JP2016100483A - Epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method.
気相成長法によりエピタキシャル層を成長させるシリコン単結晶基板の表面に原料ガスを導入してエピタキシャル層を成長させたシリコンエピタキシャルウェーハが知られる。このようなエピタキシャルウェーハの製造条件として、例えば、特許文献1〜4には種々の製造条件が開示される。通常のエピタキシャルウェーハでは、原料ガスの濃度を1×10−4〜1×10−2mоl/lにし、気相成長中の反応温度を950〜1150度にして2μm以上のエピタキシャル層を形成するのが一般的である。
A silicon epitaxial wafer is known in which an epitaxial layer is grown by introducing a source gas into the surface of a silicon single crystal substrate on which an epitaxial layer is grown by vapor phase growth. As manufacturing conditions for such an epitaxial wafer, for example,
原料ガスが上記範囲より低濃度になるとエピタキシャル層の成長速度が遅く生産性が低下し、上記範囲より高濃度になるとエピタキシャル層中の欠陥が増加する。また、気相成長中の反応温度が上記範囲より低温になるとエピタキシャル層中の欠陥が増加し、上記範囲より高温になるとスリップの発生や原料ガスの気相反応の影響が強まり、製造条件として相応しくない。よって、上記のような原料ガスの濃度、反応温度でエピタキシャル成長がなされる。 When the concentration of the source gas is lower than the above range, the growth rate of the epitaxial layer is slow and the productivity is lowered, and when the concentration is higher than the above range, defects in the epitaxial layer increase. In addition, when the reaction temperature during vapor phase growth is lower than the above range, defects in the epitaxial layer increase. Absent. Therefore, epitaxial growth is performed at the source gas concentration and reaction temperature as described above.
近年、直径300mm以上のシリコンウェーハを用いて作製されたエピタキシャルウェーハが微細化された電子デバイスに広く使用されることにともない、エピタキシャルウェーハの平坦度の改善が求められている。 In recent years, with the wide use of epitaxial wafers manufactured using silicon wafers having a diameter of 300 mm or more in miniaturized electronic devices, improvement in the flatness of the epitaxial wafers has been demanded.
このエピタキシャルウェーハの平坦度を悪化させる要因として、ウェーハの表面上における結晶方位の違いより生じる成長速度差が注目される。例えば、主表面が(100)のシリコンウェーハにエピタキシャル層(シリコン層)を成長させる場合を考える。このシリコンウェーハの主表面を上から見て、そのウェーハの中心から外周に向かう<100>方向(結晶方位の基準)におけるウェーハの周縁部ではエピタキシャル層の成長速度が遅くなる。その一方で、その結晶方位の基準(<100>方向)から、そのウェーハの中心を軸に45度ずれた<110>方向におけるウェーハの周縁部ではエピタキシャル層の成長速度が大きくなる。よって、エピタキシャルウェーハの周縁部では、<100>方向と<110>方向の間でエピタキシャル層の膜厚の高低差が増大し、エピタキシャルウェーハの平坦度を悪化させる。これと同様の現象は、主表面が(110)のシリコンウェーハでも生じる。 As a factor that deteriorates the flatness of the epitaxial wafer, attention is paid to a growth rate difference caused by a difference in crystal orientation on the surface of the wafer. For example, consider a case where an epitaxial layer (silicon layer) is grown on a silicon wafer having a main surface of (100). When the main surface of the silicon wafer is viewed from above, the growth rate of the epitaxial layer becomes slow at the peripheral edge of the wafer in the <100> direction (crystal orientation reference) from the center of the wafer toward the outer periphery. On the other hand, the growth rate of the epitaxial layer increases at the peripheral portion of the wafer in the <110> direction, which is deviated by 45 degrees about the center of the wafer from the crystal orientation reference (<100> direction). Therefore, in the peripheral portion of the epitaxial wafer, the difference in thickness of the epitaxial layer between the <100> direction and the <110> direction increases, and the flatness of the epitaxial wafer is deteriorated. A similar phenomenon occurs in a silicon wafer having a main surface of (110).
