JP2002261023A - エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファセットの発生を抑制してエピタキシャル
ウェーハを製造する方法を提供する。 【解決手段】 オフアングルを有する半導体単結晶基板
３の主表面上に単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長さ
せてエピタキシャルウェーハを製造するエピタキシャル
ウェーハの製造方法である。気相エピタキシャル成長さ
せる際に、半導体単結晶基板３のオフアングル方向の周
縁部Ｓの成長速度が他の周縁部に比べて小さくなるよう
に、半導体単結晶基板３を配置する。前記周縁部Ｓは、
気相エピタキシャル成長の結果、ファセットの発生する
位置である。前記周縁部Ｓの外周がサセプタに形成され
た座ぐりの内周面に当接若しくは近接するように半導体
単結晶基板３を座ぐり４内に載置する。座ぐり４の径方
向は傾斜しており、前記周縁部Ｓを下側にして半導体単
結晶基板３を座ぐり４内に傾斜状態で立てかけることで
前記載置状態を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オフアングルを有
する半導体単結晶基板の主表面上に単結晶薄膜を気相エ
ピタキシャル成長させてエピタキシャルウェーハを製造
するエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エピタキシャルウェーハは、半導体単結
晶基板の主表面上にエピタキシャル層を気相成長する
（気相エピタキシャル成長する）ことにより製造するこ
とができる。なお、以下では、シリコンエピタキシャル
ウェーハを単にエピタキシャルウェーハと称し、半導体
単結晶基板を単に基板と称し、シリコンエピタキシャル
層を単にエピタキシャル層と称する。

【０００３】エピタキシャルウェーハの製造には、例え
ば、結晶方位が＜１１１＞の基板が用いられる場合があ
る。結晶方位が＜１１１＞の基板の主表面上にエピタキ
シャル層を気相成長させようとすると、ステップ状のテ
ラス成長等を起こして平滑な成長面が得られない上、エ
ピタキシャル層の成長速度が遅いという問題がある。こ
れに対し、基板の結晶方位が＜１１１＞からずれるに従
って、良好な面状態が得られやすくなる上、徐々に成長
速度が速くなるといった事情があるため、従来、結晶方
位が精確に＜１１１＞の基板を用いることはせずに、若
干のオフアングルを設定した基板を用いてエピタキシャ
ルウェーハを製造している。

【０００４】ところで、以下の説明においては、ミラー
指数を用いて結晶面を（ｈｋｌ）、結晶方位を［ｈｋ
ｌ］のように表示するが、ミラー指数の表示法において
は、下記数１の及びのように、負の指数を表す符号
は指数の上に付けるのが一般的である。

【０００５】

【数１】

【０００６】ただし、本明細書では、上記の及び
を、便宜的に以下の’及び’のように表すものとす
る。 （ｈ−ｋｌ）・・・・・・’ ［ｈ−ｋｌ］・・・・・・’

【０００７】ここで、オフアングルの定義を説明する。
例えば、［１１１］軸に対しオフアングルされた主表面
（以下、オフアングル面ともいう）を有する基板の主表
面は、［１１１］軸に対して所定の方向（例えば、［１
１−２］方向）に傾斜しているが、この傾斜角度のこと
をオフアングルという。また、この傾斜角度が小さいほ
ど、「オフアングルが低角度である」という。さらに、
オフアングル面の傾斜方向をオフアングル方向という。

