JP2010003735A - エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】より急峻且つより安定したＳＲプロファイルを有するエピタキシャルウェーハを製造することのできる技術を提供する。
【解決手段】不純物を含有するシリコン単結晶の基板Ｓの直上に、基板Ｓよりも不純物濃度が低い第１層を気相成長させる第１成長工程（１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程）と、第１層よりも上に第２層を気相成長させる第２成長工程（２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程）とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、第１成長工程において、強制的に排気を行って常圧ＡＰ以下の第１圧力ＲＰの下で気相成長させ、第２成長工程において、第１圧力ＲＰより高い第２圧力ＡＰの下で気相成長させるようにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、不純物を含有する基板にエピタキシャル成長による薄膜層を形成させるエピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャルウェーハに関する。

従来、基板（Substrate）に対してエピタキシャル成長を実施してエピタキシャルウェーハが製造されている。

高濃度の不純物（例えば、砒素Ａｓ等）を含んだ基板を使用してエピタキシャル成長を実施する場合には、例えば、基板から飛び出した不純物がエピタキシャル反応炉のチャンバ内に滞留し、エピタキシャル層に取り込まれる。すなわち、オートドープが発生する。このオートドープが発生すると、エピタキシャル層の抵抗が影響を受けて所望の抵抗とならず、エピタキシャルウェーハのＳＲ（広がり抵抗：Spread Resistance）プロファイルがなだらかになってしまう（ダレてしまう）こととなる。

これに対して、基板上に、第１層を気相成長させる第１の気相成長工程と、第１層よりも不純物濃度が低い第２層を第１層の直上に気相成長させる第２の気相成長工程の間に、第１の気相成長工程よりも気圧を低くすることにより成長雰囲気中の不純物をパージする中間工程を設けることにより、ドーパント濃度を急峻に変化するシリコン単結晶薄膜を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１）。

特許第３３１２５５３号公報

ところで、エピタキシャルウェーハを用いて製造されるデバイスの特性がデバイス毎にばらつかないようにすることが要請されており、より急峻且つより安定したＳＲプロファイルを有するエピタキシャルウェーハを製造することが要請される。上記した特許文献１の技術よりも更なる急峻化が要請される。

また、チャンバ内を減圧状態とすることにより、基板から飛び出した不純物をチャンバ内から排除することによりオートドープを抑制することができる。

しかしながら、基板をエッチングしにくい（不純物の飛び出しが発生しにくい）成長ガス、すなわち、塩素成分がない又は比較的少ない成長ガス（例えば、ＳｉＨ_４（シラン）、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロロシラン））を用いた場合には、薄膜の成長に長時間を要してしまい、生産性を低減させてしまう。一方、生産性を向上させるために、塩素成分の多い成長ガス（ＳｉＨＣｌ_３（トリクロロシラン））を用いた場合には、副生成物（例えば、塩素化合物）が剥離し易い状態で、チャンバ内のノズルやその周囲に大量に付着することとなり、剥離した副生成物によりウェーハに不良を発生させる虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、より急峻なＳＲプロファイルを有するエピタキシャルウェーハを製造することのできる技術を提供することにある。また、本発明の目的は、エピタキシャルウェーハの生産性を向上することのできる技術を提供することにある。

上記目的達成のため、本発明の第１の観点に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は、不純物を含有するシリコン単結晶の基板の直上に、基板よりも不純物濃度が低い第１の層を気相成長させる第１成長工程と、第１の層よりも上に第２の層を気相成長させる第２成長工程とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、第１成長工程において、強制的に排気を行って常圧以下の第１圧力の下で気相成長させ、第２成長工程において、第１圧力より高い第２圧力の下で気相成長させる。

係る方法によると、基板の直上に基板よりも不純物濃度が低い第１の層を気相成長させる際に、強制的に排気を行って第１圧力の下で気相成長させるので、基板から飛び出す不純物を効果的に排出することができる。また、基板よりも不純物濃度が低い第１の層を気相成長させるので、以降の気相成長の工程において、基板や層からの不純物の飛び出しの影響を抑制することができる。また、第２層については、第２圧力の下で気相成長させるようにしたので、第１圧力の下での気相成長の時間を短くすることができ、第１圧力の下での気相成長時における副生成物の発生量を抑えることができる。これにより、より急峻且つより安定したＳＲプロファイルを有するエピタキシャルウェーハを製造することができる。

また、上記エピタキシャルウェーハの製造方法において、第２の層は、第１の層よりも不純物濃度が高くてもよい。係る方法によると、第１の層からの不純物の飛び出しによる第２の層への影響を低減することができ、第２の層のＳＲプロファイルを効果的に所望のものに制御することができる。