この結晶方位の違いにより生じるエピタキシャル層の成長速度差は、例えば直径300mm以上のエピタキシャルウェーハでは、次のような領域で特に顕著に現れる。エピタキシャルウェーハの外周端からそのウェーハの中心に向けて内側に2mm入った幅2mmの環状領域(ウェーハの周縁部)で成長速度差が顕著となり、ウェーハの平坦度(サイトフラットネス)に影響を及ぼす。また、気相成長中の反応温度や原料ガス濃度として、従来一般的とされた上述の気相成長中の温度範囲や原料ガスの濃度範囲でもエピタキシャル層の成長速度差が生じ、エピタキシャルウェーハの平坦度に影響を及ぼしている。 The difference in the growth rate of the epitaxial layer caused by this difference in crystal orientation appears particularly prominently in the following regions, for example, in an epitaxial wafer having a diameter of 300 mm or more. A difference in growth rate becomes noticeable in an annular region (peripheral edge of the wafer) having a width of 2 mm that is 2 mm inward from the outer peripheral edge of the epitaxial wafer toward the center of the wafer, and affects the flatness of the wafer (site flatness). . In addition, as the reaction temperature and source gas concentration during vapor phase growth, a difference in the growth rate of the epitaxial layer occurs even in the above-described conventional temperature range during vapor phase growth and concentration range of the source gas, and the epitaxial wafer is flattened. Influences the degree.
本発明の課題は、結晶方位の違いにより生じるエピタキシャル層の成長速度差を低減するとともに、平坦度が良好なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。 The subject of this invention is providing the manufacturing method of an epitaxial wafer with favorable flatness while reducing the growth rate difference of the epitaxial layer produced by the difference in crystal orientation.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
主表面が(100)又は(110)のシリコンウェーハに原料ガスを導入してシリコン層をエピタキシャル成長するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
温度を950〜1150度、原料ガスのガス濃度を1.0×10−4〜1.0×10−2mоl/lの範囲にするとともに、圧力を200tоrr以下にしてエピタキシャル成長をすることを特徴とする。
The method for producing an epitaxial wafer of the present invention includes:
In a method for producing an epitaxial wafer, wherein a raw material gas is introduced into a silicon wafer having a main surface of (100) or (110) to epitaxially grow a silicon layer,
The temperature is set to 950 to 1150 degrees, the gas concentration of the raw material gas is set in the range of 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −2 mol / l, and the pressure is set to 200 torr or less for epitaxial growth. To do.
本発明者は、エピタキシャル成長時におけるウェーハ(成長用基板)の周縁部で発生するエピタキシャル層の成長速度差を低減させるため、様々な条件でエピタキシャルウェーハを作製して成長速度差を調査した。この成長速度差を調査するにあたり、主表面が(100)のシリコンウェーハを上から見て、その外周から中心に向けて2mm内側に入った環状地点におけるエピタキシャル層(シリコン層)の膜厚の最大値をT1とした。また、T1の地点をウェーハの中心回りに±45度回転した移動地点の膜厚平均値をT2とし、移動地点をウェーハの中心に向けて3mm移動した地点の膜厚平均値をT3とした。そして、(T1−T2)/T3によりエピタキシャル層の成長速度差を定義した。その結果、成長速度差が0.5%より大きくなると、エピタキシャルウェーハに求められる近年の平坦度の要求に悪影響を及ぼすことが分かった。 The present inventor manufactured epitaxial wafers under various conditions and investigated the growth rate difference in order to reduce the growth rate difference of the epitaxial layer generated at the peripheral portion of the wafer (growth substrate) during epitaxial growth. When investigating this growth rate difference, the maximum thickness of the epitaxial layer (silicon layer) at the annular point entering the inside of 2 mm from the outer periphery to the center when the silicon wafer with the main surface of (100) is viewed from the top. The value was T1. In addition, the film thickness average value at a moving point obtained by rotating the point T1 around ± 45 degrees around the center of the wafer was T2, and the film thickness average value at a point moved 3 mm toward the center of the wafer was T3. And the growth rate difference of the epitaxial layer was defined by (T1-T2) / T3. As a result, it has been found that when the growth rate difference is larger than 0.5%, it has an adverse effect on the recent demand for flatness required for epitaxial wafers.