【０００８】なお、［１１１］軸に対してオフアングル
を有する基板は、結晶方位が精確に［１１１］である面
（以下、（１１１）ジャスト面）に対し、若干の角度
（例えば、１度〜４度）の差を有する面となるようにス
ライスを施して得られる。基板にオフアングルを設定し
た場合、基板の主表面に成長するエピタキシャル層は、
原則的に基板と同じ結晶方位を有するオフアングル面で
ある。従って、この場合に基板主表面に形成されるエピ
タキシャル層の表面は、基板表面と略平行となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板に
オフアングルを設定した場合には、エピタキシャル層表
面の周縁部にファセットが形成されて問題となることが
ある。ここで、図４および図５に示すように、ファセッ
トＦとは、エピタキシャル層表面の周縁部のうち、特に
オフアングル方向の周縁部Ｓにて、外周に向けて下るよ
うに形成される傾斜部のことである。図４に示すよう
に、一般に基板３の外周は面取りが施された面取部Ｍと
なっているが、この面取部Ｍではエピタキシャル成長す
る際に面取りの形状に沿って複数のファセット面Ｆ１、
Ｆ２、Ｆ３，…が形成される。これらファセット面Ｆ
１、Ｆ２、Ｆ３，…のうち、最も中央寄りに位置し、従
って面方向がオフアングル面に最も近いファセット面Ｆ
１は、［１１１］軸に対してオフアングルを有する基板
の主表面上にエピタキシャル層を気相成長する場合、
（１１１）ジャスト面である。ファセットＦは、オフア
ングルが低角度であればある程、また、形成するエピタ
キシャル層が厚くなればなるほど大きくなり、図５に示
すように、場合によってはエピタキシャルウェーハ１３
の外周から３〜４ｍｍ程度内側部分にまで達する大きさ
に形成されたりする。なお、図５に示すのは基板のオフ
アングルが［１１１］軸に対し［１１−２］軸方向に
１．１５度であり、基板直径が１２５ｍｍ、エピタキシ
ャル層の膜厚が５５μｍの場合である。このように、エ
ピタキシャルウェーハに大きなファセットがあると、フ
ァセットの箇所を素子として用いることができない等の
不具合が生じるためファセットの発生を抑制してエピタ
キシャルウェーハを製造する方法が望まれていた。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、ファセットの発生を抑制して
エピタキシャルウェーハを製造する方法を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のエピタキシャル
ウェーハの製造方法は、オフアングルを有する半導体単
結晶基板の主表面上に単結晶薄膜を気相エピタキシャル
成長させる際に、前記半導体単結晶基板のオフアングル
方向の周縁部における成長速度が他の周縁部に比べて小
さくなるように、前記半導体単結晶基板を配置すること
を特徴とする。より具体的には、前記オフアングル方向
の周縁部は、気相エピタキシャル成長の結果、ファセッ
トの発生する箇所であることを特徴とする。オフアング
ル方向の周縁部の成長速度を半導体単結晶基板主表面の
他の周縁部に比べて小さくするために、具体的には、例
えば、サセプタに形成された座ぐりの内周面に前記オフ
アングル方向の周縁部の外周が当接若しくは近接するよ
うに、半導体単結晶基板を座ぐり内に載置するとよい。

【００１２】また、本発明のエピタキシャルウェーハの
製造方法は、オフアングルを有する半導体単結晶基板の
主表面上に単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長させる
際に、前記半導体単結晶基板上においてファセットの発
生する周縁部の外周が、サセプタに形成された座ぐりの
内周面に当接若しくは近接するように、前記半導体単結
晶基板を座ぐり内に載置することを特徴とする。

【００１３】さらに、座ぐりの径方向が傾斜している場
合には、前記ファセットの発生する周縁部を下側にして
半導体単結晶基板を座ぐり内に傾斜状態で立てかけるこ
とで容易に前記載置状態を実現することができる。ファ
セットの発生する周縁部は、半導体単結晶基板のオフア
ングル方向にある。加えて、座ぐりの深さをエピタキシ
ャルウェーハの厚さより大きく設定すると、前記周縁部
への原料ガス供給量をより確実に低減できる結果、ファ
セットの発生をより確実に低減できる。

【００１４】なお、具体的には、半導体単結晶基板はシ
リコン単結晶基板であり、単結晶薄膜はシリコン単結晶
薄膜であり、半導体単結晶基板の主表面の結晶方位は＜
１１１＞に対し若干オフアングルされている。従って、
この半導体単結晶基板の主表面上に成長する単結晶薄膜
も、原則的に該半導体単結晶基板と同様に＜１１１＞に
対しオフアングルされている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者等は、以下のような条件
でエピタキシャル成長を行うことで、ファセットの発生
を抑制することができた。先ず、エピタキシャル成長を
行うための気相成長装置としては、いわゆるバレル型の
ものを用いる。図２に示すように、バレル型の気相成長
装置１０のサセプタ２は、傾斜状態で立てかけられた基
板３を支持する座ぐり４を有している。サセプタ２の座
ぐり４は、基板３の支持状態を好適に維持できるよう
に、例えば図１（ｂ）に示すように、エピタキシャルウ
ェーハの厚さより深く形成されている。ただし、深くし
すぎると基板３の周縁部へのガス供給が不十分になる結
果、膜厚分布が悪くなるため、そうならない程度に適度
の深さに設定されている。また、基板３としては、主表
面の結晶方位が略＜１１１＞であり、例えば（１−１
０）面にオリエンテーションフラット（以下、オリフ
ラ）を有し、主表面が［１１１］軸に対し［１１−２］
軸方向に若干のオフアングルを有するものを用いる。こ
のタイプの基板３の主表面上にエピタキシャル層を成長
させた場合にファセットが発生する箇所（以下、ファセ
ット発生箇所）は、オフアングル方向の周縁部、すなわ
ちオリフラ側を１２時方向とした場合に３時方向となる
側と決まっている（図５）。そこで、ファセット発生箇
所の外周が下側、すなわち座ぐりの内周面に当接するよ
うに基板３を座ぐり４内にセットしてエピタキシャル成
長を行うと、ファセットの発生が低減する（ファセット
の幅が小さくなる）。この現象から、「ファセットが発
生する理由」および「ファセットの発生を低減できる理
由」は以下の様であると考えられる。