また、上記エピタキシャルウェーハの製造方法において、第１成長工程の前に、基板を所定温度に昇温する昇温工程を更に有し、昇温工程において、強制的に排気を行って第１圧力の下で基板を昇温させるようにしてもよい。係る方法によると、昇温させる際のむき出しの状態の基板から飛び出す不純物を適切に排除することができる。

また、上記エピタキシャルウェーハの製造方法において、第１の層は、ノンドープ層であってもよい。係る方法によると、基板からの不純物の飛び出しを効果的に抑制することができる。

また、上記エピタキシャルウェーハの製造方法において、第１の層及び第２の層との間に少なくとも１以上の第３の層を気相成長させる第３成長工程を有し、少なくとも１以上の第３の層の気相成長を、強制的に排気を行って第１圧力の下で実行するようにしてもよい。係る方法によると、基板からの不純物の飛び出しの影響を抑制して、基板に複数の層を形成することができる。

また、上記エピタキシャルウェーハの製造方法において、第１圧力の下での気相成長させる総時間を所定時間以内とする、又は、第１圧力の下で気相成長させる層の厚さを所定厚さ以下とするようにしてもよい。係る方法によると、第１圧力の下での気相成長時における副生成物の発生量を抑えることができるので、副生成物による悪影響を抑制することができる。

また、上記目的達成のため、本発明の第２の観点に係るエピタキシャルウェーハは、基板と、基板の直上に形成され、基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有し、基板と第１の層との界面近傍から上方へ向かって抵抗率が急峻に変化する遷移領域を有するエピタキシャルウェーハであって、エピタキシャルウェーハの平面上複数個所における、第２の層の表面近傍の第１抵抗率に対する、遷移領域から上方へ略５μｍにおける第２抵抗率の割合についての平均が８０パーセント以上である。

また、上記目的達成のため、本発明の第３の観点に係るエピタキシャルウェーハは、基板と、基板の直上に形成され、基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有し、基板と第１の層との界面近傍から上方へ向かって抵抗率が急峻に変化する遷移領域を有するエピタキシャルウェーハであって、エピタキシャルウェーハの平面上複数個所における、第２の層の表面近傍の第１抵抗率に対する、遷移領域から上方へ略５μｍにおける第２抵抗率の割合の最小値が７０パーセント以上であり、且つ、割合の最大値が９０パーセント以上である。

また、上記目的達成のため、本発明の第４の観点に係るエピタキシャルウェーハは、基板と、基板の直上に形成され、基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有するエピタキシャルウェーハであって、第２の層の表面近傍の抵抗率は、基板の抵抗率より３桁以上高く、基板上の層の合計の層厚は、１０μｍを超えており、基板と第１の層との界面から上方へ１０μｍにおける抵抗率が、第２の層の表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍ以上である場合には、第２の層の表面近傍の抵抗率の５０パーセント以上であり、第２の層の表面近傍の抵抗率が１５〜２０Ωｃｍの場合には、第２の層の表面近傍の抵抗率の６０パーセント以上である。

また、上記目的達成のため、本発明の第５の観点に係るエピタキシャルウェーハは、基板と、基板の直上に形成され、基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有するエピタキシャルウェーハであって、第２の層の表面近傍の抵抗率は、基板の抵抗率より３桁以上高く、前記基板と前記第１の層の界面から、前記基板上の層の合計の層厚の略１６．７パーセントの厚さだけ上方の位置における抵抗率が、第２の層の表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍ以上である場合には、第２の層の表面近傍の抵抗率の５０パーセント以上であり、第２の層の表面近傍の抵抗率が１５〜２０Ωｃｍの場合には、第２の層の表面近傍の抵抗率の６０パーセント以上である。

また、上記目的達成のため、本発明の第６の観点に係るエピタキシャルウェーハは、基板と、基板の直上に形成され、基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有するエピタキシャルウェーハであって、第２の層の表面近傍の抵抗率は、基板の抵抗率より３桁以上高く、基板上の層の合計の層厚は、１０μｍを超えており、第２の層の表面近傍の抵抗率が１０Ωｃｍ以上であり、基板と第１の層との界面から１０μｍにおける第２の層の抵抗率が、第２の層の表面近傍の抵抗率×０．１６７＋６．１６（Ωｃｍ）より大きい。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

本発明の一実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法を説明する。

まず、エピタキシャルウェーハの製造方法に用いる反応炉について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る反応炉の構成図である。図１Ａは、反応炉の斜視図を示し、図１Ｂは、反応炉の一部断面図を示している。

