JP2001060580A

JP2001060580A - 半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JP2001060580A
Application number: JP11234192A
Authority: JP
Inventors: Hideki Nishihata; 秀樹西畑
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】ランプ加熱式などの枚葉型水平式エピタキシ
ャル成長装置において、エピタキシャル成長膜の膜厚の
均一性を従来よりも改善することが可能な半導体基板の
製造方法。【解決手段】主面となる半導体基板の表面を高温下で
清浄化処理した後、エピタキシャル成長を行い、続けて
ある濃度分布を持たせて、酸性ガスを高温下で導入し、
エピタキシャル膜の一部を除去することにより、従来と
比べ、膜厚均一性の良好なエピタキシャル成長膜が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】この発明は、エピタキシャル
成長膜を有する半導体基板の製造方法の改良に係り、特
に枚葉式のエピタキシャル成長装置において、周辺部の
エピタキシャル膜厚みが比較的厚くなる傾向にある場
合、これを成長後の酸性ガスエッチング時に基板周辺部
のガス濃度を高く変更して、また、周辺部のエピタキシ
ャル膜厚みが比較的薄くなる傾向にある場合、これを成
長後の酸性ガスエッチング時に基板周辺部のガス濃度を
低く変更して、膜厚みの均一化を図った半導体基板の製
造方法に関する。

【0002】

【従来の技術】シリコンウェーハ上にシリコンのエピタ
キシャル単結晶薄膜を形成し、高品質な半導体基板を製
造する方法が多用され、エピタキシャルウェーハと呼ば
れ、熱化学気相成長法(熱CVD法)に基づくエピタキシャ
ル成長装置によって製造される。

【0003】一般的に行われている半導体基板の作製のシー
ケンスを説明すると、少なくともエピタキシャル成長を
行う面が鏡面研磨された半導体基板を基板支持具の座ぐ
り内に設置して装置内を気密にする(ウェーハの設置)。
次にランプや高周波誘導加熱法により半導体基板を基板
支持具とともに基板の清浄化に必要な温度まで加熱し
て、水素ガスあるいは酸性ガスの雰囲気による半導体基
板表面の清浄化を行う(水素ベーク、酸性ガスエッチン
グ)。

【0004】続いて、エピタキシャル成長を行う温度まで降
温し、成長に必要な原料ガスを流し、エピタキシャル成
長を行う。その後、さらに温度を下げ、エピタキシャル
成長膜を有する半導体基板を取り出す。

【0005】

【発明が解決しようとする課題】前述のフローでエピタ
キシャル成長を行うと、使用する装置の種類、あるいは
同じ種類の装置であっても処理条件や装置のセッティン
グにより、得られるエピタキシャル膜厚にバラツキが生
じる。

【0006】この膜厚のバラツキは、エピタキシャル成長後
に、犠牲酸化処理や研磨加工などを行っても改善するこ
とは難しく、従来は使用するエピタキシャル成長装置の
微調整で改善を行っていた。膜厚の均一性を改善するた
めの装置の調整は、装置の種類によりその方法は様々
で、どの装置においても、調整には時間と手間を要する
ものであった。

【0007】また、特開昭63-62315号公報において、エピタ
キシャル成長後の気相エッチングによりエピタキシャル
膜の均一性の改善方法が提案されているが、最新の膜厚
均一性の要求を満足するには不十分である。

【0008】この発明は、前述したエピタキシャル膜の不均
一性と種々の改善方法の問題を解消し、特に、ランプ加
熱式などの枚葉型水平式エピタキシャル成長装置におい
て、エピタキシャル成長膜の膜厚の均一性を従来よりも
改善することが可能な半導体基板の製造方法を提供する
ことを目的とする。

【0009】

【課題を解決するための手段】発明者は、膜厚みの均一
性を改善する方法について種々検討した結果、主面とな
る半導体基板の表面を高温下で清浄化処理した後、エピ
タキシャル成長を行い、続けてある濃度分布を持たせ
て、酸性ガスを高温下で導入し、エピタキシャル膜の一
部を除去することにより、従来と比べ、膜厚均一性の良
好なエピタキシャル成長膜が得られることを知見した。