【００１６】＜ファセットが発生する理由＞一般に、座
ぐり４の内径は基板３を配置および取出し容易とするた
め基板３の外径よりも若干大きく設定されている。従っ
て、図１（ａ）に示すように、基板３の周囲何れかの箇
所では、基板３の外周と座ぐりの内周面（厳密には座ぐ
り４の内周の起立壁面）との間に若干の間隔（以下、単
に間隔）が生じることとなる。具体的には、今回用いた
バレル型の気相成長装置の場合、座ぐり４に基板３を傾
斜状態で立てかけて支持させるため、基板３外周の一部
は座ぐり４下側の内周面に当接ないし近接するものの、
その他の外周は座ぐり４の内周面と間隔が開いてしま
う。図１（ｂ）に原料ガス流Ｇとして矢印で示すよう
に、間隔と対応する基板３周縁部には、座ぐり４下側と
比べて多くの原料ガスが供給され、成長速度が大きい。
つまり、ファセット発生箇所が間隔と対応するように基
板３が座ぐり４内に配置される場合には、間隔を介して
ファセット発生箇所に原料ガスが十分供給され、オフア
ングル面に比べて成長速度の遅い（１１１）ジャスト面
のエピタキシャル成長が促進されることとなる。従っ
て、この場合、ファセット発生箇所で（１１１）ジャス
ト面が大きく形成される結果、ファセットが大きくなっ
てしまう。

【００１７】＜ファセットを低減できる理由＞ファセッ
トの発生する箇所であるオフアングル方向の周縁部が座
ぐり４下側に位置するように基板３を座ぐり４内に載置
すると、オフアングル方向の周縁部の外周は座ぐり４下
側の内周面と当接ないし近接する。すると、該外周と該
内周面との間には、実質的に上記間隔が生じなくなる。
このため、オフアングル方向の周縁部に対しては、間隔
を介した原料ガスの供給が実質的に行われなくなり、オ
フアングル方向の周縁部に対する原料ガスの供給量が、
他の周縁部に比べて抑制される。この結果、オフアング
ル方向の周縁部における成長速度は、他の周縁部に比べ
て小さくなる。すると、オフアングル方向の周縁部にお
いては、成長速度の大きいオフアングル面の成長が優先
され、（１１１）ジャスト面の成長速度が他の周縁部に
比べて一層小さくなる。つまり、ファセット発生箇所で
の（１１１）ジャスト面のエピタキシャル成長を抑制で
きることとなってファセットの幅を小さくできる。

【００１８】＜実施例＞以下、図面を参照して、本発明
に係るエピタキシャルウェーハの製造方法について説明
する。

【００１９】＜気相成長装置の説明＞この実施例では、
バレル型の気相成長装置を用いる場合について説明す
る。図２に示すように、バレル型の気相成長装置１０
は、エピタキシャル成長を行うための反応炉１と、この
反応炉１内に配設され基板３を支持するサセプタ２と、
反応炉１内に反応ガスおよびキャリアガスを導入するた
めのガス導入管６と、反応炉１を加熱する加熱手段７
と、反応炉１からの排気を行う排気管８とを備えて概略
構成されている。

【００２０】サセプタ２は、軸周りに回動可能な状態で
反応炉１内に吊下げ支持されている。このサセプタ２
は、図３に示すように、例えば、平断面形状が略正六角
形となるように構成された筒状のものであり、下部に向
かうにつれて正六角形が大寸法となるようなテーパー構
造となっている。そして、サセプタ２の六つの外周面の
上段、中段、下段には、それぞれ座ぐり４が形成されて
いる。この座ぐり４は、基板３を載置するためのもので
あり、例えば内径が１２９ｍｍで深さＤが１．４ｍｍに
設定され（図３の（ｄ））、その径方向がサセプタ２全
体のテーパーに沿って傾斜している。

