JP2002198318A - エピタキシャル成長方法 - Google Patents
エピタキシャル成長方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 エピタキシャル層中のドーパント濃度がウェ
ーハ外周部において上昇する現象を防止できるエピタキ
シャル成長方法の提供。 【解決手段】 サセプター５の上面から下面への流れが
形成されるように貫通孔部を設けたサセプター５を使用
して、ウェーハ裏面から放出されるドーパント種のウェ
ーハ８表面への回り込みを妨ぐガス流れを形成する。よ
って、エピタキシャル層９外周部におけるドーパント濃
度の上昇を抑制することができる。
ーハ外周部において上昇する現象を防止できるエピタキ
シャル成長方法の提供。 【解決手段】 サセプター５の上面から下面への流れが
形成されるように貫通孔部を設けたサセプター５を使用
して、ウェーハ裏面から放出されるドーパント種のウェ
ーハ８表面への回り込みを妨ぐガス流れを形成する。よ
って、エピタキシャル層９外周部におけるドーパント濃
度の上昇を抑制することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体ウェーハ
へエピタキシャル膜を成長させるためのエピタキシャル
成長方法に係り、成膜したエピタキシャル膜における膜
外周部のドーパント濃度の上昇を抑制するエピタキシャ
ル成長方法に関する。
へエピタキシャル膜を成長させるためのエピタキシャル
成長方法に係り、成膜したエピタキシャル膜における膜
外周部のドーパント濃度の上昇を抑制するエピタキシャ
ル成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハへエピタキシャル膜を成
長させる気相成長装置には、従来より円形平板上のサセ
プターを下側から加熱する縦型気相成長装置や、樽型の
サセプターを側面のランプにより加熱するバレル型気相
成長装置が多用され、さらに、すぐれた品質のエピタキ
シャル膜が得られる枚葉型気相成長装置がある。
長させる気相成長装置には、従来より円形平板上のサセ
プターを下側から加熱する縦型気相成長装置や、樽型の
サセプターを側面のランプにより加熱するバレル型気相
成長装置が多用され、さらに、すぐれた品質のエピタキ
シャル膜が得られる枚葉型気相成長装置がある。
【０００３】例えば、枚葉型気相成長装置は、石英製の
通路状のチャンバー内に、黒鉛の母材にＳｉＣをコート
した円盤状のサセプター上に半導体ウェーハを載せて装
填し、チャンバー外面に配置したヒーターにて半導体ウ
ェーハを加熱してチャンバー内を通過する各種原料ガス
と反応させ、半導体ウェーハへエピタキシャル膜を成長
させる。
通路状のチャンバー内に、黒鉛の母材にＳｉＣをコート
した円盤状のサセプター上に半導体ウェーハを載せて装
填し、チャンバー外面に配置したヒーターにて半導体ウ
ェーハを加熱してチャンバー内を通過する各種原料ガス
と反応させ、半導体ウェーハへエピタキシャル膜を成長
させる。
【０００４】図３に示すように、前記サセプター５は主
に炭化珪素（ＳｉＣ）を被覆した高純度黒鉛材からな
り、その表面に例えば、シリコンウェーハを収めるため
にウェーハ８より一回り大きく、深さがｌｍｍ程度のウ
ェーハポケット６と呼ばれるくぼみが形成されている。
このウェーハポケット６内にウェーハ８を載せて所定温
度にて原料ガス流中にサセプターを保持することにより
ウェーハ８表面へのシリコンエピタキシャル層９の成長
を行わせる。
に炭化珪素（ＳｉＣ）を被覆した高純度黒鉛材からな
り、その表面に例えば、シリコンウェーハを収めるため
にウェーハ８より一回り大きく、深さがｌｍｍ程度のウ
ェーハポケット６と呼ばれるくぼみが形成されている。
このウェーハポケット６内にウェーハ８を載せて所定温
度にて原料ガス流中にサセプターを保持することにより
ウェーハ８表面へのシリコンエピタキシャル層９の成長
を行わせる。
【０００５】また、ウェーハポケット内表面は、いわゆ
るローレットというメッシュ状の浅い細溝が形成されて
ウェーハを多数の凸部と接触支持させる構成や、ウェー
ハの外周部のみで接触するようにテーパー面としたり、
あるいは表面に被覆した炭化珪素の面粗度がウェーハ裏
面よりもはるかに粗いことを利用するなど、ポケット内
表面とウェーハの面接触をできるだけ減らすように種々
工夫が施されてきた。
るローレットというメッシュ状の浅い細溝が形成されて
ウェーハを多数の凸部と接触支持させる構成や、ウェー
ハの外周部のみで接触するようにテーパー面としたり、
