JP2010040590A

JP2010040590A - エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法

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Publication number: JP2010040590A
Application number: JP2008198706A
Authority: JP
Inventors: Maruhisa Fujimoto; 真留久藤本
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】Ａｓを含むシリコン単結晶基板にエピタキシャル膜を形成したエピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域の抵抗率均一性を向上させ、効率的にデバイスの形成が可能なエピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】ウェーハ上にエピタキシャル膜を形成する際に、シラン化合物と水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流し、かつウェーハを１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲になるように加熱することにより、形成されたエピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域のエピタキシャル層内の抵抗率特性が大幅に改善される。
【選択図】図７

Description

本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法に関し、詳しくは、周縁付近まで抵抗値の変化が少なく、かつ平坦性に優れたエピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法に関する。

半導体製造分野において、シリコンウェーハ基板上にエピタキシャル膜を成長させたエピタキシャルウェーハが従来から知られている。エピタキシャルウェーハは基板上に任意の厚さ、抵抗をもったエピタキシャル膜を形成でき、デバイス製作において障害となるｇｒｏｗ−ｉｎ欠陥問題の解消もできる為、その使用範囲は広がっている。

また、半導体デバイスは年々、微細化の要求が高くなっており、それに伴い使用されるエピタキシャルウェーハの品質向上も求められている。エピタキシャル膜の抵抗率の均一性と、厚みの均一性は重要な要求事項である。特に、１枚のエピタキシャルウェーハで周縁部分まで有効に利用して、多数のデバイスを製作する場合、ウェーハの中心から周縁に至るまで全面に渡ってその品質を維持させることが重要であり、近年ではウェーハ周縁領域（ウェーハ側面より約３〜５ｍｍ）まで、抵抗率のエピタキシャル層内の均一性をも含めた管理が必要となってきている。
特開平６−２３２０６０号公報特開２００２−４３２３０号公報

しかしながら、高濃度にＡｓがドープされたシリコンウェーハ基板を用いてエピタキシャル膜を形成する場合、エピタキシャル膜を成長させる工程で、シリコンウェーハ基板のエピタキシャル成長面の裏面側、特にその周縁部からＡｓが拡散し、エピタキシャル成長面側に達して、成長したエピタキシャル膜の周縁領域に取り込まれてしまう現象（オートドープ）が生じる。このようにエピタキシャル膜の周縁領域にＡｓが取り込まれると、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域では、エピタキシャル層の表面近傍の抵抗率が周縁に向かって急激に低下する状態となる。または、たとえ表面近傍の抵抗率が均一であっても、エピタキシャルシリコンウェーハの表面より基板方向に向かう深さ方向の抵抗率分布(エピタキシャルプロファイル)において緩やかに抵抗率が低下する状態となる。その結果、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域で抵抗率の均一性が保たれず、１枚のエピタキシャルウェーハで周縁領域まで多数のデバイスを形成することができなくなってしまうという課題があった。なお、ここで本明細書中におけるオートドープとは、シリコンウェーハのエピタキシャル膜中の中心部分と周縁領域における表面近傍の抵抗率の差が±２％を越える場合で、エピタキシャルプロファイルにおいて抵抗率が低下する状態となる場合に、オートドープが生じていると定義する。また、この周辺領域（外周部）とは、ウェーハ外縁から３ｍｍの範囲の領域を意味する。

従来は、エピタキシャル膜の形成の前段階である水素環境における高温処理（以下、水素ベークと称する）工程において、処理温度を高くしたり、水素ガスを多く流すことによって、エピタキシャル膜に取り込まれたＡｓを追い出して、オートドープの影響を低減させていた。しかし、水素ベークの条件を最適に設定しても、オートドープの完全な解消は困難であった。また、こうした水素ベークの処理時間が長くなると、エピタキシャルシリコンウェーハの生産性が低下するという課題もあった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、Ａｓを含むシリコン単結晶基板にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域のエピタキシャル層内の抵抗率均一性を向上させ、効率的にデバイスの形成が可能なエピタキシャルシリコンウェーハおよびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、Ａｓを含むシリコン単結晶基板にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、前記エピタキシャル膜の形成工程では、温度を１０８０℃以上，１１００℃以下、圧力を常圧として、シラン化合物を含む水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流してエピタキシャル膜を成長させることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法が提供される。