【００２１】＜基板の説明＞基板（半導体単結晶基板）
３としては、例えば直径が１２５ｍｍで厚さが０．６ｍ
ｍ（６００μｍ）のシリコン単結晶基板を用いる。ま
た、この基板３は、例えば（１ −１ ０）面にオリフ
ラを有し、主表面が［１１１］軸に対し［１１−２］軸
方向に１．１５度だけ傾斜したオフアングルを有する。
従って、エピタキシャル成長させた場合のファセット発
生箇所は、オフアングル方向の周縁部、すなわちオリフ
ラ側を１２時方向とした場合に３時方向となる側であ
る。

【００２２】＜気相エピタキシャル成長＞以上のような
気相成長装置１０と基板３を用いて、以下のようにして
気相エピタキシャル成長を行う。

【００２３】先ず、エピタキシャル成長を行う前には、
ファセットの発生する周縁部の外周がサセプタ２に形成
された座ぐり４の内周面に当接するように、予め、ファ
セットの発生する周縁部Ｓを図１（ａ）に示すように下
側にして、基板３をサセプタ２の各座ぐり４内に傾斜状
態で立てかけて載置しておく。ここで、基板３は直径が
１２５ｍｍであるのに対し、座ぐり４は内径が１２９ｍ
ｍであるため、基板３の周縁部と座ぐり４の内周面との
間にはオリフラ部を除き最大４ｍｍ程度の間隔が生じる
が、基板３を座ぐり４内に傾斜状態で立てかけて載置す
るため、図１（ｂ）に示すように、基板３の下側部分の
周縁部の外周は座ぐり４の内周面と当接あるいは近接し
た状態となる。しかも、ファセット発生箇所を下側にす
るので、座ぐり４の内周面と当接あるいは近接するのは
ファセット発生箇所の外周である。また、基板３は厚さ
が０．６ｍｍであるのに対し座ぐり４は深さＤが１．４
ｍｍであるため、図１（ｂ）に示すように基板３は完全
に座ぐり４内に入り込んだ状態となり、基板３の主表面
と座ぐり４の上縁部との間に段差が生じている。

【００２４】次いで、加熱手段７により反応炉１内を所
定温度に加熱するとともに、反応炉１の上部のガス導入
管６等より反応炉１内に反応ガスおよびキャリアガスを
導入して基板３の主表面上にエピタキシャル成長を行
う。ここで、成長条件は、例えば、以下のようである。
すなわち、キャリアガスとして２１５リットル／ｍｉｎ
の水素ガスを、また原料ガスとして７リットル／ｍｉｎ
の所定濃度のトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ₃）ガス
を、それぞれ反応炉１内に供給することとし、反応温度
を１１３０℃、反応速度１．２５μｍ／ｍｉｎの条件で
厚さ５５μｍのエピタキシャル層を基板３上に気相成長
させる。なお、エピタキシャル成長中にはサセプタ２を
軸周りに回転させるので、原料ガスは各基板３に対しほ
ぼ均一に供給される。また、反応炉１上部のガス導入管
６より導入されたガスは、サセプタ２の外周に沿って反
応炉１の下部に至り、排気管８を介して排気される。

【００２５】このようなエピタキシャル成長中は、図１
（ｂ）に示すように、各基板３の下側部分（すなわち、
オフアングル方向の周縁部（ファセット発生箇所）の外
周）に対応して、原料ガスの供給量が少なくなる滞留部
Ｔを発生させることができる。これは、基板３の下側部
分の外周部が座ぐり４の内周面と当接あるいは近接して
いるのに加えて、製造されるエピタキシャルウェーハの
主表面と座ぐり４の上縁部との間に段差が生じているこ
とに起因する。

【００２６】このように原料ガスの供給量が少なくなる
滞留部Ｔを発生させた状態でエピタキシャル成長を行う
と、基板３の主表面のうち滞留部Ｔに臨む箇所、すなわ
ちファセット発生箇所（オフアングル方向の周縁部）へ
の原料（Ｓｉ；シリコン）の供給量を低減できる。その
結果、ファセット発生箇所での成長速度を抑制すること
ができ、従って、ファセットの発生を抑制できる。本実
施例では、従来約３ｍｍあったファセットの幅を２．３
ｍｍにまで抑制することができた。

【００２７】以上のようなエピタキシャルウェーハの製
造方法によれば、ファセット発生箇所（オフアングル方
向の周縁部）の外周を座ぐり４の内周面に当接若しくは
近接させてエピタキシャル成長を行うことでファセット
発生箇所での成長速度を抑制することができ（ファセッ
ト発生箇所の成長速度を他の周縁部に比べて小さくで
き）、ファセットの発生を抑制できる。

