JP2003197533A - エピタキシャル成長方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保護膜が形成されたウェーハを使用しないこと
で、エピタキシャルウェーハの低コスト化を実現し、こ
のとき問題となるウェーハ裏面からのオートドープの影
響を排除して、面内のドーパント濃度の均一性を向上さ
せることができるエピタキシャル成長方法を提供する。 【解決手段】 ウェーハの外周部と面接触あるいは線接
触してウェーハを支持するように中央部に開口部が設け
られたリング形状のサセプターを用いて、裏面に保護膜
を形成することなくウェーハの表面にエピタキシャル膜
を形成することを特徴とするエピタキシャル成長方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
等からなる半導体ウェーハ表面に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関し、より詳
細には、裏面の保護膜が形成されていないウェーハを用
いた低コストのエピタキシャル成長方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＭＯＳデバイス用のシリコンウェ
ーハとして、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗の
シリコンウェーハの表面に、ウェーハのドーパント濃度
よりも低濃度のドーパントが添加された高抵抗率の単結
晶シリコン薄膜（以下、エピタキシャル膜と称す）を気
相成長法により成膜させたエピタキシャルウェーハが用
いられている。

【０００３】このエピタキシャルウェーハは、ＭＯＳデ
バイスのゲート酸化膜の歩留まりが向上するとともに、
寄生容量低減、ソフトエラーの防止、ゲッタリング能力
の向上等の優れた特性を備えることができる。

【０００４】このエピタキシャルウェーハの製造におい
ては、従来から実施されている複数枚のシリコンウェー
ハに対して一度にエピタキシャル成長処理するバッチ方
式ではシリコンウェーハの大口径化に対応し難くなって
きたことから、枚葉式のエピタキシャル成長装置が主に
使用されるようになった。近年では直径３００ｍｍ以上
のウェーハに対してエピタキシャル成長処理が行える大
口径用のものも開発されている。

【０００５】この枚葉式のエピタキシャル装置として
は、ウェーハをサセプターに載置する際に、ベルヌイチ
ャク方式でウェーハ支持して搬送するタイプと、ウェー
ハ裏面を保持する搬送手段により、サセプター上方まで
搬送されてきたウェーハ下面を専用の支持ピンにて保持
しサセプター上に載置搬送するタイプの２つに大別され
る。

【０００６】しかしどちらも基本的には、反応炉（チャ
ンバ）内に水平状態に配され回転可能なサセプター上に
ウェーハを載置して、反応炉（チャンバー）外に配設し
た赤外線ランプ等の加熱手段によってウェーハを高温状
態にし、前記サセプターを回転させながら高温状態のウ
ェーハ表面上に各種の反応（原料）ガスを流すことによ
り、エピタキシャル成長を行うものである。

【０００７】図１は、ウェーハ下面を専用の支持ピンに
て保持しサセプター上の載置搬送するタイプの枚葉式エ
ピタキシャル成長装置を模式的に示す図である。装置１
内にエピタキシャル膜形成室２を有し、形成室２は上側
ドーム３と下側ドーム４とドーム取付体５を有して形成
されている。上記上側ドーム３および下側ドーム４は石
英等の透明な材料から成り、装置１の上方および下方に
複数配置されたハロゲンランプ６によりサセプター１０
およびウェーハＷが加熱される。

【０００８】サセタプー１０はサセプター回転軸７に連
なる支持アーム８によってその下面の外周部が嵌合支持
され回転する。これまで一般的に使用されるサセプター
１０の材質は炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティン
グしたものが採用され、その形状は、円盤状あるいは図
３ａ、ｂに示すようなウェーハＷが載置される座ぐり部
１４が形成された凹形状のものが使用され、ウェーハＷ
の裏面全面を面支持するように構成されている。また、
サセプター１０面内には、昇降ピン９によるウェーハＷ
の昇降を行うための貫通孔１５が形成されている。昇降
ピン９の昇降はリフトアーム１１によって行われる。

【０００９】ガス供給口１２からはＳｉＨＣｌ_３等のＳ
ｉソースを水素ガスで希釈しそれにドーパントを微量混
合してなる反応ガスが形成室２内に供給され、供給され
た反応ガスはウェーハ表面を通過してガス排出口１３よ
り装置１外に排出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した枚
葉式のエピタキシャル成長方法およびバッチ式のエピタ
キシャル成長方法では、どちらも高温のエピタキシャル
成長処理が実施されることから、エピタキシャル成長処
理中にウェーハ内のドーパントが外方拡散し、外方拡散
したドーパントがエピタキシャル膜内に取り込まれる現
象、いわゆるオートドープ現象が発生する。