エピタキシャル膜を形成する際に、シラン化合物と水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流し、かつシリコン単結晶基板を１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲になるように加熱することにより、形成されたエピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域のエピタキシャル層内の抵抗率特性が大幅に改善される。即ち、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域において、エピタキシャル膜のエピタキシャルプロファイルは、従来のエピタキシャル成長で一般的であった１１５０℃程度でエピタキシャル膜を形成すると、ウェーハ側面に向かって抵抗率が徐々に緩やかに低下していく特性となる。これは、エピタキシャル膜の形成において、従来一般的に行われてきた１１５０℃程度にウェーハを加熱すると、Ａｓをドープしたウェーハの場合、エピタキシャル膜の周縁からＡｓが拡散し、成長したエピタキシャル膜の周縁領域に取り込まれるため、周縁領域の抵抗率が下がってしまう現象による。

このように、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域のエピタキシャルプロファイルにおいて、ウェーハ側面に向かって抵抗率が徐々に低下する特性であると、周縁領域のエピタキシャル層内の抵抗率の均一性が保たれないため、周縁領域までデバイスを形成することができなくなる。しかし、本発明のように、シラン化合物と水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流し、かつ１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲になるように加熱してエピタキシャル膜を形成することにより、Ａｓの再吸着が防止され、エピタキシャルシリコンウェーハのほぼ側面まで抵抗率がほとんど低下せず、周縁領域のエピタキシャル層内の抵抗率の均一性は大幅に向上する。

これにより、エピタキシャルシリコンウェーハのほぼ側面までデバイスを形成することが可能になり、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハに形成できるデバイスの数を増やし、効率的にエピタキシャルシリコンウェーハを利用することが可能になる。

前記エピタキシャル膜の形成工程では、前記シリコン単結晶基板の直径方向の中心部分を流れる前記供給ガスと、周縁部分を流れる前記供給ガスとで、その流量を異ならせてもよい。前記供給ガスの流量は、前記シリコン単結晶基板の直径方向の周縁部分よりも中心部分のほうが多くなるようにすればよい。エピタキシャル膜内の抵抗率の均一性も向上させかつ、エピタキシャル膜の平坦度をＴＴＶで３μｍ以内、または、ＳＦＱＲで０．３μｍ以内とするためには、中心部分と周縁部分との供給ガスの流量割合を１：０．７０〜１：０．９０程度に設定すればよい。具体的には、ガスの流れる領域を５領域に分割し、ウェーハ中心を流れるガス量を１とした場合、その直ぐ外側の領域は０．８９〜０．９程度、そのさらに外側の外縁部では０．７５とすることができる。ガスの流れる領域はそれぞれ均等な幅とすることや、中心を２としてその外側を１ｓらに外縁側を１とすることなどができる。

エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域のエピタキシャル膜内の抵抗率の均一性を高めるために、エピタキシャル膜の形成時に、ウェーハを従来よりも低い温度である１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲に設定すると、成長したエピタキシャル膜の中心領域の膜厚が周縁領域よりも薄くなり、エピタキシャル膜の膜厚の面内均一性が低下ことがある。しかし、供給ガスの流量を制御して、エピタキシャル膜の膜厚分布のばらつきを補償することにより、エピタキシャルの膜厚を中心からウェーハ側面（エッジ）までほぼ均一に保ち、膜厚の面内均一性を良好に保つことが好ましい。

こうした供給ガスの流量調節は、本発明のように、温度を１０８０℃以上、１１００℃以下の範囲にしてエピタキシャル膜を形成する際には、例えば、エピタキシャルシリコンウェーハの中心領域を流れる供給ガスの流量を、周縁領域を流れる供給ガスの流量よりも多くなるように設定し、全体として流量が毎分５０リットル以上になるようにすれば、エピタキシャルの膜厚を中心からウェーハ側面（エッジ）までほぼ均一に保つことができる。