【0010】すなわち、従来エピタキシャル成長において
は、使用する装置の加熱方法や使用温度、ガス流量など
の処理条件により、固有の膜厚分布が生じる。これは、
エピタキシャル成長時の半導体基板内の温度分布や原料
ガスの供給状態により決まり、これらを調整するにはか
なりの手間と時間を要する。

【0011】ところが、枚葉型のエピタキシャル成長装置に
おいては、温度の均一性やガス流れの再現性が良好であ
ることから、同じ装置内で高温下で特定の濃度分布で塩
酸ガスなどの酸性ガスを流して、エピタキシャル膜を一
部除去した揚合、除去量にある分布を持たせることがで
きる。

【0012】例えば、枚葉型のエピタキシャル成長炉で得ら
れる膜厚が、基板の中央部に比べ、周辺部で厚くなる傾
向がある場合、これを均一化するために、成長後に酸性
ガスを基板の中央部に比べ周辺部で高濃度となるような
条件で流すことで、エピタキシャル膜の周辺部を、中央
部に比べより多く除去し、結果として基板面内で均一な
エピタキシャル膜を得ることができる。

【0013】

【発明の実施の形態】この発明において、対象とするエ
ピタキシャル成長装置は、熱CVD法に基づく枚葉型で、
水平方向にガスを導入出させる水平式の成長装置であれ
ば、ランプ加熱と高周波誘導加熱のいずれの形式のもの
も採用できる。

【0014】枚葉型水平式エピタキシャル成長装置では、所
要の膜厚を得るために雰囲気温度、成長ガス流れ条件を
種々設定するが、例えば装置内での温度分布や成長ガス
濃度分布、流速などによって、得られたエピタキシャル
成長膜厚は、基板の中央部に比べ、周辺部で厚くなる傾
向、あるいは薄くなる傾向にあるなど、条件設定で膜厚
み分布は、種々のパターンによって変動する。

【0015】なお、エピタキシャル成長膜厚の変動を生じる
基板周辺部は、基板直径大小にかかわらず、エッジから
中心側へ5〜10mm程度、多くとも20mm以内の範囲であ
る。

【0016】この発明において、酸性ガスを基板の中央部に
比べ周辺部で高濃度又は低濃度となるように流すには、
例えば、反応チャンバ内の幅方向の中央部にガス導入用
のノズルがある構成の場合、ノズルの両側に新たなノズ
ルを設けて、中央のガス導入用のノズルから通常の濃度
の塩酸ガスを流し、両脇のノズルから高濃度又は低濃度
の塩酸ガスを流すことにより実現できる。

【0017】この発明において、酸性ガス濃度は、エピタキ
シャル成長時の半導体基板内の温度分布や原料ガスの供
給状態により決定づけられるエピタキシャル膜厚みの分
布傾向に応じて適宜選定される。また、酸性ガスの希釈
率は、例えば塩酸ガスを使用した揚合、エピタキシャル
膜が2μm以下の揚合、0.5〜1.0%程度が望ましく、膜厚
が2〜10μmでは1.0〜3.0%、10μm以上では2.0〜5.0%程
度が望ましい。

【0018】酸性ガス雰囲気での熱処理は、エピタキシャル
膜の成長温度と同じか、あるいは±30℃程度までの温度
範囲で処理されることが望ましい。これはエッチング量
の分布が、エピタキシャル成長時の温度に近い方がより
エピタキシャル膜の分布に近くなり、酸性ガス濃度に分
布を付けた効果がより確実になると考えられる。

【0019】この発明によれば、エピタキシャル成長膜の均
一性の向上効果以外に、例えば貼り合わせSOI基板の活
性層の均一化にも適用可能である。従来の研磨加工によ
る薄膜化に比べると、加工時間は多少長くなるが、薄膜
化加工後の均一性にすぐれかつ加工歪みの発生がないな
どの効果がある。又、局所的なプラズマエッチング加工
による薄膜化に比べると、スループットが高いことか
ら、0.1μmレベルの超薄膜SOI基板の均一化にも適用可
能である。従って、この発明における成長膜はエピタキ
シャル成長以外に上記生成膜も含むものである。