本実施形態の反応炉１は、複数枚の基板Ｓに対してエピタキシャル成長処理を実行可能なバッチ炉であり、縦型炉の一例としてのいわゆるパンケーキ型炉である。

反応炉１には、エピタキシャル層を形成するための複数の基板Ｓを載置するためのサセプター３が設けられている。サセプター３は、例えば、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）により構成され、中心部分に開口を有する略円盤状の形状をしている。ノズル４は、サセプター３の中心部分の開口を介して下方から上方に伸びて設けられている。ノズル４は、例えば、石英で構成されている。ノズル４は、図示しないガス供給源からのキャリアガス、エピタキシャル成長ガス、ドーパントガスを反応炉１内に導入する。

サセプター３の下方には、ワークコイル６が設けられており、ワークコイル６に供給する電力を調整することによりサセプター３に載置された基板Ｓの温度を調節できるようになっている。

反応炉１においては、サセプター３を内部空間（炉内）に収容するためのベルジャー２が設けられている。本実施形態では、ベルジャー２は、エピタキシャル成長の実行前に基板Ｓを載置するために引き上げられ、基板Ｓの載置後に、サセプター３等を収容するための内部空間を形成するために引き下げられる。また、ベルジャー２は、エピタキシャル成長の終了後に製造されたエピタキシャル層が形成された基板Ｓ、すなわち、エピタキシャルウェーハを回収するために引き上げられる。

反応炉１においては、ノズル４から供給されたガスは、図面矢印に示すように、サセプター３の上方をサセプター３の外周方向に流れ、サセプター３の外周の外側を下方に進み、排気口５から排出される。なお、排気口５は、図示しない減圧ポンプに連通しており、内部空間を強制的に排気して減圧することができるようになっている。

次に、本発明の一実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法の具体的な流れについて説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る製造方法のレシピ及び比較レシピを示す図である。図２Ａは、一実施形態に係るレシピを示し、図２Ｂは、比較に用いる比較レシピを示す。

ここで、エピタキシャルウェーハの製造方法を実施する前には、処理対象の複数の基板Ｓがサセプター３上に載置され、ベルジャー２が引き下げられて、ベルジャー２により内部空間（炉内）が外部空間と隔てられているものとする。また、基板Ｓは、不純物（例えば、砒素（Ａｓ））を含み、抵抗率が例えば、０．００１〜０．００４５Ωｃｍとなっており、不純物濃度が高くなっている。

まず、レシピに従ったエピタキシャルウェーハの製造方法においては、ノズル４からＮ_２ガスを導入して内部をパージし、その後、ノズル４からＨ_２ガスを導入して内部をパージする（Ｐｕｒｇｅ工程）。

次いで、ノズル４からのＨ_２ガスの導入を維持しつつ、減圧ポンプの動作を開始させて、炉内の圧力が常圧（第２圧力）から常圧より低い所定の圧力（第１圧力）となるようにする。なお、１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程終了まで、減圧ポンプによる動作は継続して実行され、炉内は、所定の減圧状態に維持される。ここで、減圧させる所定の圧力としては、例えば、１００〜６００Ｔｏｒｒ（１Ｔｏｒｒ≒１３３．３２２Ｐａ）の圧力としている。このように、炉内を所定の減圧状態となるように強制的に排気するようにしているので、基板Ｓから飛び出す不純物を効果的に炉内から排除することができる。なお、圧力が低くなればなるほど、排気できる量は上がる一方、基板３からの不純物の飛び出し量が増加することが考えられるが、例えば、１００〜６００Ｔｏｒｒの圧力のように、極端に低い圧力状態としていないので、基板３から飛び出す不純物によるオートドープの影響を抑制することができる。

次いで、ワークコイル６への電力の供給を開始して、基板Ｓが常温（Ｒ．Ｔ）から比較的高い温度（例えば、１０５０〜１２００度）になるように調整する（Ｈｅａｔ Ｕｐ工程）。この工程においては、基板Ｓはむき出しの状態となっており、基板Ｓの温度が上昇すると基板Ｓから飛び出す不純物が多くなるが、炉内を所定の減圧状態となるように強制的に排気するようにしているので、基板Ｓから飛び出す不純物を効果的に炉内から排除し、オートドープの影響を効果的に低減することができる。

次いで、ノズル４から更にＨＣｌガスを炉内に導入してドライエッチを行う（なお、ドライエッチは、場合によっては行わないようにしてもよい）。その後、ＨＣｌガスの導入を止めて、炉内のパージを行い、炉内の換気を行う。

次いで、炉内を所定の減圧状態となるように強制的に排気することを維持しつつ、エピタキシャル成長ガスを炉内に導入し、基板Ｓ上に第１層（第１の層）の生成を行う（１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程：第１成長工程）。本実施形態においては、エピタキシャル成長ガスとして、例えば、ＳｉＨＣｌ_３を用いているので、ＳｉＨ_４やＳｉＨ_２Ｃｌ_２を用いた場合よりも層の成長速度（Ｇｒｏｗｔｈ Ｒａｔｅ）を向上することができ、工程に要する処理時間を短縮することができる。