また、本発明によれば、前記エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によって製造されたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハが提供される。こうしたエピタキシャルシリコンウェーハは、周縁領域においてもほぼ側面までエピタキシャルプロファイルにおいて抵抗率がほとんど低下せず、エピタキシャル層内の抵抗率の均一性は大幅に向上する。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハのほぼ側面近くまでデバイスを形成することが可能になり、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハに形成できるデバイスの数を増やし、効率的にデバイスが形成可能なエピタキシャルシリコンウェーハが実現できる。

本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、Ａｓを含むシリコン単結晶基板にエピタキシャル膜を形成したエピタキシャルシリコンウェーハにおいて、周縁領域のエピタキシャル層内の抵抗率の均一性を大幅に向上させることができる。これによって、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域までデバイスの形成が可能となり、効率的にデバイスを形成できるエピタキシャルシリコンウェーハを提供することが可能になる。

以下、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法について、図面を参照して説明する。まず、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に使用されるエピタキシャル成長装置の一例について説明する。図１は、エピタキシャル成長装置の一例を示す模式側断面図である。また、図２は、図１におけるｘ矢視した本実施形態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式平断面図、図３は、図２におけるガス供給口をｙ方向からみた斜視図、図４は、ガス供給口が均一高さとされた場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図、図５は、ガス供給口が高さ設定された場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図である。

本実施形態におけるエピタキシャル成長装置１は、図１、図２に記載するように、上ドーム部７と下ドーム部９とこれらの間に設けられた中リング部８とからチャンバが構成され、該チャンバ内には、シリコン単結晶基板（以下、ウェーハと称する）１２を保持するサセプタ１１が、チャンバ内をガス流路（チャンバ内上部）２とチャンバ内下部３にウェーハ１２で分けるように設けられる。

サセプタ１１はサセプタ支持部１６により回転可能に支持され、サセプタ支持部１６は、チャンバ外部の図示しない回転駆動機構により回転可能とされている。チャンバ外側の上ドーム部７の上側位置および下ドーム部９の下側には赤外線ランプ１５，１５がウェーハ１２加熱用に複数設けられている。サセプタ１１の外側には余熱リング１０が設けられ、余熱リング１０の上面はサセプタ１１上のウェーハ１２の表面と略同一面となるようになっている。なお、上ドーム部７が、さらに上下２つに分解される構造も可能である。

中リング部８は、厚みを有する略円筒形状の石英部材とされ、その上面８１は平面状とされる。この中リング部８には、ガス流路２の上流側および下流側となる位置で上面８１外周側に、底面８２，８３が略水平面とされ、かつ外周と同心の垂直曲面８４，８５を有する切欠８６，８７が設けられている。この切欠８６，８７は、中リング部８の径方向に均一な寸法を有し、中リング部８の周方向には、ガス流路２の幅方向にウェーハ１２の径寸法と同程度かやや大きい程度に設定されており、これにより、後述するようにガス流供給口のガス流路２幅方向に、ウェーハ１２全面にガスを供給可能とされている。

中リング部８の内周上側には、余熱リング１０により中リング部８とサセプタ１１との間でチャンバ内上部２とチャンバ内下部３とを分離しつつ、余熱リング１０中リング部８の上面８１と余熱リング１０上面とが略同一平面となるように余熱リング１０を載置する凸部８８が周設されている。

上ドーム部７は、上方が一体となった蓋部で閉じられた中リング部８と同径で同幅の円筒形状石英部材とされ、下端面７１は中リング８上面８１と密着される平面状とされる。この上ドーム部７には、中リング部８の切欠８６，８７に対応する円周位置に、底面８２，８３および垂直曲面８４，８５にそれぞれ対向する天井面７２，７３および垂直曲面７４，７５を有する切欠７６，７７が円周内側に設けられている。切欠７６，７７の外周位置では、下端面７１ａが下端面７１よりも下側に突出されている。

これらの切欠７６，８６が組み合わされることにより、図１〜３に示すように、底面８２、垂直曲面８４、垂直曲面７４、天井面７２、および、上面８１の一部で囲まれたガス供給口が形成される。このガス供給口は、中リング部８の外周位置と内周位置とで、ガスを流入および放出する高さ位置が異なり、下側から流入されたガスが、ガス衝突壁面（垂直曲面）８４に衝突して拡散し、流量調節面（天井面）７２により流量を調節されるようになっている。