あるいは表面に被覆した炭化珪素の面粗度がウェーハ裏
面よりもはるかに粗いことを利用するなど、ポケット内
表面とウェーハの面接触をできるだけ減らすように種々
工夫が施されてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】原料ガスとしては、主
に水素希釈したクロロシラン系ガスにジボラン（Ｐ型）
やホスフィン（Ｎ型）のドーパント原料ガスが添加され
て使用され、ウェーハ表面において、熱ＣＶＤ反応によ
るシリコンエピタキシーとともに副生成物としてＨＣｌ
が生成する。従って、ウェーハ表面においてはシリコン
エピタキシーが進行するが、ウェーハ裏面においては主
にガス拡散による回り込みにより、Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰
囲気が形成されミクロ的に析出／エッチング反応が発生
する。
に水素希釈したクロロシラン系ガスにジボラン（Ｐ型）
やホスフィン（Ｎ型）のドーパント原料ガスが添加され
て使用され、ウェーハ表面において、熱ＣＶＤ反応によ
るシリコンエピタキシーとともに副生成物としてＨＣｌ
が生成する。従って、ウェーハ表面においてはシリコン
エピタキシーが進行するが、ウェーハ裏面においては主
にガス拡散による回り込みにより、Ｓｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰
囲気が形成されミクロ的に析出／エッチング反応が発生
する。
【０００７】例えば、ドーパント濃度Ｐ++型（比抵抗５
ｍΩｃｍ）のウェーハに対し、Ｐ型（比抵抗１Ωｃｍ）
膜のエピタキシャル成長を行うごとく、ウェーハのドー
パント濃度より低濃度のエピタキシャル成長を行う場
合、図４のグラフのｘ軸にウェーハ半径方向、ｙ軸にド
ーパント濃度を示すようにエピタキシャル層中のドーパ
ント濃度がウェーハ外周部において上昇する現象が見ら
れる。
ｍΩｃｍ）のウェーハに対し、Ｐ型（比抵抗１Ωｃｍ）
膜のエピタキシャル成長を行うごとく、ウェーハのドー
パント濃度より低濃度のエピタキシャル成長を行う場
合、図４のグラフのｘ軸にウェーハ半径方向、ｙ軸にド
ーパント濃度を示すようにエピタキシャル層中のドーパ
ント濃度がウェーハ外周部において上昇する現象が見ら
れる。
【０００８】かかる現象の原因は、図３に示すごとく、
ウェーハ８裏面におけるＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気でウェ
ーハ８中のドーパント種の放出が起こり、表面へのガス
拡散１１により回り込み、局所的に気相中のドーパント
濃度が上昇するものと思われる。この結果、エピタキシ
ャル層のドーパント濃度がスペック外となる領域が発生
し、デバイスの歩留まり低下を招いている。
ウェーハ８裏面におけるＳｉ−Ｈ−Ｃｌ系雰囲気でウェ
ーハ８中のドーパント種の放出が起こり、表面へのガス
拡散１１により回り込み、局所的に気相中のドーパント
濃度が上昇するものと思われる。この結果、エピタキシ
ャル層のドーパント濃度がスペック外となる領域が発生
し、デバイスの歩留まり低下を招いている。
【０００９】この発明は、ウェーハのドーパント濃度よ
り低濃度のエピタキシャル成長を行う場合に顕著であ
る、エピタキシャル層中のドーパント濃度がウェーハ外
周部において上昇する現象を防止することを目的とし、
裏面放出されるドーパント種のウェーハ表面への回り込
みを防止できるエピタキシャル成長方法の提供を目的と
している。
り低濃度のエピタキシャル成長を行う場合に顕著であ
る、エピタキシャル層中のドーパント濃度がウェーハ外
周部において上昇する現象を防止することを目的とし、
裏面放出されるドーパント種のウェーハ表面への回り込
みを防止できるエピタキシャル成長方法の提供を目的と
している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】発明者は、裏面放出され
るドーパント種のウェーハ表面への回り込みを妨げるよ
うなガス流れを形成することにより前述の局所的濃度分
布を低減することが可能であることを知見し、この発明
を完成した。
るドーパント種のウェーハ表面への回り込みを妨げるよ
うなガス流れを形成することにより前述の局所的濃度分
布を低減することが可能であることを知見し、この発明
を完成した。
【００１１】すなわち、この発明は、ウェーハのドーパ
ント濃度より低濃度のエピタキシャル膜の成長を行うエ
ピタキシャル成長方法において、サセプターの上面から
