JP2002020198A - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法Info
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エピタキシャル層の遷移領域における不純物
濃度プロファイルを一定に維持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。 【解決手段】 オートドーピング現象の影響を受け易い
遷移領域における不純物濃度プロファイルを一定に保つ
ために、オートドーピング量よりも高い不純物濃度が得
られる濃度のドーパントガスを遷移領域に敢えて供給
し、遷移領域の不純物濃度プロファイルの傾斜量を意識
的に高濃度側にシフトさせる。つまり、予想されるオー
トドーピング量よりも不純物濃度が十分高くなるよう
に、遷移領域の不純物濃度プロファイルを予め設定す
る。これにより、オートドーピング量が変化しても、そ
の量は傾斜した不純物濃度プロファイルの許容変化範囲
に納まるようになり、このシリコンエピタキシャルウェ
ーハを用いた半導体装置の特性が、オートドーピング現
象の影響をほとんど受けなくなる。
濃度プロファイルを一定に維持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。 【解決手段】 オートドーピング現象の影響を受け易い
遷移領域における不純物濃度プロファイルを一定に保つ
ために、オートドーピング量よりも高い不純物濃度が得
られる濃度のドーパントガスを遷移領域に敢えて供給
し、遷移領域の不純物濃度プロファイルの傾斜量を意識
的に高濃度側にシフトさせる。つまり、予想されるオー
トドーピング量よりも不純物濃度が十分高くなるよう
に、遷移領域の不純物濃度プロファイルを予め設定す
る。これにより、オートドーピング量が変化しても、そ
の量は傾斜した不純物濃度プロファイルの許容変化範囲
に納まるようになり、このシリコンエピタキシャルウェ
ーハを用いた半導体装置の特性が、オートドーピング現
象の影響をほとんど受けなくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンエピタキ
シャルウェーハの製造方法に関する。
シャルウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】シリコン単結晶基板上に該シリコン単結
晶基板と同一導電型のシリコンエピタキシャル層（以
下、単にエピタキシャル層という。）を気相成長させて
シリコンエピタキシャルウェーハを製造する際、シリコ
ン単結晶基板とエピタキシャル層との界面において不純
物濃度が漸次変化する遷移領域の不純物濃度プロファイ
ルを一定に維持することが重要である。特に、エピタキ
シャル層全体の抵抗率が特性に影響を与えるパワーＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ用等のシリコンエピタキシャルウェーハの製
造においては、遷移領域の不純物濃度プロファイルを一
定に維持することが重要である。ここで不純物濃度プロ
ファイルは、シリコンエピタキシャルウェーハ中におけ
る不純物濃度の該ウェーハ厚さ方向の分布を意味する。
晶基板と同一導電型のシリコンエピタキシャル層（以
下、単にエピタキシャル層という。）を気相成長させて
シリコンエピタキシャルウェーハを製造する際、シリコ
ン単結晶基板とエピタキシャル層との界面において不純
物濃度が漸次変化する遷移領域の不純物濃度プロファイ
ルを一定に維持することが重要である。特に、エピタキ
シャル層全体の抵抗率が特性に影響を与えるパワーＭＯ
Ｓ−ＦＥＴ用等のシリコンエピタキシャルウェーハの製
造においては、遷移領域の不純物濃度プロファイルを一
定に維持することが重要である。ここで不純物濃度プロ
ファイルは、シリコンエピタキシャルウェーハ中におけ
る不純物濃度の該ウェーハ厚さ方向の分布を意味する。
【０００３】しかし、エピタキシャル層の気相成長の際
には、シリコン単結晶基板、反応炉の内壁あるいはサセ
プタ等の治具から不純物が気相中に一旦遊離した後、成
長中のエピタキシャル層に再度取り込まれるといういわ
ゆるオートドーピング現象が発生し、遷移領域の不純物
濃度プロファイルを変化させる。特に、高濃度に不純物
が添加されたシリコン単結晶基板上に該シリコン単結晶
基板と同一導電型のシリコンエピタキシャル層を気相成
長する際には、シリコン単結晶基板からの影響が大きく
なる。オートドーピング量はオートドーピング現象によ
りエピタキシャル層中に取り込まれている不純物濃度で
現されるが、特に、燐（Ｐ）、砒素（Ａｓ）あるいは硼
素（Ｂ）のようにオートドーピング量の大きい不純物が
高濃度に添加されているシリコン単結晶基板の直上にエ
ピタキシャル層を成長させる場合には、オートドーピン
グ現象の影響が大きい。
には、シリコン単結晶基板、反応炉の内壁あるいはサセ
プタ等の治具から不純物が気相中に一旦遊離した後、成
長中のエピタキシャル層に再度取り込まれるといういわ
ゆるオートドーピング現象が発生し、遷移領域の不純物
濃度プロファイルを変化させる。特に、高濃度に不純物
が添加されたシリコン単結晶基板上に該シリコン単結晶
基板と同一導電型のシリコンエピタキシャル層を気相成
長する際には、シリコン単結晶基板からの影響が大きく
なる。オートドーピング量はオートドーピング現象によ
りエピタキシャル層中に取り込まれている不純物濃度で
現されるが、特に、燐（Ｐ）、砒素（Ａｓ）あるいは硼
素（Ｂ）のようにオートドーピング量の大きい不純物が