本実施形態では、この工程においては、ドーパントガスを導入しないので、第１層は、ノンドープ層となり、基板Ｓよりも不純物の濃度が低い。また、本実施形態では、１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程は、所定時間（本実施形態では、例えば、１分）以内に限っているので、減圧状態でのエピタキシャル成長時に発生するエピタキシャル成長ガスにより生成される副生成物（塩素化合物）の炉内への付着を抑制することができる。本実施形態では、第１層は、例えば、１μｍの厚さとなっている。１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程においては、炉内を所定の減圧状態となるように強制的に排気するようにしているので、基板Ｓから飛び出す不純物や、生成された副生成物を効果的に炉内から排除することができる。

第１層の生成後には、エピタキシャル成長ガスの導入を停止し、Ｈ_２ガスのみの導入を継続して炉内をパージする。次いで、減圧ポンプの動作を止めて、炉内を減圧状態から常圧の状態にし、Ｈ_２ガスの導入を継続して、炉内の換気を行う。

その後、エピタキシャル成長ガスと、ドーパントガス（例えば、リン（Ｐ））とを更に炉内に導入し、第１層上に第２層（第２の層）の生成を行う（２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程：第２成長工程）。本実施形態では、ドーパントガスの供給量は、生成される第２層が基板Ｓよりも不純物濃度が低く、第１層よりも不純物濃度が高くなるように調整されている。第２層の表面近傍の抵抗率が、基板Ｓの抵抗率より、例えば、３桁以上（１０００倍以上）高くなるように、例えば、９．０Ωｃｍになるように調整されている。

第２層の生成を開始してから所定時間が経過した後に、Ｈ_２ガスの導入を継続する一方、エピタキシャル成長ガスの導入を止めて、炉内のパージを行い、ワークコイル６への電力の供給を制御して、基板Ｓが常温に冷却されるようにする。その後、ノズル４からＨ_２ガスを導入して内部を冷却し、ノズル４からＮ_２ガスを導入して内部を冷却する。この後、ベルジャー２を引き上げて、エピタキシャル層が生成された基板Ｓ、すなわちエピタキシャルウェーハを取り出すことができる。

上記したエピタキシャルウェーハの製造方法によると、Ｈｅａｔ ｕｐ工程や、１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程において、炉内を所定の減圧状態となるように強制的に排気するようにしているので、基板Ｓから飛び出す不純物や、生成された副生成物を効果的に炉内から排除することができる。このため、同一の反応炉１を用いてエピタキシャルウェーハを順次製造する際に、順次製造されるエピタキシャルウェーハのＳＲプロファイルを安定させることができるとともに、反応炉１をメンテナンスする間隔を長くすることができる。

次に、この製造工程により製造されたエピタキシャルウェーハのＳＲプロファイルについて説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係る製造されたウェーハのＳＲプロファイルを示す図である。図３は、本実施形態に係るレシピに従った製造方法により得られたウェーハのＳＲプロファイルと、比較レシピに従った製造方法により得られたウェーハのＳＲプロファイルとを示している。

ここで、比較レシピは、図２Ｂに示すように、製造工程を常に常圧（ＡＰ）下で実行するレシピであり、図２Ａに示す本実施形態に係るレシピとは、全ての工程を常圧下で行う点が異なっている。

図３に示すように、本実施形態に係るレシピに従った製造方法により製造されたウェーハのＳＲプロファイルの方が、比較レシピに従った製造方法により製造されたウェーハのＳＲプロファイルより、基板Ｓと第１層との界面（Ｄｅｐｔｈ＝０）近傍の抵抗率の立ち上がりが急峻である。

次に、本実施形態に係るレシピに従った方法により製造されたウェーハと、比較レシピに従った方法により製造された比較例のウェーハとの差異について傾斜率を用いて説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る製造されたウェーハと、比較例のウェーハとの差異を説明する図である。図４Ａは、本実施形態に係るレシピに従って製造されたウェーハについての傾斜率のヒストグラムであり、図４Ｂは、比較レシピに従って製造された比較例のウェーハについての傾斜率のヒストグラムである。

ここで、傾斜率を説明する前に、傾斜率に関わる内容を説明する。

まず、ウェーハ上にショットキーダイオード（Schottky Diode）を形成し、ＣＶ（Capacitance Voltage）法を用いて、抵抗率を算出する。すなわち、ダイオードに逆方向の直流バイアスを印加し、ウェーハ内に発生される空乏層のキャパシタンスを測定し、測定されたキャパシタンス、印加電圧、所定の定数等に基づいて、不純物濃度を算出し、不純物濃度に基づいて抵抗率を算出する。なお、ウェーハ上にショットキーダイオードを形成する方法としては、例えば、金属蒸着により形成する蒸着法や、Ｈｇ-Ｐｒｏｂｅ法等が知られている。