下面への流れが形成されるように貫通孔部を設けたサセ
プターを使用して、ウェーハ裏面から放出されるドーパ
ント種のウェーハ表面への回り込みを妨ぐガス流れが形
成されていることを特徴とするエピタキシャル成長方法
である。また、この発明は、ウェーハのドーパント濃度
より低濃度のエピタキシャル膜の成長を行うエピタキシ
ャル成長方法において、ウェーハを載せるための凹部で
あるウェーハポケット内に裏面に貫通する孔部を設けた
サセプターを使用することを特徴とするエピタキシャル
成長方法である。また、上述したエピタキシャル成長方
法において、ウェーハ外周部側に裏面に貫通する孔が設
けられているサセプターを使用することを特徴とするも
のである。
ント濃度より低濃度のエピタキシャル膜の成長を行うエ
ピタキシャル成長方法において、サセプターの上面から
下面への流れが形成されるように貫通孔部を設けたサセ
プターを使用して、ウェーハ裏面から放出されるドーパ
ント種のウェーハ表面への回り込みを妨ぐガス流れが形
成されていることを特徴とするエピタキシャル成長方法
である。また、この発明は、ウェーハのドーパント濃度
より低濃度のエピタキシャル膜の成長を行うエピタキシ
ャル成長方法において、ウェーハを載せるための凹部で
あるウェーハポケット内に裏面に貫通する孔部を設けた
サセプターを使用することを特徴とするエピタキシャル
成長方法である。また、上述したエピタキシャル成長方
法において、ウェーハ外周部側に裏面に貫通する孔が設
けられているサセプターを使用することを特徴とするも
のである。
【００１２】
【発明の実施の形態】例えば、図１ａはこの発明で使用
するサセプターを用いた気相成長装置を示す説明図であ
り、ｂはサセプターの縦断面を半径ｒ方向に示す説明図
である。図１ａの気相成長装置は、石英製の通路状のチ
ャンバー１内に、黒鉛の母材にＳｉＣをコートした円盤
状のサセプター５上に半導体ウェーハ８を載せて装填
し、チャンバー１外面に配置したヒーター（図示せず）
にて半導体ウェーハ８を加熱してチャンバー１内を水平
に通過する原料ガス１０と反応させ、半導体ウェーハ８
表面にエピタキシャル膜９を成長させる。
するサセプターを用いた気相成長装置を示す説明図であ
り、ｂはサセプターの縦断面を半径ｒ方向に示す説明図
である。図１ａの気相成長装置は、石英製の通路状のチ
ャンバー１内に、黒鉛の母材にＳｉＣをコートした円盤
状のサセプター５上に半導体ウェーハ８を載せて装填
し、チャンバー１外面に配置したヒーター（図示せず）
にて半導体ウェーハ８を加熱してチャンバー１内を水平
に通過する原料ガス１０と反応させ、半導体ウェーハ８
表面にエピタキシャル膜９を成長させる。
【００１３】サセプター５は、半導体ウェーハ８を載せ
るためのウェーハポケット６内の最外周部に円弧溝状の
貫通孔部７を周配置してある。なお、ウェーハポケット
６の平面部は、被覆したＳｉＣのままである。
るためのウェーハポケット６内の最外周部に円弧溝状の
貫通孔部７を周配置してある。なお、ウェーハポケット
６の平面部は、被覆したＳｉＣのままである。
【００１４】図１ａにおいて、原料ガス１０はチャンバ
ー１のガス導入口２からガス排出口３へと水平方向に導
入移動させるが、主にウェーハ８表面側へ原料ガス１０
が供給、加熱され、またエピタキシャル反応での副生成
ガスの生成により、ガスの体積膨張が発生することが考
えられる。ところで、サセプター５のウェーハポケット
６内の最外周部に貫通孔部７を配置することにより、ウ
ェーハ８表面からの局所的なガス流れが形成され、ウェ
ーハ８裏面から放出されたボロン種がウェーハ８表面へ
まわり込むことなく排出される。
ー１のガス導入口２からガス排出口３へと水平方向に導
入移動させるが、主にウェーハ８表面側へ原料ガス１０
が供給、加熱され、またエピタキシャル反応での副生成
ガスの生成により、ガスの体積膨張が発生することが考
えられる。ところで、サセプター５のウェーハポケット
６内の最外周部に貫通孔部７を配置することにより、ウ
ェーハ８表面からの局所的なガス流れが形成され、ウェ
ーハ８裏面から放出されたボロン種がウェーハ８表面へ
まわり込むことなく排出される。
【００１５】さらに、サセプター５に対し、原料ガス流
れをウェーハ表面に対し吹き付ける向きにすることで、
ウェーハ表面からウェーハ裏面への貫通孔を経由したガ
ス流れが促進され、効果を増加させることが可能とな
る。また、チャンバー１のサセプター５裏面側にもガス
排出口４を設けることでウェーハ８表面からウェーハ８
裏面へ貫通孔部７を経由したガス流れ１２が促進され、
効果を増大させることが可能である。