同様に切欠７７，８７が組み合わされることにより、底面８３、垂直曲面８５、垂直曲面７５、天井面７３、および、上面８１の一部で囲まれたガス排出口が形成され、中リング部８の外周位置と内周位置とで、ガスを流入および放出する高さ位置が異なるようになっている。

ガス供給口には、図１，図２に示すように、ガス流路２の幅方向に２つに分割された導入側整流部材６が接続され、この導入側整流部材６には穴付きバッフル５、ガス導入部材４を介して、イン側流量調節器１７の設けられたイン側導入配管１９、アウト側流量調節器１８の設けられたアウト側導入配管２０が接続されている。イン側導入配管１９，アウト側導入配管２０は、図示しないガス供給手段に接続されたガス導入管２１から分岐している。ガス排出口には、排気側整流部材１３が接続され、この排気側整流部材１３には、ガス排気部材１４を介して図示しないガス排気手段が接続されている。なお、図２においては、ガス導入部材４、ガス排気部材１４の記載は省略している。

また、ガス供給口の下側のガス流入位置となる底面８２には、図２〜図５に示すように、垂直方向かつガス流速方向に延在するガス供給口仕切り板８ａ，８ｂが設けられる。このガス供給口仕切り板８ａ，８ｂの上端は中リング部８の上面８１と面一となるように設けられており、ガス排出口のチャンバに開口した部分の形状としては、複数に分割されることなく１つとなっている。さらに、導入側整流部材６にも、これらガス供給口仕切り板８ａ，８ｂに連続して整流部材仕切り板６ａ，６ｂが設けられて、ウェーハ１２の中心側（イン側）および、ウェーハ１２の外周側（アウト側）に供給するガスを別々に送り込むように分離されている。

前記ガス供給口の断面形状のうち、チャンバに開口する位置における断面形状は、その高さ寸法が以下のように設定されている。
具体的には、ウェーハ１２法線方向（上下方向）となる高さ方向寸法が、図４に示すように、高さ均一なガス供給口としてウェーハに成膜されたエピタキシャル膜の膜厚分布を補償して、成膜するエピタキシャル膜の膜厚が均一化するようにガス流量を制御可能として、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応して設定されている。本実施形態では、図５に示すように、ガス供給口の流量調節面（天井面）７２が、エピタキシャル膜の膜厚分布を補償するようにガス流量を制御可能な形状になっている。

以上のような構成のエピタキシャル成長装置１を用いて、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法について説明する。まず、エピタキシャル膜３２を形成する工程よりも前工程において、水素気流下でウェーハ１２を加熱し、Ａｓのオートドープを低減する水素ベークを行うことが好ましい。こうした水素ベーク工程は、例えば、１１８０℃で水素ガスを毎分７０〜９０リットル程度流し、３０〜６０秒程度行えばよく、さらに好ましくは、水素ガスを８０ｌ／ｍｉｎ程度流し、４０ｓｅｃ程度行うことができる。

そして、エピタキシャル膜を形成する際には、まず、Ａｓを含むシリコン単結晶基板（ウェーハ）１２をサセプタ１１上に載置する。サセプタ１１は、サセプタ支持具１６により一定の回転数で回転される。

次いで、ガス導入管２１より原料ガスとなるシラン化合物ガス（ＳｉＨ_４、ＳｉＣｌ_２Ｈ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４）と水素ガスからなる供給ガスが導入され、イン側導入配管１９，アウト側導入配管２０に分岐後、イン側流量調節器１７，アウト側流量調節器１８にてガス流量が調整される。
シラン化合物ガスはＳｉＨＣｌ₃をもちいるのが、生産性を考慮すると好ましい。

シラン化合物と水素ガスからなる供給ガスは、分岐前の流量、すなわちチャンバ内に供給される総流量が毎分５０リットル以上に設定される。また、チャンバ内の圧力は常圧であればよい。その後、供給ガスは、ガス導入部材４、穴付きバッフル５、導入側整流部材６を通り、中リング部８のガス衝突壁面８４で拡散し、さらにチャンバ上部天井面７２でガス流路２内へと向きを変えられウェーハ１２上を流れる。