高濃度に添加されているシリコン単結晶基板の直上にエ
ピタキシャル層を成長させる場合には、オートドーピン
グ現象の影響が大きい。
【０００４】そこで、遷移領域の不純物濃度プロファイ
ルを一定に維持するために、例えば特開平８−１７７３
７号公報においては、半導体ウェーハ面にエピタキシャ
ル層を形成する際に、オートドーピング量を補完するよ
うに成長用ガス中のドーパントガスの濃度を成長開始時
点から段階的及び／又は連続的に増加させ、設定濃度に
達した時点以降は一定に維持して成長を行うことを特徴
とするエピタキシャル成長法が提案されている。
ルを一定に維持するために、例えば特開平８−１７７３
７号公報においては、半導体ウェーハ面にエピタキシャ
ル層を形成する際に、オートドーピング量を補完するよ
うに成長用ガス中のドーパントガスの濃度を成長開始時
点から段階的及び／又は連続的に増加させ、設定濃度に
達した時点以降は一定に維持して成長を行うことを特徴
とするエピタキシャル成長法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、オート
ドーピング量は、シリコン単結晶基板の不純物濃度、エ
ピタキシャル成長前に行われるシリコン単結晶基板のエ
ッチング量、気相成長温度、気相成長速度のみならず、
その時々の反応炉の雰囲気により変化するので、不純物
濃度プロファイルは結局オートドーピング量の変化の影
響を受け、不純物濃度プロファイルを一定に維持するこ
とは困難であった。
ドーピング量は、シリコン単結晶基板の不純物濃度、エ
ピタキシャル成長前に行われるシリコン単結晶基板のエ
ッチング量、気相成長温度、気相成長速度のみならず、
その時々の反応炉の雰囲気により変化するので、不純物
濃度プロファイルは結局オートドーピング量の変化の影
響を受け、不純物濃度プロファイルを一定に維持するこ
とは困難であった。
【０００６】本発明の課題は、エピタキシャル層の遷移
領域における不純物濃度プロファイルを一定に維持する
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。
領域における不純物濃度プロファイルを一定に維持する
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。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】上記の課
題を解決するために、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、反応炉内にてシリコン単結晶基
板の直上にエピタキシャル層を気相成長させることによ
りシリコンエピタキシャルウェーハを製造するシリコン
エピタキシャルウェーハの製造方法において、エピタキ
シャル層の気相成長を開始するまでの間、該気相成長の
開始時点において予定されている濃度のドーパントガス
をパージする成長前パージ工程と、ドーパントガスの供
給濃度を変化させながら該ドーパントガスを反応炉内に
供給する遷移領域の気相成長工程と、一定濃度のドーパ
ントガスを反応炉内に供給する安定領域の気相成長工程
とを有し、遷移領域の気相成長工程において、オートド
ーピング量よりも高い不純物濃度が得られる濃度のドー
パントガスを反応炉内に供給することを特徴とする。
題を解決するために、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、反応炉内にてシリコン単結晶基
板の直上にエピタキシャル層を気相成長させることによ
りシリコンエピタキシャルウェーハを製造するシリコン
エピタキシャルウェーハの製造方法において、エピタキ
シャル層の気相成長を開始するまでの間、該気相成長の
開始時点において予定されている濃度のドーパントガス
をパージする成長前パージ工程と、ドーパントガスの供
給濃度を変化させながら該ドーパントガスを反応炉内に
供給する遷移領域の気相成長工程と、一定濃度のドーパ
ントガスを反応炉内に供給する安定領域の気相成長工程
とを有し、遷移領域の気相成長工程において、オートド
ーピング量よりも高い不純物濃度が得られる濃度のドー
パントガスを反応炉内に供給することを特徴とする。
【０００８】上記本発明においては、オートドーピング
現象の影響を受け易い遷移領域における不純物濃度プロ
ファイルを一定に保つために、オートドーピング量より
も高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガスを遷
移領域に敢えて供給し、遷移領域の不純物濃度プロファ
イルの傾斜量を意識的に高濃度側にシフトさせる。つま
り、予想されるオートドーピング量よりも不純物濃度が
十分高くなるように、遷移領域の不純物濃度プロファイ
ルを予め設定する。これにより、オートドーピング量が
変化しても、その量は傾斜した不純物濃度プロファイル
の許容変化範囲に納まるようになり、このシリコンエピ
タキシャルウェーハを用いた半導体装置の特性が、オー
トドーピング現象の影響をほとんど受けなくなる。
現象の影響を受け易い遷移領域における不純物濃度プロ
ファイルを一定に保つために、オートドーピング量より
も高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガスを遷
移領域に敢えて供給し、遷移領域の不純物濃度プロファ
イルの傾斜量を意識的に高濃度側にシフトさせる。つま
り、予想されるオートドーピング量よりも不純物濃度が
十分高くなるように、遷移領域の不純物濃度プロファイ
ルを予め設定する。これにより、オートドーピング量が