れをウェーハ表面に対し吹き付ける向きにすることで、
ウェーハ表面からウェーハ裏面への貫通孔を経由したガ
ス流れが促進され、効果を増加させることが可能とな
る。また、チャンバー１のサセプター５裏面側にもガス
排出口４を設けることでウェーハ８表面からウェーハ８
裏面へ貫通孔部７を経由したガス流れ１２が促進され、
効果を増大させることが可能である。
【００１６】以上、枚葉式気相成長装置を例に説明した
が、この発明において、対象とする気相成長装置は、縦
型気相成長装置、バレル型気相成長装置など公知のいず
れの形式の気相成長装置であってもよい。
が、この発明において、対象とする気相成長装置は、縦
型気相成長装置、バレル型気相成長装置など公知のいず
れの形式の気相成長装置であってもよい。
【００１７】この発明で使用するサセプターの貫通孔部
は、上述の実施例に示すごとき円弧溝状の貫通孔部のほ
か、楕円状や小径の貫通孔部を多数周配置するなど、種
々の構成が採用できる。また、サセプター中央部におい
て支持する枚葉式の場合は、ウェーハポケットより外周
部の重さに構造上耐えるだけの接続部を残してできるだ
け多くの貫通孔部を設けるほうが、ウェーハ裏面から放
出されたボロン種の導出効果が高い。同様に枚葉式以外
の装置用のサセプターの場合も、ウェーハ重量を考慮し
た上で構造強度が維持できる接合部を残してできるだけ
多くの貫通孔部を設けるとよい。
は、上述の実施例に示すごとき円弧溝状の貫通孔部のほ
か、楕円状や小径の貫通孔部を多数周配置するなど、種
々の構成が採用できる。また、サセプター中央部におい
て支持する枚葉式の場合は、ウェーハポケットより外周
部の重さに構造上耐えるだけの接続部を残してできるだ
け多くの貫通孔部を設けるほうが、ウェーハ裏面から放
出されたボロン種の導出効果が高い。同様に枚葉式以外
の装置用のサセプターの場合も、ウェーハ重量を考慮し
た上で構造強度が維持できる接合部を残してできるだけ
多くの貫通孔部を設けるとよい。
【００１８】
【実施例】図１に示すランプ加熱方式の横型枚葉式気相
成長装置により、直径２００ｍｍ、比抵抗５ｍΩｃｍ、
Ｐ++型（１００）のシリコン半導体基板を用い、水素希
釈ＳｉＨＣ１3をシリコンソースとして、反応温度１１
５０℃で、厚さ約１０μｍのエピタキシャル膜を成長さ
せた。このときサセプターに、この発明の貫通孔部を有
するサセプターを用いた場合と、貫通孔部のない従来の
サセプター（図３）を用いた従来例の場合を実施した。
成長装置により、直径２００ｍｍ、比抵抗５ｍΩｃｍ、
Ｐ++型（１００）のシリコン半導体基板を用い、水素希
釈ＳｉＨＣ１3をシリコンソースとして、反応温度１１
５０℃で、厚さ約１０μｍのエピタキシャル膜を成長さ
せた。このときサセプターに、この発明の貫通孔部を有
するサセプターを用いた場合と、貫通孔部のない従来の
サセプター（図３）を用いた従来例の場合を実施した。
【００１９】この発明で使用したサセプターは、図２
ａ，ｂに示すごとく、いずれもウェーハポケット６内の
最外周部に円弧溝状の貫通孔部７を周配置してあり、図
２ａは周方向に７５ｍｍの接続部を残して４か所に貫通
孔部７を設けてあり、図２ｂは周方向に５ｍｍの接続部
を残して４か所に貫通孔部７を設けてあり、全周長さに
対する貫通孔部長さはそれぞれ、約５０％、９０％であ
った。
ａ，ｂに示すごとく、いずれもウェーハポケット６内の
最外周部に円弧溝状の貫通孔部７を周配置してあり、図
２ａは周方向に７５ｍｍの接続部を残して４か所に貫通
孔部７を設けてあり、図２ｂは周方向に５ｍｍの接続部
を残して４か所に貫通孔部７を設けてあり、全周長さに
対する貫通孔部長さはそれぞれ、約５０％、９０％であ
った。
【００２０】成膜したエピタキシャル膜における膜外周
部のドーパント濃度の上昇率は、表１並びに図４に示す
ごとく、図３の従来例の場合に比較して、この発明の場
合、図２ａ、図２ｂと全周長さに対する貫通孔部長さが
長いほどドーパント濃度の上昇が少ないことが分かる。
部のドーパント濃度の上昇率は、表１並びに図４に示す
ごとく、図３の従来例の場合に比較して、この発明の場
合、図２ａ、図２ｂと全周長さに対する貫通孔部長さが
長いほどドーパント濃度の上昇が少ないことが分かる。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【本発明の効果】この発明は、ウェーハのドーパント濃
度より低濃度のエピタキシャル成長を行う場合に顕著に
みられるウェーハ外周部においてエピタキシャル層中の
ドーパント濃度が上昇する現象を防止できる。