【0020】

【実施例】実施例1 一般的な枚葉型水平式エピタキシャル成長装置で、基板
の周辺部で膜厚が厚くなる傾向を示していた装置を使用
し、ランプ加熱で次の処理を行った。6インチのウェー
ハをロードロック室に設置し、低温で保持している装置
内の基板支持具へ設置した。その後、950℃まで昇温し
た後、1分間水素雰囲気で熱処理し、続けて20秒間塩酸
ガス雰囲気で処理を行った。同じ950℃で5.5μm厚みの
エピタキシャル成長を行った。

【0021】さらに、同じ950℃で塩酸ガスを水素ガスに対
する希釈率で、基板中央分には1.2%、周辺部には1.5%で
30秒間流し、その後温度を下げて半導体基板を回収し
た。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜厚
を測定して均一性を求めた。なお、塩酸ガスの濃度分布
を与えるために、従来のガス導入用のノズルから通常の
濃度の塩酸ガスを流し、チャンバ内の両脇に設置したノ
ズルから高濃度の塩酸ガスを流した。

【0022】比較例1 上記実施例1と同様のシーケンスで5.0μmエピタキシャ
ル成長を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板
を作製した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長
膜の膜厚を測定して均一性を求めた。

【0023】実施例2 実施例1と同様に6インチのウェーハの設置、1050℃まで
昇温後、水素雰囲気と塩酸ガス雰囲気で前処理した。続
いて同じ1050℃で5.5μmのエピタキシャル成長を行っ
た。同じ1050℃で塩酸ガスを水素ガスに対する希釈率
で、基板中央部には1.2%、周辺部には1.5%で20秒間流
し、温度を下げ、半導体基板を回収した。作製した半導
体基板のエピタキシャル成長膜の膜厚を測定して均一性
を求めた。

【0024】比較例2 上記実施例2と同様の手順で5.0μmエピタキシャル成長
を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板を作製
した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜
厚を測定して均一性を求めた。

【0025】実施例3 実施例1と同様に6インチのウェーハの設置、1150℃まで
昇温後、水素雰囲気と塩酸ガス雰囲気で前処理した。続
いて同じ1150℃で5.5μmのエピタキシャル成長を行っ
た。続けて、同じ1150℃で塩酸ガスを水素ガスに対する
希釈率で、基板中央部には1.2%、周辺部には1.5%で10秒
間流し、温度を下げ、半導体基板を回収した。作製した
半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜厚を測定して均
一性を求めた。

【0026】比較例3 上記実施例3と同様の手順で5.0μmのエピタキシャル成
長を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板を作
製した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の
膜厚を測定して均一性を求めた。

【0027】実施例4 実施例1と同様に6インチのウェーハの設置、1050℃まで
昇温後、水素雰囲気と塩酸ガス雰囲気で前処理した。続
いて同じ1050℃で21μmのエピタキシャル成長を行っ
た。続けて、1030℃まで降温した後、塩酸ガスを水素ガ
スに対する希釈率で、基板中央部には2.5%、周辺部には
3.0%で40秒間流し、温度を下げ、半導体基板を回収し
た。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜厚
を測定して均一性を求めた。

【0028】比較例4 上記実施例4と同様の手順で20μmのエピタキシャル成長
を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板を作製
した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜
厚を測定して均一性を求めた。

【0029】実施例5 実施例1と同様に6インチのウェーハの設置、1000℃まで
昇温後、水素雰囲気と塩酸ガス雰囲気で前処理した。続
いて同じ1000℃で0.6μmのエピタキシャル成長を行っ
た。続けて、980℃まで降温した後、塩酸ガスを水素ガ
スに対する希釈率で、基板中央部には0.8%、周辺部には
1.0%で30秒間流し、温度を下げ、半導体基板を回収し
た。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜厚
を測定して均一性を求めた。