この成長速度差を0.5%以下に低減させるためには、一般的とされる原料ガスの濃度(1×10−4〜1×10−2mоl/l)、エピタキシャル成長中の反応温度(950〜1150度)を次のように調整すればよい。具体的には、上記範囲内でガス濃度を低濃度にするとともに、反応温度を高くすることで成長速度差を0.5%以下に低減させることは可能である。しかし、単に反応温度と原料ガスのガス濃度のみを調整すると、ウェーハの周縁部の膜厚が全体的に厚くなる傾向があり、エピタキシャルウェーハにおける近年の平坦度の要求を満足するものではない。 In order to reduce this growth rate difference to 0.5% or less, the concentration of a source gas that is generally used (1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 mol / l), the reaction temperature during epitaxial growth (950) (˜1150 degrees) may be adjusted as follows. Specifically, it is possible to reduce the growth rate difference to 0.5% or less by lowering the gas concentration within the above range and increasing the reaction temperature. However, if only the reaction temperature and the gas concentration of the source gas are adjusted, the film thickness at the peripheral edge of the wafer tends to increase overall, and this does not satisfy the recent demand for flatness of the epitaxial wafer.
よって、本発明者は、成長用基板の周縁部に形成されたエピタキシャル層の膜厚変動を成長速度差とともに定義し、近年における平坦度の要求を満たすエピタキシャルウェーハを調査した。このような調査にあたり、シリコンウェーハの(100)主表面を上から見て、エピタキシャル層の外周からその中心に向けて2mm内側に入った第1環状地点のエピタキシャル層の膜厚平均値をT4とした。同様に、エピタキシャル層の外周からその中心に向けて5mm内側に入った第2環状地点の膜厚平均値をT5とした。そして、(T4−T5)/T5によりエピタキシャル層の周縁部の膜厚変動を定義した。その結果、常圧でエピタキシャル成長を行うと、成長速度差の低減と膜厚変動の低減を両立するのは困難であるとの事実に本発明者は直面した。 Therefore, the present inventor has defined the film thickness variation of the epitaxial layer formed on the peripheral portion of the growth substrate together with the growth rate difference, and investigated an epitaxial wafer that satisfies the demand for flatness in recent years. In such investigation, when the (100) main surface of the silicon wafer is viewed from above, the average thickness of the epitaxial layer at the first annular point that is 2 mm inside from the outer periphery to the center of the epitaxial layer is T4. did. Similarly, the film thickness average value at the second annular point that entered 5 mm toward the center from the outer periphery of the epitaxial layer was defined as T5. And the film thickness fluctuation | variation of the peripheral part of an epitaxial layer was defined by (T4-T5) / T5. As a result, the present inventors faced the fact that it is difficult to achieve both reduction in the growth rate difference and reduction in film thickness variation when epitaxial growth is performed at normal pressure.
この事実に直面した本発明者は、エピタキシャル成長における成長条件について試行錯誤する中で、エピタキシャル成長における圧力(反応炉内の圧力)が成長速度差と膜厚変動に大きく影響を与えるとの知見を得た。そして、更に鋭意検討を重ねた結果、反応炉内を低圧にすることで成長速度差と膜厚変動の低減を両立できるとの結論に到達した。 In the face of this fact, the present inventor obtained the knowledge that the pressure in the epitaxial growth (pressure in the reactor) greatly affects the growth rate difference and the film thickness variation in trial and error about the growth conditions in the epitaxial growth. . As a result of further intensive studies, the conclusion has been reached that it is possible to achieve both a growth rate difference and a reduction in film thickness variation by reducing the pressure in the reactor.
具体的には、温度を950〜1150度、原料ガスのガス濃度を1.0×10−4〜1.0×10−2mоl/lの範囲にするとともに、圧力を200tоrr以下にしてエピタキシャル成長をすることで、成長速度差と膜厚変動の低減できる。 Specifically, the temperature is set to 950 to 1150 degrees, the gas concentration of the raw material gas is set to a range of 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −2 mol / l, and the pressure is set to 200 torr or less for epitaxial growth. By doing so, the growth rate difference and film thickness variation can be reduced.