本実施形態では、エピタキシャルウェーハの平面上の或る位置について、或る位置に対応するダイオードに比較的低い第１電圧（例えば、３Ｖ）の直流バイアスを印加した際のキャパシタンスを測定し、測定したキャパシタンスに基づいて抵抗率を算出する。この抵抗率は、第２層の表面近傍における抵抗率（第１抵抗率）に相当する。また、ダイオードに第１電圧よりも高い第２電圧（例えば、２００Ｖ）の直流バイアスを印加した際のキャパシタンスを測定し、測定したキャパシタンスに基づいて抵抗率を算出する。この抵抗率は、遷移領域から上方へ略５μｍの位置における抵抗率（第２抵抗率）に相当する。ここで、遷移領域とは、基板と第１層との界面から上方（表面方向）へ向かって抵抗率が急峻に変化する領域のことをいい、本実施形態のエピタキシャルウェーハでは、基板と第１層との界面から上方へ３〜５μｍまでの間が遷移領域である。なお、遷移領域から上方へ５μｍの位置は、プロファイルが安定化し始める位置であり、この位置での抵抗率が第１抵抗率の値に近い方が好ましい。

傾斜率は、ピタキシャルウェーハの平面上の或る位置についての、第２層の表面近傍における抵抗率（第１抵抗率）に対する、遷移領域から上方へ略５μｍの位置における抵抗率（第２抵抗率）の割合である。すなわち、傾斜率（パーセント）は、第２抵抗率／第１抵抗率＊１００で表される。

図４Ａ、図４Ｂに示した傾斜率は、それぞれの図に対応する工程で製造された複数のウェーハのそれぞれについての、ウェーハ平面上の中心の位置と、中心を通る第１直線上の複数の位置（例えば、４点）と、中心を通り且つ第１直線と直交する第２直線上の複数の位置（例えば、４点）との各位置における傾斜率を集計したものとなっている。

比較レシピに従って製造されたウェーハの傾斜率は、図４Ａに示すように、傾斜率の最大値（ＭＡＸ）が８９．１３パーセント、最小値（ＭＩＮ）が６８．５８パーセント、平均（ＡＶＥ）が７８．３６パーセント、標準偏差（ＳＴＤ）が４．０７パーセントとなっている。

一方、本実施形態のレシピに従って製造されたウェーハの傾斜率は、図４Ｂに示すように、傾斜率の最大値（ＭＡＸ）が９５．３６パーセント、最小値（ＭＩＮ）が８６．０６パーセント、平均（ＡＶＥ）が９１．４９パーセント、標準偏差（ＳＴＤ）が２．１９パーセントとなっている。本実施形態のレシピによるウェーハは、比較レシピによるウェーハと異なり、傾斜率の平均が８０パーセント以上であり、傾斜率の最大値が９０パーセントを以上であり、傾斜率の最小値が７０パーセント以上である。

次に、最も外側の層（表層）である第２層の表面近傍における抵抗率（表面近傍抵抗率）をそれぞれ異ならせるように製造した複数のウェーハについて説明する。ここで、第２層における表面近傍抵抗率が異なったウェーハは、図２に示すレシピの２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程において、炉内に供給するドーパントガスの濃度を異ならせることにより製造することができる。本実施形態では、第２層の表面近傍抵抗率を高くする場合ほど、ドーパントガスの供給量が少なくなるようにしている。

図５は、本発明の一実施形態に係る製造されたウェーハと、その結果に基づいて計算されたウェーハのＳＲプロファイルと、比較例のウェーハのＳＲプロファイルを示す図である。図５Ａは、比較レシピに従って製造されたＮｏｎ Ｄｏｐｅ成長の結果からウェーハの第２層における表面近傍の抵抗率が、１０、２０、３０、４０、５０Ωｃｍのそれぞれとなるように計算された複数のウェーハのＳＲプロファイルを示し、図５Ｂは、実施形態に係るレシピに従って製造されたＮｏｎ Ｄｏｐｅ成長の結果からウェーハの第２層における表面近傍の抵抗率が、基板の抵抗率より３桁以上（１０００倍以上）高い抵抗率である１０、２０、３０、４０、５０Ωｃｍのそれぞれとなるように計算された複数のウェーハのＳＲプロファイルを示している。

図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２層の表面近傍の抵抗率が同じ値となるようにそれぞれのレシピに従って製造されたウェーハについては、第２層の表面近傍の抵抗率が１０、２０、３０、４０、５０Ωｃｍのいずれの場合においても、本実施形態に係るレシピにより製造されたウェーハのほうが、比較レシピにより製造されたウェーハよりもＳＲプロファイルが急峻であることがわかる。