【００１１】このため、形成されたエピタキシャル膜面
内においてドーパント濃度のバラツキを生じ、エピタキ
シャル膜外周縁部の比抵抗率が低下して面内の比抵抗率
分布が均一化しない問題がある。特にウェーハのドーパ
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、エピタキシャル膜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オートドープ現象が見られる。こ
の結果、エピタキシャル膜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。

【００１２】このオートドープによる抵抗率分布の悪化
を防止するために、通常ウェーハの裏面を酸化膜などの
保護膜で覆い、エピタキシャル膜を形成することで、ウ
ェーハからのオートドープを防止する方法が実施されて
いる。

【００１３】保護膜を形成してエピタキシャル膜形成す
る方法はオートドープ抑制に有効ではあるものの、保護
膜を形成するための専用設備や処理工程、エピタキシャ
ル成長処理後に保護膜を除去するための工程が必要とな
る。この結果、エピタキシャルウェーハの製造コストの
上昇を招き、近年高まる低価格エピタキシャルウェーハ
の提供の要求を満たすことができない状況にある。

【００１４】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的とするところは、保護膜形成を
行わないことで、エピタキシャルウェーハの低コスト化
を実現し、このとき問題となるウェーハ裏面からのオー
トドープの影響を排除して、エピタキシャル膜中面内の
ドーパント濃度の均一性を向上し、比抵抗率を均一化さ
せることができるエピタキシャル成長方法を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は次に示すような構成をもって前記課題を
解決する手段としている。

【００１６】請求項１記載のエピタキシャル成長方法
は、中央部に開口部が設けられたリング形状のサセプタ
ーを用いてウェーハ裏面の外周部を支持し、ウェーハ裏
面に保護膜を形成することなくウェーハの表面にエピタ
キシャル膜を形成することを特徴とするものである。

【００１７】請求項２記載のエピタキシャル成長方法
は、前記サセプターにウェーハ昇降用の貫通孔が設けら
れていることを特徴とするものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる実施の形態
について詳細に説明する。

【００１９】図２ａは本発明に用いられる中央部に開口
部１４が設けられたリング状のエピタキシャル成長用サ
セプターを示す平面図で、図２ｂは図２ａに示すＡ−
Ａ'断面図であり、ウェーハの昇降を行うための貫通孔
１５が形成されている。サセプター以外のエピタキシャ
ル成長装置においては、図１に示すものを用いるため、
ここでの説明は割愛する。尚、ベルヌイ方式、エッヂハ
ンドリング方式のエピタキシャル成長装置を用いる場合
においては、必ずしも昇降用の貫通孔は必要としない。

【００２０】この発明によるエピタキシャル成長方法で
は、エピタキシャル成長処理中にウェーハ内から外方拡
散したドーパントが、サセプターのリング部内側の開口
部から下部逸散するため、ウェーハ表面のエピタキシャ
ル膜内に取り込まれることがなく、この結果、保護膜形
成処理を行わずエピタキシャル成膜してもオートドープ
のない比抵抗率の均一なエピタキシャルウェーハが得ら
れる。

【００２１】更に、好ましくはサセプター裏面側に水素
等のパージガスを強制的に流すことにより、ウェーハ裏
面から排出されるドーパントをより効率的に反応炉（チ
ャンパー）外へ排出することができる。しかもエピタキ
シャル成長されるウェーハ裏面も、全面が水素ガス等の
パージガスにより均一にガスエッチされるため、光沢ム
ラがない。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を示し、比較例と対比
することにより本発明の効果を明らかにする。

【００２３】本発明例では、図１に示す枚葉式エピタキ
シャル成長装置に図２に示すウェーハ外周部と面接触あ
るいは線接触してウェーハを支持するように中央部に開
口部１６が設けられたリング状のエピタキシャル成長用
サセプター１０を用いて、直径２００ｍｍ、比抵抗１５
Ωｃｍ、Ｐ^{+ +}型（１００）で裏面にオートドープ防止用
の保護膜が形成されていないシリコン半導体基板を用
い、１１５０℃で２０秒の水素ベークをした後、シリコ
ンソースであるＳｉＨＣｌ_３およびボロンドーパントソ
ースであるＢ_２Ｈ_６を水素ガスで希釈した混合反応ガス
を、エピタキシャル膜形成室２内に供給して成長温度１
０７５℃で、厚さ約６μｍ、比抵抗１０ΩｃｍのＰ型の
エピタキシャル膜を成長させた。