【0030】比較例5 上記実施例5と同様の手順で0.5μmのエピタキシャル成
長を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板を作
製した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の
膜厚を測定して均一性を求めた。

【0031】実施例6 従来、基板の周辺部で膜厚が厚くなる傾向を示していた
装置を使用し、実施例1と同様に6インチのウェーハの設
置、1050℃まで昇温後、水素雰囲気と塩酸ガス雰囲気で
前処理した。同じ1050℃で5.5μmのエピタキシャル成長
を行った。続けて、1050℃で塩酸ガスを水素ガスに対す
る希釈率で、基板中央部には1.5%、周辺部には1.2%で10
秒間流し、温度を下げ、半導体基板を回収した。作製し
た半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜厚を測定して
均一性を求めた。

【0032】比較例6 上記実施例6と同様の手順で5.0μmのエピタキシャル成
長を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板を作
製した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の
膜厚を測定して均一性を求めた。

【0033】実施例7 実施例6と同様に6インチのウェーハの設置、1150℃まで
昇温後、水素雰囲気と塩酸ガス雰囲気で前処理した。同
じ1150℃で21μmのエピタキシャル成長を行った。続け
て、1150℃で塩酸ガスを水素ガスに対する希釈率で、基
板中央部には3.0%、周辺部には2.5%で40秒間流し、温度
を下げ、半導体基板を回収した。作製した半導体基板の
エピタキシャル成長膜の膜厚を測定して均一性を求め
た。

【0034】比較例7 上記実施例7と同様の手順で20μmのエピタキシャル成長
を行い、成長後の塩酸処理を行わない半導体基板を作製
した。作製した半導体基板のエピタキシャル成長膜の膜
厚を測定して均一性を求めた。

【0035】測定結果は、比較例1では、膜厚の均一性が約
±5%であったのに対し、この発明による実施例1では、
約±2%と改善されていた。比較例2では、膜厚の均一性
が約±4%であったのに対し、実施例2では、約±2%と改
善されていた。比較例3では、膜厚の均一性が約±2%で
あったのに対し、実施例3では、約±0.5%と改善されて
いた。比較例4では、膜厚の均一性が約±3%であったの
に対し、実施例4では、約±1%と改善されていた。比較
例5では、膜厚の均一性が約±2%であったのに対し、実
施例5では、約±0.5%と改善されていた。比較例6では、
膜厚の均一性が約±3%であったのに対し、実施例6で
は、約±2%と改善されていた。比較例7では、膜厚の均
一性が約±4%であったのに対し、実施例7では、約±2%
と改善されていた。

【0036】

【発明の効果】この発明によれば、エピタキシャル成長
膜を有する半導体基板の製造方法に際して従来方法以上
に、良好な均一性のエピタキシャル成長膜を得ることが
できる。エピタキシャル膜の均一性を改善できる膜厚に
特に制限はなく、0.1μmの薄いエピタキシャル層から数
十μmの厚いエピタキシャル層まで対応でき、処理を行
う温度にも特に制限はない。

【0037】また、この発明によれば、枚葉型エピタキシャ
ル成長装置では、特に基板周辺部の膜厚みが厚い場合に
は、基板周辺部に高濃度の酸性ガスを流すことから、半
導体基板を積載している基板支持具の洗浄作用もあり、
エピタキシャル成長後に毎回行うチャンバ洗浄のための
エッチング時間を短縮する効果が得られる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】酸性ガスにより成長膜を一部除去する熱
処理に際して、酸性ガス濃度を基板中央部と基板周辺部
とで相対的に異なるように変更して除去する半導体基板
の製造方法。
【請求項2】酸性ガス雰囲気での熱処理が、成長膜の
成長温度±30℃の温度範囲で処理される請求項1又は請
求項2に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項3】膜の成長装置がエピタキシャル成長装置
で、ランプ加熱式枚葉炉または高周波誘導加熱式枚葉炉
である請求項1又は請求項2に記載の半導体基板の製造方
法。