本発明の実施態様では、シリコンウェーハの主表面が(100)であり、
シリコン層の外周から中心に向けて2mm内側に入った第1環状地点のシリコン層の膜厚最大値をT1とし、主表面を上から見てT1の地点を中心回りに±45度回転した移動地点のシリコン層の膜厚平均値をT2とし、移動地点を中心に向けて3mm移動した地点の膜厚平均値をT3とし、(T1−T2)/T3で定義したシリコン層の成長速度差が0.5%以下であり、
第1環状地点の膜厚平均値をT4とし、第1環状地点から中心に向けて3mm内側に入った第2環状地点の膜厚平均値をT5とし、(T4−T5)/T5で定義したシリコン層の周縁部の膜厚変動の絶対値が1.3%以下にできる。そのため、平坦度が良好なエピタキシャルウェーハを提供できる(良好なフラットネス品質を達成できる)。
In an embodiment of the present invention, the main surface of the silicon wafer is (100),
The maximum thickness of the silicon layer at the first annular point that is 2 mm inward from the outer periphery to the center of the silicon layer is T1, and the main surface is viewed from the top and moved by turning ± 45 degrees around the T1 point. The film thickness average value of the silicon layer at the point is T2, the film thickness average value of the point moved 3 mm toward the center is T3, and the difference in the growth rate of the silicon layer defined by (T1-T2) / T3 is 0.5% or less,
The film thickness average value at the first annular point is defined as T4, and the film thickness average value at the second annular point entering 3 mm toward the center from the first annular point is defined as T5, which is defined by (T4-T5) / T5. The absolute value of film thickness fluctuation at the peripheral edge of the silicon layer can be reduced to 1.3% or less. Therefore, an epitaxial wafer with good flatness can be provided (good flatness quality can be achieved).
また、本発明の別の実施態様では、シリコンウェーハの主表面が(110)であり、
シリコン層の外周から中心に向けて2mm内側に入った第1環状地点のシリコン層の膜厚最大値をT1とし、主表面を上から見てT1の地点を中心回りに±90度回転した移動地点のシリコン層の膜厚平均値をT2とし、移動地点を中心に向けて3mm移動した地点の膜厚平均値をT3とし、(T1−T2)/T3で定義したシリコン層の成長速度差が0.5%以下であり、
第1環状地点の膜厚平均値をT4とし、第1環状地点から中心に向けて3mm内側に入った第2環状地点の膜厚平均値をT5とし、(T4−T5)/T5で定義したシリコン層の周縁部の膜厚変動の絶対値が1.3%以下にできる。そのため、平坦度が良好なエピタキシャルウェーハを提供できる(良好なフラットネス品質を達成できる)。
In another embodiment of the present invention, the main surface of the silicon wafer is (110),
The maximum thickness of the silicon layer at the first annular point that is 2 mm inside from the outer periphery to the center of the silicon layer is T1, and the main surface is viewed from the top and moved by ± 90 degrees around the T1 point. The film thickness average value of the silicon layer at the point is T2, the film thickness average value of the point moved 3 mm toward the center is T3, and the difference in the growth rate of the silicon layer defined by (T1-T2) / T3 is 0.5% or less,
The film thickness average value at the first annular point is defined as T4, and the film thickness average value at the second annular point entering 3 mm toward the center from the first annular point is defined as T5, which is defined by (T4-T5) / T5. The absolute value of film thickness fluctuation at the peripheral edge of the silicon layer can be reduced to 1.3% or less. Therefore, an epitaxial wafer with good flatness can be provided (good flatness quality can be achieved).
更に、本発明の実施態様では、原料ガスはトリクロロシラン又はジクロロシランを有する。また、シリコンウェーハの直径が300mm以上であると膜厚変動及び成長速度差を低減するのに効果的である。 Furthermore, in an embodiment of the present invention, the source gas comprises trichlorosilane or dichlorosilane. Further, when the diameter of the silicon wafer is 300 mm or more, it is effective to reduce the film thickness variation and the growth rate difference.