【００２４】比較例として、図３に示す座ぐり部１４が
形成された凹形状のサセプターを用いて、本発明例と同
じ条件でエピタキシャル成長処理を行った。

【００２５】その後、本発明例及び比較例により得られ
たエピタキシャルシリコンウェーハについて、外周から
３ｍｍまでの領域を除くエピタキシャル膜中の径方向の
ドーパント濃度分布をＳＣＰ装置（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃ
ｈａｒｇｅ Ｐｒｏｆｉｌｅｒ）を用いて測定した。そ
の結果を図４に示す。また、この測定結果を基にエピタ
キシャル膜中の径方向の抵抗率分布を求めた結果を図５
に示す。

【００２６】図４及び図５から明らかなように、本発明
例ではエピタキシャル膜中のドーパント濃度が径方向に
均一に取り込まれており、目標とする比抵抗１０Ωｃｍ
のＰ型のエピタキシャル膜が面内均一に得られているこ
とが分かる。これに対し、比較例では外周部においてド
ーパント濃度が高く、これに対応してその抵抗率分布が
外周部で大きく低下していることが分かる。図４及び図
５から明らかなように、本発明例ではエピタキシャル膜
中のドーパント濃度が径方向に均一に取り込まれてお
り、目標とする比抵抗１０ΩｃｍのＰ型のエピタキシャ
ル膜が面内均一に得られていることが分かる。これに対
し、比較例では外周部においてドーパント濃度が高く、
これに対応してその抵抗率分布が外周部で大きく低下し
ていることが分かる。

【００２７】なお、本実施例では枚葉式のエピタキシャ
ル成長装置を用いて説明したが、何らこれに限定される
ものではなく、従来から実施されている複数枚のウェー
ハを一度に処理するバッチ式のエピタキシャル成長装置
においても適用可能なことは言うまでもない。

【００２８】

【本発明の効果】以上のように、本発明によれば、オー
トドープを防止しつつ、エピタキシャル成長が可能とな
る。従って、従来必要とされていたウェーハ裏面へのオ
ートドープ防止用の保護膜形成が不要となり、保護膜を
形成するための専用設備や処理工程が不要となるばかり
か、エピタキシャル成長処理後の保護膜を除去するため
の工程も不要となる。この結果、エピタキシャルウェー
ハの製造コストを低減することができ、近年高まる低価
格エピタキシャルウェーハの提供の要求を満たすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明及び従来技術に用いられる枚葉式エピタ
キシャル気相成長装置の説明図である。

【図２】本発明に用いられるサセプターの説明図であ
る。

【図３】従来技術に用いられるサセプターの説明図であ
る。

【図４】本発明例および比較例で得られたエピタキシャ
ルウエーハにおけるエピタキシャル膜中の径方向のドー
パント濃度分布を示したグラフである。

【図５】本発明例および比較例で得られたエピタキシャ
ルウエーハにおけるエピタキシャル膜中の径方向の抵抗
率分布を示したグラフである。

【符号の説明】

１ 枚葉式エピタキシャル成長装置 ２ 形成室 ３ 上側ドーム ４ 下側ドーム ５ ドーム取付体 ６ ハロゲンランプ ７ サセプター回転軸 ８ 支持アーム ９ 昇降ピン １０ サセプター １１ リフトアーム １２ ガス供給口 １３ ガス排出口 １４ 座ぐり部 １５ 貫通孔 １６ 開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AB02 AC05 AC19 AD14 AF03 BB06 BB08 DP04 EK12 EK14 EM06 EM09 EM10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央部に開口部が設けられたリング形状
   のサセプターを用いてウェーハ裏面の外周部を支持し、
   ウェーハ裏面に保護膜を形成することなくウェーハの表
   面にエピタキシャル膜を形成することを特徴とするエピ
   タキシャル成長方法。
2. 【請求項２】 前記サセプターにウェーハ昇降用の貫通
   孔が設けられていることを特徴とする請求項１記載のエ
   ピタキシャル成長方法。