変化しても、その量は傾斜した不純物濃度プロファイル
の許容変化範囲に納まるようになり、このシリコンエピ
タキシャルウェーハを用いた半導体装置の特性が、オー
トドーピング現象の影響をほとんど受けなくなる。
【０００９】なお、遷移領域の気相成長工程の開始時点
においては、シリコン単結晶基板からの不純物の直接拡
散（後述する外方拡散）により、エピタキシャル層中の
不純物濃度が過剰となりやすくなる。そこで、反応炉内
に供給されるドーパントガスの濃度は、気相成長の開始
時点におけるエピタキシャル層の不純物濃度を、シリコ
ン単結晶基板の不純物濃度と同じにすることができる濃
度以下に設定することで、このような不具合が回避さ
れ、遷移領域における不純物濃度プロファイルをより一
定に保ちやすくなる。
においては、シリコン単結晶基板からの不純物の直接拡
散（後述する外方拡散）により、エピタキシャル層中の
不純物濃度が過剰となりやすくなる。そこで、反応炉内
に供給されるドーパントガスの濃度は、気相成長の開始
時点におけるエピタキシャル層の不純物濃度を、シリコ
ン単結晶基板の不純物濃度と同じにすることができる濃
度以下に設定することで、このような不具合が回避さ
れ、遷移領域における不純物濃度プロファイルをより一
定に保ちやすくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る発明の実施の
形態について、詳細に説明する。図１は、本発明に係る
ドーパントガス供給濃度の設定（図１（ａ））と、その
結果得られるシリコンエピタキシャルウェーハ中の不純
物濃度プロファイル（図１（ｂ））を模式的に表したも
のである。なお、以下に示す不純物濃度プロファイルは
全て片対数グラフであり、縦軸に示す不純物濃度が対数
値である。
形態について、詳細に説明する。図１は、本発明に係る
ドーパントガス供給濃度の設定（図１（ａ））と、その
結果得られるシリコンエピタキシャルウェーハ中の不純
物濃度プロファイル（図１（ｂ））を模式的に表したも
のである。なお、以下に示す不純物濃度プロファイルは
全て片対数グラフであり、縦軸に示す不純物濃度が対数
値である。
【００１１】図８は、シリコンエピタキシャルウェーハ
の製造に使用する装置の一例を模式的に示すものであ
り、反応炉１内のサセプタにシリコン単結晶基板Ｗを保
持し、ヒータ２にて所定温度に加熱する。そして、ガス
供給用配管３を通じて反応炉１内に、所定比率の原料ガ
スとドーパントガスとをキャリアガスとともに流すこと
で、該シリコン単結晶基板Ｗの主表面上に該シリコン単
結晶基板Ｗと同一導電型のシリコンエピタキシャル層が
気相成長され、シリコンエピタキシャルウェーハが得ら
れる。
の製造に使用する装置の一例を模式的に示すものであ
り、反応炉１内のサセプタにシリコン単結晶基板Ｗを保
持し、ヒータ２にて所定温度に加熱する。そして、ガス
供給用配管３を通じて反応炉１内に、所定比率の原料ガ
スとドーパントガスとをキャリアガスとともに流すこと
で、該シリコン単結晶基板Ｗの主表面上に該シリコン単
結晶基板Ｗと同一導電型のシリコンエピタキシャル層が
気相成長され、シリコンエピタキシャルウェーハが得ら
れる。
【００１２】ここで、本発明に係る遷移領域の気相成長
工程では、オートドーピング量よりも高い不純物濃度が
得られる濃度のドーパントガスを供給する。前述したよ
うに、オートドーピング量はその時々の反応炉１内の雰
囲気により変化するので、シリコンエピタキシャルウェ
ーハの製造を開始する前に、以下の予備調査試験を行う
ことで該製造に使用する反応炉内の雰囲気状況を確認す
る。
工程では、オートドーピング量よりも高い不純物濃度が
得られる濃度のドーパントガスを供給する。前述したよ
うに、オートドーピング量はその時々の反応炉１内の雰
囲気により変化するので、シリコンエピタキシャルウェ
ーハの製造を開始する前に、以下の予備調査試験を行う
ことで該製造に使用する反応炉内の雰囲気状況を確認す
る。
【００１３】まず、ドーパントガスを供給しない（ノン
ドープ）で所望厚さのエピタキシャル層をシリコン単結
晶基板の直上に気相成長する。すると、図２に示すよう
なノンドープの不純物濃度プロファイル（以下、単にノ
ンドーププロファイルという）が得られる。このノンド
ーププロファイルのエピタキシャル層は、外方拡散支配
領域とオートドーピング支配領域とからなる。
ドープ）で所望厚さのエピタキシャル層をシリコン単結
晶基板の直上に気相成長する。すると、図２に示すよう
なノンドープの不純物濃度プロファイル（以下、単にノ
ンドーププロファイルという）が得られる。このノンド
ーププロファイルのエピタキシャル層は、外方拡散支配
領域とオートドーピング支配領域とからなる。
【００１４】ここでいう外方拡散とは、シリコン単結晶
基板からエピタキシャル層中に不純物が直接拡散するこ
とをいい、外方拡散支配領域では、外方拡散の量が不純
物濃度プロファイルの形状を主に決定する。一方、オー
トドーピング支配領域では、オートドーピング量が不純
物濃度プロファイルの形状を主に決定する。外方拡散支
配領域は、気相成長の開始時点から略一定の勾配にて不
純物濃度を減少させる直線状の区間としてプロファイル
上に現われる。他方、オートドーピング支配領域は、該
外方拡散支配領域の延長から高濃度側に外れる形にて、
該外方拡散支配領域に続く裾野状の曲線領域として現わ
れる。
基板からエピタキシャル層中に不純物が直接拡散するこ
とをいい、外方拡散支配領域では、外方拡散の量が不純
物濃度プロファイルの形状を主に決定する。一方、オー
トドーピング支配領域では、オートドーピング量が不純