この状態で、赤外線ランプ１５を点灯させることによりウェーハ１２、サセプタ１１、リング１０を加熱し、ウェーハ１２のガス流路（チャンバ内上部）２を供給ガスが通過する際、ウェーハ１２上でエピタキシャル成長が起こり、エピタキシャル膜が形成される。ウェーハ１２は、赤外線ランプ１５によって、温度が１０８０℃以上、１１００℃以下の範囲になるように加熱される。

このように、ウェーハ１２上にエピタキシャル膜を形成する際に、シラン化合物と水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流し、かつウェーハ１２を１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲になるように加熱することにより、エピタキシャル膜の上部空間におけるＡｓの濃度が減少し、これによりＡｓの再吸着が防止され、その結果、図６に示すように、形成されたエピタキシャルシリコンウェーハ３１の周縁領域Ｅのエピタキシャル層内の抵抗率特性が大幅に改善される。

即ち、エピタキシャルシリコンウェーハ３１の周縁領域Ｅ、例えばウェーハ側面（エッジ）から、中心に向かって約３〜５ｍｍの幅の領域において、エピタキシャル膜３２の抵抗率は、従来のエピタキシャル成長で一般的であった１１５０℃程度でエピタキシャル膜を形成すると、図７のグラフの破線に示すように、エピタキシャルプロファイルにおいて、ウェーハ側面に向かって抵抗率が徐々に緩やかに低下していく特性となる。これは、エピタキシャル膜の形成において、従来一般的に行われてきた１１５０℃程度にウェーハを加熱すると、Ａｓをドープしたウェーハの場合、エピタキシャル膜の周縁からＡｓが拡散し、成長したエピタキシャル膜の周縁領域に取り込まれるため、エピタキシャル層内の周縁領域の抵抗率が下がってしまう現象による。

このように、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域Ｅのエピタキシャル層内の抵抗特性、ウェーハ側面に向かってエピタキシャルプロファイルにおける抵抗率が徐々に低下する特性であると、周縁領域Ｅの抵抗率の均一性が保たれないため、この周縁領域Ｅまでデバイスを形成することができなくなる。特に、直径の大きいエピタキシャルシリコンウェーハの場合、周縁領域の表面積は相当に大きく、この周縁領域にデバイスが形成できないと、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハに形成できるデバイスの数は大幅に少なくなる。

しかし、上述した本発明のように、シラン化合物と水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流し、かつウェーハ１２を１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲になるように加熱してウェーハ１２上にエピタキシャル膜３２を形成することにより、図７のグラフの実線に示すように、エピタキシャルシリコンウェーハのほぼ側面までエピタキシャルプロファイルにおける抵抗率がほとんど低下せず、周縁領域Ｅのエピタキシャル層内の抵抗率の均一性は大幅に向上する。

これにより、エピタキシャルシリコンウェーハ３１のほぼ側面近くまでデバイスを形成することが可能になり、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハ３１に形成できるデバイスの数を増やし、効率的にエピタキシャルシリコンウェーハ３１を利用することが可能になる。

一方、上述したように、エピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域Ｅの抵抗率の均一性を高めるために、エピタキシャル膜の形成時に、ウェーハを従来よりも低い温度である１０８０℃以上、１１００℃以下の温度範囲に設定すると、成長したエピタキシャル膜の中心領域の膜厚が周縁領域よりも薄くなり、エピタキシャル膜の膜厚の面内均一性が低下する。

このため、本発明では、図５に示すように、エピタキシャル成長装置１のガス供給口の流量調節面（天井面）７２形状により供給ガスの流量を制御して、エピタキシャル膜の膜厚分布のばらつきを補償することにより、エピタキシャル３２の膜厚を中心からウェーハ側面（エッジ）までほぼ均一に保ち、膜厚の面内均一性を良好に保つことが好ましい。こうした供給ガスの流量調節は、本発明のようにウェーハ１２の温度を１０８０℃以上、１１００℃以下の範囲にしてエピタキシャル膜３２を形成する際には、例えば、ウェーハ１２の中心領域を流れる供給ガスの流量を、周縁領域を流れる供給ガスの流量よりも多くなるように設定し、全体として流量が毎分５０リットル以上になるようにすれば良い。