図６は、本発明の一実施形態に係るウェーハと、比較レシピによるウェーハとの特性を説明する図である。

図６Ａは、比較レシピによるウェーハにおける第２層の表面近傍の抵抗率と、第２層における基板から所定の位置における抵抗率（所定位置抵抗率）と、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合（パーセント）とを示し、図６Ｂは、本実施形態に係るウェーハにおける第２層の表面近傍の抵抗率と、第２層における基板から所定の位置における抵抗率（所定位置抵抗率）と、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合（パーセント）とを示し、図６Ｃは、本実施形態のウェーハと、比較例のウェーハとのそれぞれについての第２層の表面近傍の抵抗率と、所定位置抵抗率との関係を示す図である。

本実施形態では、第１層の層厚は、例えば２μｍであり、第１層と第２層との合計の層厚（トータルエピタキシャル層厚）は、１０μｍを超える厚さ、例えば６０μｍである。ここで、所定の位置としては、第２層の中の基板とエピタキシャル層との界面から上方へ１０μｍの位置としている。本実施形態のウェーハのエピタキシャル層厚（基板上の層の合計の層厚）は、６０μｍであるので、所定の位置は基板からエピタキシャル層厚の略１６．７パーセント（１０μｍ／６０μｍ×１００）の位置ということもできる。

比較レシピに従って製造されたウェーハは、図６Ａに示すように、第２層の表面近傍の抵抗率が１０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が６．５Ωｃｍであり、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合は、６５パーセントである。同様に、表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が９．５Ωｃｍ、割合が４７．５パーセントであり、表面近傍の抵抗率が３０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が１１．１Ωｃｍ、割合が３７パーセントであり、表面近傍の抵抗率が４０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が１２．４Ωｃｍであり、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合は、３１パーセントであり、表面近傍の抵抗率が５０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が１３．４Ωｃｍであり、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合は、２６．８パーセントである。

一方、本実施形態に係るレシピに従って製造されたウェーハは、図６Ｂに示すように、第２層の表面近傍の抵抗率が１０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が８．８１Ωｃｍであり、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合は、８８．１パーセントである。同様に、表面近傍の抵抗率が１５Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が１２．４４Ωｃｍ、割合が８２．９３パーセントであり、表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が１５．６７Ωｃｍ、割合が７８．３５パーセントであり、表面近傍の抵抗率が３０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が２１．１７Ωｃｍ、割合が７０．５７パーセントであり、表面近傍の抵抗率が４０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が２５．６６Ωｃｍであり、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合は、６４．１５パーセントであり、表面近傍の抵抗率が５０Ωｃｍの場合には、所定位置抵抗率が２９．４Ωｃｍであり、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合は、５８．８パーセントである。

実施形態に係るレシピに従って製造されたウェーハは、同一の表面近傍の抵抗率とした比較レシピに従って製造されたウェーハよりも、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合を高くすることができ、例えば、第２層の表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍ以上である場合には、表面近傍の抵抗率に対する所定位置抵抗率の割合を５０パーセント以上とすることができ、第２層の表面近傍の抵抗率が１５〜２０Ωｃｍの場合には、第２層の表面近傍の抵抗率の６０パーセント以上とすることができ、また、第２層の表面近傍の抵抗率が１０〜２０Ωｃｍの場合には、第２層の表面近傍の抵抗率の７０パーセント以上とすることができる。

比較レシピに従って製造されたウェーハについては、図６Ｃに示すように、所定位置抵抗率ｙは、線形近似すると、０．１６７×表面近傍の抵抗率ｘ＋５．５７で示される。比較レシピによるウェーハの所定位置抵抗率ｙは、表面近傍の抵抗率ｘが１０Ωｃｍ以上であれば、上限線、すなわち、０．１６７×表面近傍の抵抗率ｘ＋６．１６以下となる。

一方、本実施形態に係るレシピで製造されたウェーハについては、図６Ｃに示すように、所定位置抵抗率ｙは、線形近似すると、０．５１２×表面近傍の抵抗率ｘ＋４．７７８９で示される。本実施形態に係るレシピで製造されたウェーハの所定位置抵抗率ｙは、表面近傍の抵抗率ｘが１０Ωｃｍ以上であれば、下限線、すなわち、０．５１２×表面近傍の抵抗率ｘ＋３．６９以上となる。

図６Ｃによると、表面近傍の抵抗率ｘが１０Ωｃｍ以上であれば、本実施形態に係るレシピで製造されたウェーハの所定位置抵抗率（Ωｃｍ）は、比較レシピによる同一の表面近傍の抵抗率を有するウェーハの所定位置抵抗率ｙの上限値（０．１６７×表面近傍の抵抗率ｘ＋６．１６）以上であり、また、０．５１２×表面近傍の抵抗率ｘ＋３．６９以上となる。