物濃度プロファイルの形状を主に決定する。外方拡散支
配領域は、気相成長の開始時点から略一定の勾配にて不
純物濃度を減少させる直線状の区間としてプロファイル
上に現われる。他方、オートドーピング支配領域は、該
外方拡散支配領域の延長から高濃度側に外れる形にて、
該外方拡散支配領域に続く裾野状の曲線領域として現わ
れる。
【００１５】外方拡散支配領域とオートドーピング支配
領域は、外方拡散支配領域の延長線ｌを不純物濃度プロ
ファイル上に引くことにより近似的に求めることができ
る。延長線ｌと不純物濃度プロファイルが重なっている
領域が外方拡散領域であり、延長線ｌから不純物濃度プ
ロファイルが高濃度側に外れ出す境界点をＰとして、そ
のＰ点以降の領域がオートドーピング支配領域である。
Ｐ点においては、外方拡散とオートドーピングの量が拮
抗するので、合計でＤ０となる不純物濃度のうち、Ｄ０
／２が外方拡散からの寄与分、残余のＤ０／２がオート
ドーピング現象からの寄与分と考えることができる。す
なわち、Ｐ点におけるオートドーピング現象による不純
物濃度はＤ０／２であると推定することができる。
領域は、外方拡散支配領域の延長線ｌを不純物濃度プロ
ファイル上に引くことにより近似的に求めることができ
る。延長線ｌと不純物濃度プロファイルが重なっている
領域が外方拡散領域であり、延長線ｌから不純物濃度プ
ロファイルが高濃度側に外れ出す境界点をＰとして、そ
のＰ点以降の領域がオートドーピング支配領域である。
Ｐ点においては、外方拡散とオートドーピングの量が拮
抗するので、合計でＤ０となる不純物濃度のうち、Ｄ０
／２が外方拡散からの寄与分、残余のＤ０／２がオート
ドーピング現象からの寄与分と考えることができる。す
なわち、Ｐ点におけるオートドーピング現象による不純
物濃度はＤ０／２であると推定することができる。
【００１６】次に、所望の不純物濃度を安定領域として
形成するために必要なドーパントガスの供給濃度を求め
る。具体的には、供給するドーパントガスの流量と該ド
ーパントガスを希釈する水素の流量とを変えることによ
りドーパントガスの供給濃度を種々に変化させて各種の
シリコンエピタキシャルウェーハを製造し、各々その安
定領域における平均的な不純物濃度を測定する。図３
は、安定領域を有する不純物濃度プロファイルの一例で
ある。ここで、ＤｔとＤｓはそれぞれシリコン単結晶基
板とエピタキシャル層の安定領域の不純物濃度である。
次に、前記測定結果を集めて、安定領域の不純物濃度を
ドーパントガスの流量に対してプロットすれば、図６に
示すような濃度−流量関係曲線が得られる。ここでは、
ドーパントガスの供給濃度変化に対応する安定領域の不
純物濃度を決定することが目的であるから、遷移領域の
形成に際して特にオードドーピング量を考慮してドーパ
ントガスの供給濃度を設定する必要はない。ただし、当
然に、得られる不純物濃度プロファイル（図３）は従来
と同様のものとなり、その遷移領域のプロファイルはオ
ートドーピングの量により大きく変化する。
形成するために必要なドーパントガスの供給濃度を求め
る。具体的には、供給するドーパントガスの流量と該ド
ーパントガスを希釈する水素の流量とを変えることによ
りドーパントガスの供給濃度を種々に変化させて各種の
シリコンエピタキシャルウェーハを製造し、各々その安
定領域における平均的な不純物濃度を測定する。図３
は、安定領域を有する不純物濃度プロファイルの一例で
ある。ここで、ＤｔとＤｓはそれぞれシリコン単結晶基
板とエピタキシャル層の安定領域の不純物濃度である。
次に、前記測定結果を集めて、安定領域の不純物濃度を
ドーパントガスの流量に対してプロットすれば、図６に
示すような濃度−流量関係曲線が得られる。ここでは、
ドーパントガスの供給濃度変化に対応する安定領域の不
純物濃度を決定することが目的であるから、遷移領域の
形成に際して特にオードドーピング量を考慮してドーパ
ントガスの供給濃度を設定する必要はない。ただし、当
然に、得られる不純物濃度プロファイル（図３）は従来
と同様のものとなり、その遷移領域のプロファイルはオ
ートドーピングの量により大きく変化する。
【００１７】続いて、遷移領域を形成するために、図７
（ｂ）に示すドーパントガスの供給濃度プロファイルに
おいて、遷移領域の開始点（Ｍ’）でのドーパントガス
の供給濃度を、図６の濃度−流量関係曲線を用いて求め
る。この時、Ｍ’でのドーパントガス供給濃度は、推定
されるオートドーピング量よりも高く、かつ、シリコン
単結晶基板の不純物濃度Ｄt以下、例えば、Ｄtから所定
量αを減じた値（Ｄt−α）にすることができる濃度Ｃ
（Ｄｔ−α）に設定する。この時、ドーパントガスの供
給濃度をシリコン単結晶基板の不純物濃度Ｄｔよりも高
くすることができる濃度にすると、反応炉の内壁あるい
はサセプタ等の治具に付着する不純物の量は基板からの
不純物の外方拡散量よりも大きくなり、無用にオートド
ーピング量を増すことになるので、好ましくない。
（ｂ）に示すドーパントガスの供給濃度プロファイルに
おいて、遷移領域の開始点（Ｍ’）でのドーパントガス
の供給濃度を、図６の濃度−流量関係曲線を用いて求め
る。この時、Ｍ’でのドーパントガス供給濃度は、推定
されるオートドーピング量よりも高く、かつ、シリコン
単結晶基板の不純物濃度Ｄt以下、例えば、Ｄtから所定
量αを減じた値（Ｄt−α）にすることができる濃度Ｃ
（Ｄｔ−α）に設定する。この時、ドーパントガスの供
給濃度をシリコン単結晶基板の不純物濃度Ｄｔよりも高
くすることができる濃度にすると、反応炉の内壁あるい
はサセプタ等の治具に付着する不純物の量は基板からの
