction. Then, in the method of manufacturing a semiconductor wafer for vapor-phase growing a semiconductor thin film on the semiconductor single crystal substrate, a dopant gas supplied from a peripheral portion in the width direction of the reaction vessel, with respect to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate A method for manufacturing a semiconductor wafer, wherein the supply is limited to only one of forward and reverse directions.
【請求項2】 前記半導体薄膜の抵抗率に応じて、前記
反応容器の幅方向周辺部から供給するドーパントガス
を、前記半導体単結晶基板の回転方向に対して順方向ま
たは逆方向のどちらかに変更することを特徴とする請求
項1記載の半導体ウェーハの製造方法。
2. A method according to claim 1, wherein a dopant gas supplied from a peripheral portion in a width direction of the reaction container is moved in either a forward direction or a reverse direction with respect to a rotation direction of the semiconductor single crystal substrate in accordance with a resistivity of the semiconductor thin film. 2. The method for manufacturing a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the method is changed.
【請求項3】 前記半導体薄膜の抵抗率分布に応じて、
前記反応容器の幅方向周辺部から供給するドーパントガ
スを、前記半導体単結晶基板の回転方向に対して順方向
または逆方向のどちらかに変更することを特徴とする請
求項1記載の半導体ウェーハの製造方法。
3. According to a resistivity distribution of the semiconductor thin film,
2. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein the dopant gas supplied from the peripheral portion in the width direction of the reaction vessel is changed to one of a forward direction and a reverse direction with respect to the rotation direction of the semiconductor single crystal substrate. Production method.
【請求項4】 前記半導体薄膜の抵抗率分布に応じて、
前記半導体単結晶基板の回転方向を変更することを特徴
とする請求項1記載の半導体ウェーハの製造方法。
4. According to a resistivity distribution of the semiconductor thin film,
2. The method according to claim 1, wherein a rotation direction of the semiconductor single crystal substrate is changed.
【請求項5】 前記半導体単結晶基板は珪素単結晶基板
であり、前記半導体薄膜は珪素単結晶薄膜であることを
特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項記載
の半導体ウェーハの製造方法。
5. The semiconductor wafer according to claim 1, wherein said semiconductor single crystal substrate is a silicon single crystal substrate, and said semiconductor thin film is a silicon single crystal thin film. Production method.
【請求項6】 反応容器の幅方向中央部及び幅方向周辺
部から、該反応容器内で回転する半導体単結晶基板の主
面に対して平行かつ一方向に、半導体原料ガス及びドー
パントガスを供給して、前記半導体単結晶基板上に半導
体薄膜を気相成長させる半導体ウェーハの製造方法にお
いて、前記半導体薄膜の抵抗率分布に応じて、前記半導
体単結晶基板の回転方向を変更することを特徴とする半
導体ウェーハの製造方法。
6. A semiconductor raw material gas and a dopant gas are supplied from a central portion in a width direction and a peripheral portion in a width direction of a reaction vessel in a direction parallel to a main surface of a semiconductor single crystal substrate rotating in the reaction vessel and in one direction. Then, in the method of manufacturing a semiconductor wafer in which a semiconductor thin film is vapor-phase grown on a semiconductor single crystal substrate, a rotation direction of the semiconductor single crystal substrate is changed according to a resistivity distribution of the semiconductor thin film. Semiconductor wafer manufacturing method.
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