【００２８】なお、上記の実施の形態では、座ぐりの径
方向が傾斜しているバレル型の気相成長装置を用いてエ
ピタキシャル成長を行う例について説明したが、本発明
はこれに限らず、例えば、縦型の気相成長装置など、基
板を座ぐり内に水平に配置してエピタキシャル成長を行
う気相成長装置を用いる場合に有用である。つまり、例
えば、座ぐりの径方向が水平であっても、オフアングル
方向の周縁部の外周が座ぐりの内周面に当接若しくは近
接するように載置してエピタキシャル成長を行えば良
い。また、オフアングルの方向が［１１−２］軸方向で
ある場合について説明したが、オフアングル方向は、そ
の他でも、例えば［−１１０］軸方向、［１−１０］軸
方向、［−１−１２］軸方向であっても良い。さらに、
基板３のオフアングル方向の周縁部の外周を座ぐり４の
内周面に当接させることで、オフアングル方向の周縁部
の成長速度が他の周縁部に比べて小さくなるような基板
３の配置を実現したが、これに限らず、例えば、基板３
のオフアングル方向の周縁部への反応ガス流を抑制する
ためのガス流抑制手段（例えば、堰等）をサセプタ２に
設けても良い。

【００２９】

【発明の効果】本発明に係るエピタキシャルウェーハの
製造方法によれば、半導体単結晶基板のオフアングル方
向の周縁部の成長速度が他の周縁部に比べて小さくなる
ように半導体単結晶基板を配置するので、オフアングル
方向の周縁部でのファセット面の成長が抑制され、結
果、ファセットを小さくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】基板を座ぐり内に載置した状態を示す説明図で
あり、このうち（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−
Ａ断面図である。

【図２】バレル型の気相成長装置を示す模式図である。

【図３】サセプタを示す図であり、このうち（ａ）はサ
セプタを横に倒した状態の正面図、（ｂ）は平面図、
（ｃ）は底面図、（ｄ）は座ぐりの形状を示す（ａ）の
Ｂ−Ｂ断面図である。

【図４】ファセットを説明するための、エピタキシャル
ウェーハ周縁部の模式的な断面図である。

【図５】ファセットを説明するための、エピタキシャル
ウェーハの平面図である。

【符号の説明】

３ 半導体単結晶基板 ４ 座ぐり Ｓ 周縁部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オフアングルを有する半導体単結晶基板
   の主表面上に単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長させ
   る際に、前記半導体単結晶基板のオフアングル方向の周
   縁部における成長速度が他の周縁部に比べて小さくなる
   ように、前記半導体単結晶基板を配置することを特徴と
   するエピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 【請求項２】 前記オフアングル方向の周縁部は、気相
   エピタキシャル成長の結果、ファセットの発生する箇所
   であることを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル
   ウェーハの製造方法。
3. 【請求項３】 サセプタに形成された座ぐりの内周面に
   前記オフアングル方向の周縁部の外周が当接若しくは近
   接するように、前記半導体単結晶基板を座ぐり内に載置
   することを特徴とする請求項１または２記載のエピタキ
   シャルウェーハの製造方法。
4. 【請求項４】 オフアングルを有する半導体単結晶基板
   の主表面上に単結晶薄膜を気相エピタキシャル成長させ
   る際に、前記半導体単結晶基板上においてファセットの
   発生する周縁部の外周が、サセプタに形成された座ぐり
   の内周面に当接若しくは近接するように、前記半導体単
   結晶基板を座ぐり内に載置することを特徴とするエピタ
   キシャルウェーハの製造方法。
5. 【請求項５】 前記座ぐりの径方向は傾斜しており、前
   記ファセットの発生する周縁部を下側にして前記半導体
   単結晶基板を座ぐり内に傾斜状態で立てかけることを特
   徴とする請求項４記載のエピタキシャルウェーハの製造
   方法。
6. 【請求項６】 前記ファセットの発生する周縁部は、前
   記半導体単結晶基板のオフアングル方向にあることを特
   徴とする請求項４または５記載のエピタキシャルウェー
   ハの製造方法。
7. 【請求項７】 前記座ぐりの深さを前記エピタキシャル
   ウェーハの厚さより大きく設定することを特徴とする請
   求項３〜５のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハ
   の製造方法。
8. 【請求項８】 前記半導体単結晶基板はシリコン単結晶
   基板であり、前記単結晶薄膜はシリコン単結晶薄膜であ
   ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のエ
   ピタキシャルウェーハの製造方法。
9. 【請求項９】 前記半導体単結晶基板の主表面の結晶方
   位は、＜１１１＞に対しオフアングルされていることを
   特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のエピタキシ
   ャルウェーハの製造方法。