不純物の外方拡散量よりも大きくなり、無用にオートド
ーピング量を増すことになるので、好ましくない。
【００１８】なお、濃度Ｃ（Ｄｔ−α）でドーパントガ
スを供給し始める前に、図８のパージ用配管６を介し
て、設定した濃度のドーパントガスを十分にパージして
おくことが重要である。ここでパージとは、ドーパント
ガスを反応炉１内に供給せずに掛流すことをいう。パー
ジを行わないと、ドーパントガスの流量制御装置が閉状
態から設定値に移行するまでの間にガス流量が安定しな
いので、図４に示すような異常な不純物濃度プロファイ
ルが発生することがあるからである。なお、図８では、
このパージを行うために、反応炉１をバイパスさせる形
にて原料ガスとドーパントガスとを流すパージ用配管６
と、炉内供給とパージとを切り替えるための供給用バル
ブ４及びパージ用バルブ５が設けられている。
スを供給し始める前に、図８のパージ用配管６を介し
て、設定した濃度のドーパントガスを十分にパージして
おくことが重要である。ここでパージとは、ドーパント
ガスを反応炉１内に供給せずに掛流すことをいう。パー
ジを行わないと、ドーパントガスの流量制御装置が閉状
態から設定値に移行するまでの間にガス流量が安定しな
いので、図４に示すような異常な不純物濃度プロファイ
ルが発生することがあるからである。なお、図８では、
このパージを行うために、反応炉１をバイパスさせる形
にて原料ガスとドーパントガスとを流すパージ用配管６
と、炉内供給とパージとを切り替えるための供給用バル
ブ４及びパージ用バルブ５が設けられている。
【００１９】次に、遷移領域のエピタキシャル層が前記
したＰ点の厚さｘｐに到達したとき、その不純物濃度
が、前述のノンドーププロファイルの点Ｐにおけるオー
トドーピング量よりも高くなるようにドーパントガスの
供給濃度を予め設定しておく。このような供給濃度とし
て、例えば、Ｐ点での不純物濃度が２×Ｄ０になるよう
に設定することができる。これは、具体的には、Ｐ点で
はすでにＤ０に相当する不純物濃度が外方拡散とオート
ドーピング現象により供給されているので、さらにＤ０
だけの不純物濃度を得られる濃度Ｃ（Ｄ０）をドーパン
トガスとして供給することを意味する。点Ｐにおける推
定オートドーピング量はＤ０／２なので、ドーパントガ
スの供給濃度をＣ（Ｄ０）とすることは、オートドーピ
ング量よりも高い濃度に設定することを意味する。
したＰ点の厚さｘｐに到達したとき、その不純物濃度
が、前述のノンドーププロファイルの点Ｐにおけるオー
トドーピング量よりも高くなるようにドーパントガスの
供給濃度を予め設定しておく。このような供給濃度とし
て、例えば、Ｐ点での不純物濃度が２×Ｄ０になるよう
に設定することができる。これは、具体的には、Ｐ点で
はすでにＤ０に相当する不純物濃度が外方拡散とオート
ドーピング現象により供給されているので、さらにＤ０
だけの不純物濃度を得られる濃度Ｃ（Ｄ０）をドーパン
トガスとして供給することを意味する。点Ｐにおける推
定オートドーピング量はＤ０／２なので、ドーパントガ
スの供給濃度をＣ（Ｄ０）とすることは、オートドーピ
ング量よりも高い濃度に設定することを意味する。
【００２０】このようにして、図７（ｂ）に示すよう
に、遷移領域の気相成長工程では、オートドーピング量
よりも高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガス
を常に供給しながら、ドーパントガスの供給濃度を変化
させるようにする。ドーパントガスの供給濃度を漸次直
線的あるいは段階的に減少させると、例えば図５に示す
ような不純物濃度プロファイルが得られる。この製造方
法によると、遷移領域の気相成長において、前記境界点
Ｐに対応するエピタキシャル層の厚さｘｐ以降の部分を
成長する際に、少なくとも、オートドーピング量よりも
十分に高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガス
が常に反応炉内に供給されるので、図７（ａ）に破線で
示す、オートドーピング量を上回るようにドーパント供
給量を補正しなかった場合の不純物濃度プロファイルよ
りも、傾斜量が高濃度側にシフトする。これにより、オ
ートドーピング量が変化しても、その量は傾斜した不純
物濃度プロファイルの許容変化範囲に納まるようにな
る。
に、遷移領域の気相成長工程では、オートドーピング量
よりも高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガス
を常に供給しながら、ドーパントガスの供給濃度を変化
させるようにする。ドーパントガスの供給濃度を漸次直
線的あるいは段階的に減少させると、例えば図５に示す
ような不純物濃度プロファイルが得られる。この製造方
法によると、遷移領域の気相成長において、前記境界点
Ｐに対応するエピタキシャル層の厚さｘｐ以降の部分を
成長する際に、少なくとも、オートドーピング量よりも
十分に高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガス
が常に反応炉内に供給されるので、図７（ａ）に破線で
示す、オートドーピング量を上回るようにドーパント供
給量を補正しなかった場合の不純物濃度プロファイルよ
りも、傾斜量が高濃度側にシフトする。これにより、オ
ートドーピング量が変化しても、その量は傾斜した不純
物濃度プロファイルの許容変化範囲に納まるようにな
る。
【００２１】上記本発明の効果を確認するために、以下
の実験を行った。まず、直径１５０ｍｍ、面方位（１０
０）であり、比較的高濃度の砒素（Ａｓ）を不純物とし