以下に、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に使用されるエピタキシャル成長装置の他の例について説明する。
図１２は、エピタキシャル成長装置の一例を示す模式正断面図である。また、図１３は、本実施形態におけるエピタキシャル成長装置を示す模式平面図、図１４は、図１２，１３におけるガス供給口付近を示す模式側断面図であり、図において符号１‘はエピタキシャル成長装置である。

本実施形態におけるエピタキシャル成長装置１‘は、図１２〜図１４に記載するように、平面状の石英部材とされる上部１０７と下部１０９、石英部材とされる側壁１０８，１０８、および、上流側壁１８４と下流側壁１８５とから略矩形のチャンバ１０１が構成され、該チャンバ１０１内には、シリコン単結晶基板（以下、ウェーハと称する）１１２を保持するサセプタ１１１が、該サセプタ１１１上側と上部１０７との間にチャンバ１０１を形成するように設けられる。

サセプタ１１１はサセプタ支持部１１６により回転可能に支持され、サセプタ支持部１１６は、チャンバ１０１外部の回転駆動機構１１６Aにより回転可能とされている。チャンバ１０１外側の上部１０７の上側位置および下部１０９の下側には図示しない赤外線ランプがウェーハ１１２加熱用に複数設けられている。サセプタ１１１の外側には余熱リング１１０が設けられ、余熱リング１１０の上面はサセプタ１１１上のウェーハ１１２の表面と略同一面となるようになっている。

上流側壁１８４は、厚みを有する矩形形状とされ、その内部にガス流れ方向にチャンバ１０１の断面積とほぼ同寸法の断面積とされるとともにチャンバ１０１に連通して貫通するガス流路１８６が設けられる。ガス流路１８６の寸法は幅方向にウェーハ１１２の径寸法と同程度かやや大きい程度に設定されており、これにより、ウェーハ１１２全面にガスを供給可能とされている。この上流隔壁１８４には、ガス流路１８６に垂直に連通するようにガス整流管１７２，１７２がガス流れ方向に直交する位置に複数設けられている。ガス整流管１７２，１７２には、それぞれガス流量制御手段１０６、１０６が接続され、ガス流路１８６の一端は、チャンバ１０１に連通し、反対の他端側は閉塞されており、ガス流路１８６の上側からその内部にガスを供給するようにガス整流管１７２，１７２の噴出方向が設定されている。

これらガス流量制御手段１０６には、図１３の左右方向に貫通するようにガス供給管１７４が接続されており、このガス供給管１７４は、上流側壁１８４内部に管状に設けられて、ガス導入管２１を介して図示しないガス供給手段に接続されている。

ガス流量制御手段１０６は、図示しない制御装置に接続され、前述した流量調節面（天井面）７２による制御と同様に成膜するエピタキシャル膜の膜厚が均一化するように、ガス流路１８６に流入するガス流量をそれぞれ調節可能な弁になっている。ガス流路１８６に流入するガスは、流量をガス流量制御手段１０６によって制御されてガス整流管１７２から噴出し、ガス衝突壁面（垂直曲面）１８６Aに衝突して拡散し、その後、チャンバ１０１に流入する。

下流側壁１８５は、厚みを有する矩形形状とされ、その内部にガス流れ方向にチャンバ１０１の断面積とほぼ同寸法の断面積とされるとともにチャンバ１０１に連通して貫通するガス流路１８７が設けられる。ガス流路１８７の寸法は幅方向にウェーハ１１２の径寸法と同程度かやや大きい程度に設定され、ガス流路１８７は、ガス排気管１１４を介して図示しないガス排気手段が接続されている。

本発明においては、以上のような構成のエピタキシャル成長装置１‘を用いて、ウェーハに成膜されたエピタキシャル膜の膜厚分布を補償して成膜するエピタキシャル膜の膜厚が均一化するように、前記エピタキシャル膜の膜厚分布に対応してガス流量を制御するよう設定し、上述したエピタキシャル成長装置１を用いた場合と同様にしてエピタキシャルシリコンウェーハの製造をおこなう。これにより、エピタキシャルの膜厚を中心からウェーハ側面（エッジ）までほぼ均一に保ち、膜厚の面内均一性を良好に保つことができる。こうした供給ガスの流量調節は、本発明のようにウェーハ１２の温度を１０８０℃以上、１１００℃以下の範囲にしてエピタキシャル膜を形成する際には、例えば、ウェーハ１１２の中心領域を流れる供給ガスの流量を、周縁領域を流れる供給ガスの流量よりも多くなるように設定し、全体として流量が毎分５０リットル以上になるようにすれば良い。