次に、本実施形態に係る第１変形例を説明する。

第１変形例においては、図２Ａに示すレシピと基本的には同様であるが、レシピにおける１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程と、２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程との具体的な処理が異なっている。具体的には、１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程では、第１層の不純物濃度が基板Ｓの不純物濃度よりも低くなるようにし、２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程では、第２層の不純物濃度が第１層の不純物濃度より低くなるようにしている。

第１変形例に係る製造方法は、１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程においては、減圧下において、エピタキシャル成長ガス（例えば、ＳｉＨＣｌ_３）とともに、第１層が基板Ｓより不純物濃度が低くなる量のドーパントガスを導入して第１層の生成を行う。本第１変形例では、ドーパントガスの流量は、第１層の抵抗率が、１．０Ωｃｍになるように調整されている。また、２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程においては、エピタキシャル成長ガス（例えば、ＳｉＨＣｌ_３）とともに、第２層が第１層より不純物濃度が低くなる量のドーパントガスを導入して第２層の生成を行う。本変形例では、ドーパントガスの流量は、第２層の抵抗率が、２０．０Ωｃｍになるように調整されている。

次に、第１変形例に係る製造工程により製造されたエピタキシャルウェーハのＳＲプロファイルについて説明する。

図７は、本発明の第１変形例に係る製造されたウェーハのＳＲプロファイルを示す図である。図７は、第１変形例に係る製造方法により得られたウェーハのＳＲプロファイルと、比較レシピに従った製造方法により得られたウェーハのＳＲプロファイルを示している。ここで、比較レシピは、第１変形例に係る製造工程とは、全ての工程を常圧下で行う点が異なっている。

図７に示すように、第１変形例に係る製造方法により製造されたウェーハのＳＲプロファイルの方が、比較レシピに従った製造方法により製造されたウェーハのＳＲプロファイルより、抵抗率の立ち上がりが急峻である。

次に、本発明の第２変形例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。第２変形例は、基板ＳにＮ（Ｎは、３以上）個の層を有するエピタキシャルウェーハの製造方法である。

図８は、本発明の第２変形例に係る製造方法のレシピを示す図である。

第２変形例に係るレシピは、図２Ａに示すレシピとは、１ｓｔ Ｇｒｏｗｔｈ工程の後に、減圧下で行われる少なくとも１以上の膜の生成工程（２ｎｄ Ｇｒｏｗｔｈ工程〜（Ｎ−１） Ｇｒｏｗｔｈ工程）を含んでいる点が異なっている。なお、各層は、基板Ｓよりも不純物濃度が低くなるように生成される。第１層は、ノンドープ層であってもよい。ここで、第２変形例では、第Ｎ層が第２の層に該当し、第２層〜第Ｎ−１層が第３の層に該当する。

第２変形例においては、減圧下で行われる層の生成工程の合計時間が所定時間以下（例えば、５分以下）となるようにしている。これにより、減圧下のエピタキシャル成長中に生成されて炉内に付着する副生成物（例えば、塩素化合物）を抑制することができる。

第２変形例に係るエピタキシャルウェーハの製造方法によっても、上記した実施形態と同様に、基板Ｓと第１層（エピタキシャル層）との界面（Ｄｅｐｔｈ＝０）近傍の抵抗率の立ち上がりが急峻であるＳＲプロファイルを有するエピタキシャルウェーハを生成することができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明は上述した実施の形態に限られず、他の様々な態様に適用可能である。例えば、上記第２変形例では、複数層を減圧下で実施し、最終層のみを常圧下で実施するようにしていたが、例えば、最終層の直前の複数層を生成する工程を常圧下で実施するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、第１圧力よりも高い圧力である第２圧力を常圧としていたが、本発明はこれに限られず第２圧力を常圧よりも低い圧力としてもよく、また、常圧よりも高い圧力としてもよい。

また、上記実施形態では、減圧の下での気相成長を所定時間以内とするようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、減圧の下での気相成長による層の厚さが所定厚さ以下とするようにしてもよい。

また、上記実施形態では、パンケーキ型反応炉を用いていたが、本発明はこれに限られず、例えば、シリンダ型反応炉等の他のエピタキシャル成長炉を用いるようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る反応炉の構成図である。 本発明の一実施形態に係るウェーハ製造工程のレシピ及び比較レシピを示す図である。 本発明の一実施形態に係る製造工程により製造されたウェーハのＳＲプロファイルを示す図である。 本発明の一実施形態に係る製造されたウェーハと、比較例のウェーハとの差異を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るウェーハのＳＲプロファイルと、比較例のウェーハのＳＲプロファイルを示す図である。 本発明の一実施形態に係るウェーハと、比較例のウェーハとの特性を説明する図である。 本発明の第１変形例に係る製造工程により製造されたウェーハのＳＲプロファイルを示す図である。 本発明の第２変形例に係るウェーハ製造工程のレシピを示す図である。