て添加したｎ＋型（不純物濃度：３×１０１９個／ｃｍ
３）のシリコン単結晶基板を用意した。なお、基板の裏
面には、該裏面からのオートドープを防止するための酸
化膜を０．５μｍの厚さに形成してある。まず、予備調
査試験として、このシリコン単結晶基板に対し、原料ガ
スとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）と水素の混
合ガスを用い、ドーパントガスを導入せずに、厚さ２０
μｍのエピタキシャル層をシリコン単結晶基板の直上に
気相成長した。反応炉は水平枚葉式のものを用い、気相
成長温度は１１００℃、常圧にて水素をキャリアガスと
して用いた。その結果、図２に示すようなノンドープの
不純物濃度プロファイルを有するシリコンエピタキシャ
ルウェーハが得られた。Ｐ点での不純物濃度Ｄ０は、お
よそ５×１０１６個／ｃｍ３であった。
の実験を行った。まず、直径１５０ｍｍ、面方位（１０
０）であり、比較的高濃度の砒素（Ａｓ）を不純物とし
て添加したｎ＋型（不純物濃度：３×１０１９個／ｃｍ
３）のシリコン単結晶基板を用意した。なお、基板の裏
面には、該裏面からのオートドープを防止するための酸
化膜を０．５μｍの厚さに形成してある。まず、予備調
査試験として、このシリコン単結晶基板に対し、原料ガ
スとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）と水素の混
合ガスを用い、ドーパントガスを導入せずに、厚さ２０
μｍのエピタキシャル層をシリコン単結晶基板の直上に
気相成長した。反応炉は水平枚葉式のものを用い、気相
成長温度は１１００℃、常圧にて水素をキャリアガスと
して用いた。その結果、図２に示すようなノンドープの
不純物濃度プロファイルを有するシリコンエピタキシャ
ルウェーハが得られた。Ｐ点での不純物濃度Ｄ０は、お
よそ５×１０１６個／ｃｍ３であった。
【００２２】次に、同じ反応炉を用い、水素により希釈
したホスフィン（ＰＨ３）をドーパントガスとして用い
て、以下のようにして燐（Ｐ）を不純物として基板より
も低濃度に添加したｎ型エピタキシャル層を別のシリコ
ン単結晶基板の直上に気層成長することにより、シリコ
ンエピタキシャルウェーハを製造した。すなわち、遷移
領域の開始点（図７（ａ）の点Ｍ）での狙い不純物濃度
として、シリコン単結晶基板の不純物濃度Ｄｔ（３×１
０１９個／ｃｍ３）よりも低く、かつ、Ｐ点での不純物
濃度Ｄ０よりも高い不純物濃度５×１０１７個／ｃ
ｍ３）が得られるようにドーパントガスの供給濃度を調
整し、その設定値でドーパントガスをパージした。次い
で、上記供給濃度を初期値としてドーパントガスを原料
ガスとともに反応炉内に導入することにより、気相成長
工程を開始した。遷移領域の気相成長工程では、見込ま
れるオートドーピング量よりも不純物濃度が常に高くな
り、かつ前記Ｐ点に対応する位置での添加される不純物
濃度が１×１０１７個／ｃｍ３になるようにドーパント
ガスの供給濃度を調整して供給した。そして、引き続き
該ドーパントガスの供給量を直線的に漸減させた。次
に、安定領域の気相成長工程では、不純物濃度が１×１
０１５個／ｃｍ３となるように濃度が調整されたドーパ
ントガスを一定の供給濃度にて供給しｎ−型のエピタキ
シャル層を１５μｍ気相成長した。こうして、全厚さ２
０μｍのエピタキシャル層がシリコン単結晶基板上に形
成されたシリコンエピタキシャルウェーハが得られた。
なお、気相成長温度と炉内圧は予備調査試験と同じであ
る。
したホスフィン（ＰＨ３）をドーパントガスとして用い
て、以下のようにして燐（Ｐ）を不純物として基板より
も低濃度に添加したｎ型エピタキシャル層を別のシリコ
ン単結晶基板の直上に気層成長することにより、シリコ
ンエピタキシャルウェーハを製造した。すなわち、遷移
領域の開始点（図７（ａ）の点Ｍ）での狙い不純物濃度
として、シリコン単結晶基板の不純物濃度Ｄｔ（３×１
０１９個／ｃｍ３）よりも低く、かつ、Ｐ点での不純物
濃度Ｄ０よりも高い不純物濃度５×１０１７個／ｃ
ｍ３）が得られるようにドーパントガスの供給濃度を調
整し、その設定値でドーパントガスをパージした。次い
で、上記供給濃度を初期値としてドーパントガスを原料
ガスとともに反応炉内に導入することにより、気相成長
工程を開始した。遷移領域の気相成長工程では、見込ま
れるオートドーピング量よりも不純物濃度が常に高くな
り、かつ前記Ｐ点に対応する位置での添加される不純物
濃度が１×１０１７個／ｃｍ３になるようにドーパント
ガスの供給濃度を調整して供給した。そして、引き続き
該ドーパントガスの供給量を直線的に漸減させた。次
に、安定領域の気相成長工程では、不純物濃度が１×１
０１５個／ｃｍ３となるように濃度が調整されたドーパ
ントガスを一定の供給濃度にて供給しｎ−型のエピタキ
シャル層を１５μｍ気相成長した。こうして、全厚さ２
０μｍのエピタキシャル層がシリコン単結晶基板上に形
成されたシリコンエピタキシャルウェーハが得られた。
なお、気相成長温度と炉内圧は予備調査試験と同じであ
る。
【００２３】このようにして得られたシリコンエピタキ
シャルウェーハの不純物濃度プロファイルを測定したと
ころ、図５に示すようなプロファイルが得られた。遷移
領域の厚さは約５μｍであり、Ｐ点での不純物濃度は
１．５×１０１７個／ｃｍ３、安定領域での不純物濃度
は１×１０１５個／ｃｍ３であった。そして、Ｐ点と安
定領域との間には、略直線的にドーパント濃度の対数値
が減少する直線勾配区間が明瞭に形成されていた。遷移
領域において、エピタキシャル層の成長開始点からＰ点
までの外方拡散支配領域に当る区間でも不純物濃度の対