本出願人は、本発明の効果について検証した。まず、エピタキシャル膜の形成時におけるシラン化合物ガスと水素ガスからなる供給ガスの流量と、形成されたエピタキシャル膜の周縁領域の抵抗率との関係を検証した。検証にあたっては、Ａｓをドープしたシリコン単結晶基板（基板比抵抗が３ｍΩｃｍ〜５ｍΩｃｍで６インチ＜１００＞）を用意して、供給ガスの流量を毎分４０Ｌ（従来例），５０Ｌ（本発明例），７０Ｌ（本発明例）にそれぞれ設定して、エピタキシャル膜を形成し、ウェーハ側面から２．５ｍｍ付近の周縁領域でのエピタキシャルプロファイルの抵抗率の変化をＳＲ測定機（広がり抵抗測定器）にて測定した。温度は１１００℃に固定した。シリコン成長用ガスとしてシラン化合物はＳｉＨＣｌ3をもちい常圧で成長した。こうした検証結果を図８に示す。
図８において、縦軸は抵抗値を対数で表したもの、横軸はエピタキシャル層内の深さ、つまり表面より基板方向に向かう深さ方向の距離を表すものである。

図８に示す検証結果によれば、供給ガスの流量が従来の４０Ｌではエピタキシャルプロファイルの抵抗率が緩やかに低下して、抵抗率の均一性に課題があることを示している。一方、本発明のように、供給ガスの流量を５０Ｌ以上にすることによって、エピタキシャルプロファイルの抵抗率の変化がほぼ解消され、これによりオートドープが減少してエピタキシャル層内の抵抗率の均一性が大幅に向上していることが確認された。

次に、エピタキシャル膜の形成時における温度と、形成されたエピタキシャル膜の周縁領域の抵抗率との関係を検証した。検証にあたっては、Ａｓをドープしたシリコン単結晶基板（基板比抵抗が３ｍΩｃｍ〜５ｍΩｃｍで６インチ＜１００＞）を用意して、エピタキシャル膜の形成時における温度を１１５０℃（従来例），１１３５℃（従来例），１１００℃（本発明例）にそれぞれ設定して、エピタキシャル膜を形成し、ウェーハ側面から２．５ｍｍ付近の周縁領域でのエピタキシャルプロファイルの抵抗率の変化をＳＲ測定機にて測定した。供給ガスの流量は全てのサンプルで毎分５０Ｌに固定した。シリコン成長用ガスとしてシラン化合物はＳｉＨＣｌ3をもちい常圧で成長した。こうした検証結果を図９に示す。
図９において、縦軸は抵抗値を対数で表したもの、横軸はエピタキシャル層内の深さ、つまり表面より基板方向に向かう深さ方向の距離を表すものである。

図９に示す検証結果によれば、エピタキシャル膜の形成時における温度が、従来のように１１５０℃，１１３５℃では、ウェーハの周縁領域のエピタキシャルプロファイルの抵抗率が緩やかに低下して、エピタキシャル層内の抵抗率の均一性に課題があることを示している。一方、本発明のように、エピタキシャル膜の形成時における温度を１１００℃以下にすることによって、エピタキシャルプロファイルの抵抗率の変化がほぼ解消され、これによりオートドープが減少してエピタキシャル層内の抵抗率の均一性が大幅に向上していることが確認された。

次に、エピタキシャル膜の形成時における温度を１１８０℃（高温、従来例）と、１０８０℃（低温、本発明例）として、形成されたエピタキシャル膜の外周からそれぞれ３ｍｍ、１０ｍｍ、ウェーハ中心において、エピタキシャルプロファイルの抵抗率を測定することで、ドープされたＡｓの外方拡散量と温度との関係を検証した。こうした検証結果を図１０に示す。
図１０において、縦軸は抵抗値を対数で表したもの、横軸はエピタキシャル層内の深さ、つまり表面より厚み方向に向かう深さを表す軸である。