符号の説明

１ 反応炉、２ ベルジャー、３ サセプター、４ ノズル、５ 排出口、６ ワークコイル、Ｓ 基板。

Claims (11)

1. 不純物を含有するシリコン単結晶の基板の直上に、前記基板よりも不純物濃度が低い第１の層を気相成長させる第１成長工程と、前記第１の層よりも上に第２の層を気相成長させる第２成長工程とを有するエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
   前記第１成長工程において、強制的に排気を行って常圧以下の第１圧力の下で気相成長させ、
   前記第２成長工程において、前記第１圧力より高い第２圧力の下で気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 前記第２の層は、前記第１の層よりも不純物濃度が高い
   請求項１記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 前記第１成長工程の前に、前記基板を所定温度に昇温する昇温工程を更に有し、
   前記昇温工程において、強制的に排気を行って前記第１圧力の下で前記基板を昇温させる
   請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 前記第１の層は、ノンドープ層である
   請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. 前記第１の層及び前記第２の層との間に少なくとも１以上の第３の層を気相成長させる第３成長工程を有し、
   少なくとも１以上の第３の層の気相成長を、強制的に排気を行って前記第１圧力の下で実行する
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
6. 前記第１圧力の下での気相成長させる総時間を所定時間以内とする、又は、前記第１圧力の下で気相成長させる層の厚さを所定厚さ以下とする
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
7. 基板と、前記基板の直上に形成され、前記基板よりも不純物濃度の低い第１の層と、前記第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有し、
   前記基板と前記第１の層との界面近傍から上方へ向かって抵抗率が急峻に変化する遷移領域を有するエピタキシャルウェーハであって、
   前記エピタキシャルウェーハの平面上複数個所における、第２の層の表面近傍の第１抵抗率に対する、前記遷移領域から上方へ略５μｍにおける第２抵抗率の割合についての平均が８０パーセント以上であるエピタキシャルウェーハ。
8. 基板と、前記基板の直上に形成され、前記基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、前記第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有し、
   前記基板と前記第１の層との界面近傍から上方へ向かって抵抗率が急峻に変化する遷移領域を有するエピタキシャルウェーハであって、
   前記エピタキシャルウェーハの平面上複数個所における、第２の層の表面近傍の第１抵抗率に対する、前記遷移領域から上方へ略５μｍにおける第２抵抗率の割合の最小値が７０パーセント以上であり、且つ、前記割合の最大値が９０パーセント以上であるエピタキシャルウェーハ。
9. 基板と、前記基板の直上に形成され、前記基板よりも不純物濃度の低い第１の層と、前記第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有するエピタキシャルウェーハであって、
   前記第２の層の表面近傍の抵抗率は、前記基板の抵抗率より３桁以上高く、前記基板上の層の合計の層厚は、１０μｍを超えており、
   前記基板と第１の層の界面から上方へ１０μｍの位置における抵抗率が、前記第２の層の表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍ以上である場合には、前記第２の層の表面近傍の抵抗率の５０パーセント以上であり、前記第２の層の表面近傍の抵抗率が１５〜２０Ωｃｍの場合には、前記第２の層の表面近傍の抵抗率の６０パーセント以上であるエピタキシャルウェーハ。
10. 基板と、前記基板の直上に形成され、前記基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、前記第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有するエピタキシャルウェーハであって、
    前記第２の層の表面近傍の抵抗率は、前記基板の抵抗率より３桁以上高く、
    前記基板と前記第１の層の界面から、前記基板上の層の合計の層厚の略１６．７パーセントの厚さだけ上方の位置における抵抗率が、前記第２の層の表面近傍の抵抗率が２０Ωｃｍ以上である場合には、前記第２の層の表面近傍の抵抗率の５０パーセント以上であり、前記第２の層の表面近傍の抵抗率が１５〜２０Ωｃｍの場合には、前記第２の層の表面近傍の抵抗率の６０パーセント以上であるエピタキシャルウェーハ。
11. 基板と、前記基板の直上に形成され、前記基板よりも不純物濃度が低い第１の層と、前記第１の層よりも上方に形成される第２の層とを有するエピタキシャルウェーハであって、
    前記第２の層の表面近傍の抵抗率は、前記基板の抵抗率より３桁以上高く、前記基板上の層の合計の層厚は、１０μｍを超えており、
    前記第２の層の表面近傍の抵抗率が１０Ωｃｍ以上であり、前記基板と前記第１の層との界面から１０μｍにおける前記第２の層の抵抗率が、前記第２の層の表面近傍の抵抗率×０．１６７＋６．１６（Ωｃｍ）より大きいエピタキシャルウェーハ。

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