数値が直線的に減少する。すなわち、本実施例における
遷移領域の不純物濃度プロファイルは、エピタキシャル
層の成長方向において不純物濃度の対数値が直線的に減
少する区間を２箇所有する。ドーパントガスの供給量を
漸減させる途中に１回以上漸減率を変化させると、不純
物濃度の対数値が直線的に減少する区間を遷移領域にお
いて３箇所以上にすることができる。
シャルウェーハの不純物濃度プロファイルを測定したと
ころ、図５に示すようなプロファイルが得られた。遷移
領域の厚さは約５μｍであり、Ｐ点での不純物濃度は
１．５×１０１７個／ｃｍ３、安定領域での不純物濃度
は１×１０１５個／ｃｍ３であった。そして、Ｐ点と安
定領域との間には、略直線的にドーパント濃度の対数値
が減少する直線勾配区間が明瞭に形成されていた。遷移
領域において、エピタキシャル層の成長開始点からＰ点
までの外方拡散支配領域に当る区間でも不純物濃度の対
数値が直線的に減少する。すなわち、本実施例における
遷移領域の不純物濃度プロファイルは、エピタキシャル
層の成長方向において不純物濃度の対数値が直線的に減
少する区間を２箇所有する。ドーパントガスの供給量を
漸減させる途中に１回以上漸減率を変化させると、不純
物濃度の対数値が直線的に減少する区間を遷移領域にお
いて３箇所以上にすることができる。
【００２４】また、遷移領域の気相成長工程においてド
ーパントガスの供給濃度を変化させる具体的な態様とし
ては、上記のように単調に減少させる態様に限らず、オ
ートドーピング量よりも高い不純物濃度が得られる濃度
のドーパントガスであれば、遷移領域における不純物濃
度プロファイルを所望の形状とするために、増加させる
態様としたり、あるいは供給濃度を一定保持する期間を
途中に設けたり、さらには、減少、増加及び一定保持の
２以上を適宜組み合わせたりすることが可能である。
ーパントガスの供給濃度を変化させる具体的な態様とし
ては、上記のように単調に減少させる態様に限らず、オ
ートドーピング量よりも高い不純物濃度が得られる濃度
のドーパントガスであれば、遷移領域における不純物濃
度プロファイルを所望の形状とするために、増加させる
態様としたり、あるいは供給濃度を一定保持する期間を
途中に設けたり、さらには、減少、増加及び一定保持の
２以上を適宜組み合わせたりすることが可能である。
【図１】遷移領域と安定領域を有するシリコンエピタキ
シャルウェーハを製造する際の、ドーパントガス供給濃
度と、得られるウェーハの不純物濃度プロファイルとの
関係を説明する模式図。
シャルウェーハを製造する際の、ドーパントガス供給濃
度と、得られるウェーハの不純物濃度プロファイルとの
関係を説明する模式図。
【図２】ノンドープの不純物濃度プロファイルの一例を
示す模式図。
示す模式図。
【図３】安定領域でのドーパントガス供給濃度を決定す
るための不純物濃度プロファイルの一例を示す模式図。
るための不純物濃度プロファイルの一例を示す模式図。
【図４】ドーパントガスの供給開始に先立って供給管の
パージを行わなかった場合に、不純物濃度プロファイル
に生ずる不具合を示す模式図。
パージを行わなかった場合に、不純物濃度プロファイル
に生ずる不具合を示す模式図。
【図５】本発明の方法により得られる遷移領域と安定領
域を有するシリコンエピタキシャルウェーハの、不純物
濃度プロファイルの一例を示す模式図。
域を有するシリコンエピタキシャルウェーハの、不純物
濃度プロファイルの一例を示す模式図。
【図６】ドーパントガスの流量と安定領域の不純物濃度
との関係を示す模式図。
との関係を示す模式図。
【図７】遷移領域を形成する際の、ドーパントガスの供
給濃度とオートドーピング量との関係を模式的に説明す
る図。
給濃度とオートドーピング量との関係を模式的に説明す
る図。
【図８】シリコンエピタキシャルウェーハの製造装置の
一例を概念的に示す図。
一例を概念的に示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BA04 DB04 DB05 DB12 DB21 ED04 ED06 HA06 TA06 4K030 AA03 AA06 AA17 AA20 BA29 BB02 CA04 CA12 FA10 JA06 LA12 5F045 AA03 AB02 AC05 AC19 AD15 AE29 AF03 BB06 DP04
Claims (7)
- 【請求項１】 反応炉内にてシリコン単結晶基板の直上
にエピタキシャル層を気相成長させることによりシリコ
ンエピタキシャルウェーハを製造するシリコンエピタキ
シャルウェーハの製造方法において、 前記エピタキシャル層の気相成長を開始するまでの間、
該気相成長の開始時点において予定されている濃度のド
ーパントガスをパージする成長前パージ工程と、 ドーパントガスの供給濃度を変化させながら該ドーパン
トガスを前記反応炉内に供給する遷移領域の気相成長工
程と、 一定濃度のドーパントガスを前記反応炉内に供給する安
定領域の気相成長工程とを有し、 前記遷移領域の気相成長工程において、オートドーピン
グ量よりも高い不純物濃度が得られる濃度のドーパント
ガスを前記反応炉内に供給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。 - 【請求項２】 前記遷移領域の気相成長工程において、
ドーパントガスの供給濃度を漸次減少させながら該ドー
パントガスを前記反応炉内に供給す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。 - 【請求項３】 前記遷移領域の気相成長工程の開始時点