度より低濃度のエピタキシャル成長を行う場合に顕著に
みられるウェーハ外周部においてエピタキシャル層中の
ドーパント濃度が上昇する現象を防止できる。
【図１】ａはこの発明で使用するサセプターを用いた気
相成長装置を示す説明図であり、ｂはこの発明で使用す
るサセプターの縦断面を半径ｒ方向に示す説明図であ
る。
相成長装置を示す説明図であり、ｂはこの発明で使用す
るサセプターの縦断面を半径ｒ方向に示す説明図であ
る。
【図２】ａ，ｂはこの発明で使用するサセプターの半分
を示す上面説明図である。
を示す上面説明図である。
【図３】従来のサセプターの縦断面を半径ｒ方向に示す
説明図である。
説明図である。
【図４】ｘ軸にウェーハ半径方向、ｙ軸にドーパント濃
度を示すグラフである。
度を示すグラフである。
１ チャンバー ２ ガス導入口 ３，４ ガス排出口 ５ サセプター ６ ウェーハポケット ７ 貫通孔部 ８ ウェーハ ９ エピタキシャル層 １０ 原料ガス １１ ガス拡散 １２ ガス流れ
Claims (3)
- 【請求項１】 ウェーハのドーパント濃度より低濃度の
エピタキシャル膜の成長を行うエピタキシャル成長方法
において、サセプターの上面から下面への流れが形成さ
れるように貫通孔部を設けたサセプターを使用して、ウ
ェーハ裏面から放出されるドーパント種のウェーハ表面
への回り込みを妨ぐガス流れが形成されていることを特
徴とするエピタキシャル成長方法。 - 【請求項２】 ウェーハのドーパント濃度より低濃度の
エピタキシャル膜の成長を行うエピタキシャル成長方法
において、ウェーハを載せるための凹部であるウェーハ
ポケット内に裏面に貫通する孔部を設けたサセプターを
使用することを特徴とするエピタキシャル成長方法。 - 【請求項３】 ウェーハ外周部側に裏面に貫通する孔が
設けられているサセプターを使用することを特徴とする
請求項１または請求項２記載のエピタキシャル成長方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001389972A JP2002198318A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001389972A JP2002198318A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | エピタキシャル成長方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4008897A Division JP3336897B2 (ja) | 1997-02-07 | 1997-02-07 | 気相成長装置用サセプター |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002198318A true JP2002198318A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=19188321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001389972A Pending JP2002198318A (ja) | 2001-12-21 | 2001-12-21 | エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002198318A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105525344A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-04-27 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 用于金刚石单晶同质外延的籽晶托盘、基台组件及其应用 |
-
2001
- 2001-12-21 JP JP2001389972A patent/JP2002198318A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105525344A (zh) * | 2015-12-23 | 2016-04-27 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 用于金刚石单晶同质外延的籽晶托盘、基台组件及其应用 |
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