図１０に示す検証結果によれば、エピタキシャル膜の形成時における温度が、従来のように１１８０℃といった高温では、特に外周から３ｍｍといった周縁領域において、大きくエピタキシャルプロファイルの抵抗率の変化したのみならず、エピタキシャル層の表面近傍の抵抗率も変化し、Ａｓがエピタキシャル膜に多く取り込まれており、オートドープが解消されていないことが示された。一方、本発明のようにエピタキシャル膜の形成時における温度を１０８０℃といった低温にすることにより、外周から３ｍｍといった周縁領域においても、Ａｓがエピタキシャル膜に取り込まれる量が抑制され、エピタキシャル層内の抵抗率の変化を抑制し、オートドープが解消されることが示された。

さらに、本発明と従来のそれぞれの条件により形成したエピタキシャル膜の表面近傍の抵抗率を全面に渡って測定した。本発明例では、温度を１０８０℃、供給ガスの流量を毎分５０Ｌとしてエピタキシャル膜を形成した。従来例では、温度を１１８０℃、供給ガスの流量を毎分４０Ｌとしてエピタキシャル膜を形成した。そして、ウェーハの直径方向に一定間隔ごとに容量−電圧測定法（ＣＶ法）によりエピタキシャル膜の表面近傍の抵抗率を測定した。こうした検証結果を図１１としてX方向の結果を、図１５としてｙ方向の結果を示す。
図１１、図１５において、縦軸はウェーハ表面中心位置での抵抗値に対する各点での抵抗率の比の値で表したもの、横軸は測定距離つまりウェーハ中心から周縁までの距離を表すものである。

図１０に示す検証結果によれば、本発明の条件でエピタキシャル膜を形成したウェーハでは、表面の抵抗率は、ほぼ均一に保たれ、ウェーハの中心からエッジまでデバイスを形成可能であることを示している。一方、従来の条件でエピタキシャル膜を形成したウェーハでは、表面の抵抗率にばらつきがあり、特に周縁領域では抵抗率が大幅に落ち込んでいる。このような抵抗率の分布では、ウェーハの周縁領域に中心付近と同じ品質でデバイスを形成することは困難である。本発明の製造方法によってのエピタキシャルシリコンウェーハを形成することによって、エピタキシャルシリコンウェーハの中心からほぼ側面近くまで均一な品質のデバイスを形成することが可能になり、効率的にデバイスが形成可能なエピタキシャルシリコンウェーハが実現できることが確認された。

エピタキシャル成長装置の一実施形態を示す模式側面図である。エピタキシャル成長装置の一実施形態を図１においてｘ矢視した模式平面図である。図２におけるガス供給口をｙ方向からみた斜視図である。ガス供給口が均一高さとされた場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図である。ガス供給口が高さ設定された場合の図２におけるガス供給口をｙ方向からみた正面図である。本発明のエピタキシャルシリコンウェーハを示す破断斜視図である。本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの周縁領域でのエピタキシャルプロファイルの抵抗率の例を示すグラフである。本発明の実施例における検証結果を示すグラフである。本発明の実施例における検証結果を示すグラフである。本発明の実施例における検証結果を示すグラフである。本発明の実施例における検証結果を示すグラフである。エピタキシャル成長装置の他の実施形態を示す模式正断面図である。エピタキシャル成長装置の他の実施形態を示す模式平面図である。エピタキシャル成長装置の他の実施形態を示す模式側断面図である。本発明の実施例における検証結果を示すグラフである。

符号の説明

１エピタキシャル成長装置
１１シリコン単結晶基板（ウェーハ）
３１エピタキシャルシリコンウェーハ
３２エピタキシャル膜

Claims

Ａｓを含むシリコン単結晶基板にエピタキシャル膜を形成するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャル膜の形成工程では、温度を１０５０℃以上，１１００℃以下、圧力を常圧として、シラン化合物を含む水素ガスからなる供給ガスを毎分５０リットル以上流してエピタキシャル膜を成長させることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記エピタキシャル膜の形成工程では、前記シリコン単結晶基板の直径方向の中心部分を流れる前記供給ガスと、周縁部分を流れる前記供給ガスとで、その流量を異ならせたことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記供給ガスの流量は、前記シリコン単結晶基板の直径方向の周縁部分よりも中心部分のほうが多くなるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によって製造されたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。