で前記反応炉内に供給されるドーパントガスの濃度は、
気相成長の開始時点におけるエピタキシャル層の不純物
濃度を、前記シリコン単結晶基板の不純物濃度と同じに
することができる濃度以下であることを特徴とする請求
項１又は２記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製
造方法。 - 【請求項４】 前記遷移領域の不純物濃度プロファイル
は、前記エピタキシャル層の成長方向において不純物濃
度の対数値が直線的に減少する区間を２箇所以上有する
ことを特徴とする請求項２に記載のシリコンエピタキシ
ャルウェーハの製造方法。 - 【請求項５】 前記遷移領域の気相成長は、ドーパント
ガスを供給しないでエピタキシャル層をシリコン単結晶
基板の直上に気相成長することにより得られる、ノンド
ープの不純物濃度プロファイルに基づいて前記オートド
ーピング量を予め推定し、推定されたオートドーピング
量よりも高い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガ
スを前記反応炉内に供給することを特徴とする請求項１
ないし４のいずれかに記載のシリコンエピタキシャルウ
ェーハの製造方法。 - 【請求項６】 前記ノンドープの不純物濃度プロファイ
ルにおいて、気相成長の開始時点から略一定の勾配にて
不純物濃度が減少する外方拡散支配領域と、該外方拡散
支配領域に続くオートドーピング支配領域との境界点Ｐ
に対応する濃度Ｄ０の１／２を、当該境界点Ｐにおける
オートドーピング量とす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。 - 【請求項７】 前記境界点Ｐに対応するエピタキシャル
層の厚さをｘＰとして、前記遷移領域の気相成長工程に
おいて、前記エピタキシャル層の厚さｘＰ以降の部分を
成長する際に少なくとも、オートドーピング量よりも高
い不純物濃度が得られる濃度のドーパントガスを常に前
記反応炉内に供給することを特徴とする請求項６記載の
シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195880A JP3791667B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
| PCT/JP2001/005563 WO2002000971A1 (fr) | 2000-06-29 | 2001-06-27 | Procede de fabrication d'une tranche epitaxiale en silicium et tranche epaxiale en silicium ainsi obtenue |
| TW90115710A TW507025B (en) | 2000-06-29 | 2001-06-28 | Silicon epitaxial wafer manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195880A JP3791667B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002020198A true JP2002020198A (ja) | 2002-01-23 |
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ID=18694473
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000195880A Expired - Lifetime JP3791667B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3791667B2 (ja) |
| TW (1) | TW507025B (ja) |
| WO (1) | WO2002000971A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009302230A (ja) * | 2008-06-12 | 2009-12-24 | Ｓｕｍｃｏ Ｔｅｃｈｘｉｖ株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法 |
| WO2011125305A1 (ja) * | 2010-04-08 | 2011-10-13 | 信越半導体株式会社 | シリコンエピタキシャルウエーハ、シリコンエピタキシャルウエーハの製造方法、及び半導体素子又は集積回路の製造方法 |
| JP2016207745A (ja) * | 2015-04-17 | 2016-12-08 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法 |
| JP2017024951A (ja) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | 信越半導体株式会社 | エピタキシャルウェーハの製造方法 |
| CN113322512A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-08-31 | 南京国盛电子有限公司 | 一种提高外延片过渡区一致性的工艺方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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