図1は本発明で使用される一例の枚葉式の気相成長装置1を示す。気相成長装置1により、シリコン単結晶ウェーハ上にシリコン単結晶膜(エピタキシャル層)が気相成長され、シリコンエピタキシャルウェーハが製造される。シリコン単結晶基板としては、主表面が(100)又は(110)のシリコンウェーハが用いられ、主表面にエピタキシャル層が形成される。
FIG. 1 shows an example of a single wafer type vapor
気相成長装置1は、透明石英部材やステンレス等の金属部材等から構成された反応炉2(気相成長炉)を備える。反応炉2の内部にはサセプタ3と、サセプタ3を支持する支持部4と、支持部4を通じてサセプタ3を駆動させる駆動部5を備える。
The vapor
サセプタ3はエピタキシャル層を気相成長させる成長用基板W(例えばシリコン単結晶ウェーハ)を略水平に支持するように円盤状に形成され、表面には凹状に窪んだポケット部3aが備わる。ポケット部3aは、成長用基板Wの直径(例えば300mm)より少し大きく、基板Wの厚みと同程度の深さにサセプタ3の上面からくり貫かれるように形成される。
The
支持部4はサセプタ3の裏面側からサセプタ3を略水平に支持するように配置され、鉛直方向に伸びる支柱4aと、支柱4aの上部から斜め上方に延びて先端がサセプタ3裏面の周縁部に接続するアーム4bを備える。
The support portion 4 is disposed so as to support the
支柱4aの下部には駆動部5が接続され、駆動部5は支柱4aを上下動、軸線O(鉛直方向)回りに回転駆動させることが可能なモーター等である。駆動部5により支柱4aが軸線O回りに回転するとサセプタ3も回転し、駆動部5により支柱4aが上下動するとサセプタ3も上下動する。
The
反応炉2の水平方向における一端側には、反応炉2内に各種のガスを略水平に導入するガス導入管6が接続される。ガス導入管6は反応炉2内に通じるガス導入口6aから反応炉2内にガスを導入する。ガス導入管6は、気相成長時にはガス導入口6aから反応炉2内に気相成長ガスGを導入する。気相成長ガスGは、シリコン単結晶薄膜の原料となる原料ガスと、原料ガスを希釈するキャリアガスと、薄膜に導電型を付与するドーパントガスを含む。例えば、原料ガスとしてはトリクロロシラン(TCS)又はジクロロシラン(DCS)等のシラン系ガス、キャリアガスとしては水素ガス、ドーパントガスとしてはボロンやリンを含むガスが用いられる。
A gas introduction pipe 6 for introducing various gases into the
ガス導入管6の他端側には、反応炉2内からガス(成長用基板Wを通過した気相成長ガスG等)を排出するガス排出管7が接続される。ガス排出管7は、反応炉2内に通じるガス排出口7aから反応炉2内に導入された気相成長ガスG等を反応炉2の外に排出する。
Connected to the other end of the gas introduction pipe 6 is a gas discharge pipe 7 for discharging a gas (such as a vapor phase growth gas G that has passed through the growth substrate W) from the
反応炉2の上下には、気相成長時に反応炉2内を加熱して反応炉2内の温度を調整できるヒーター8が備わる。
Above and below the
気相成長時に反応炉2内に導入する原料ガスのガス濃度、気相成長時の反応炉2内の反応温度、気相成長時の反応炉2内の圧力は図示しない制御部により制御される。気相成長時には、制御部により反応炉2内の温度(反応温度)、反応炉2内の原料ガスのガス濃度及び反応炉2内の圧力が調整される。例えば、気相成長時には、反応炉2内の反応温度が950〜1150度の範囲、原料ガスのガス濃度が1.0×10−4〜1.0×10−2mоl/lの範囲に調整され、反応炉2内の圧力が200tоrr以下に減圧される。
The gas concentration of the raw material gas introduced into the
以上のように構成された気相成長装置1により成長用基板W(シリコンウェーハ)上にエピタキシャル層(シリコン層)を気相成長してシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。主表面が(100)のシリコンウェーハにシリコン層を気相成長する場合、シリコンウェーハ上の特定の箇所でシリコン層の成長速度の差が顕著となる。図2Aは、主表面が(100)のシリコンウェーハを上から見た模式平面図を示し、図2Aを用いてエピタキシャル層(シリコン層)の成長速度差を説明する。図2Aに示すようにシリコンウェーハの中心から外周に向かう<100>方向におけるウェーハの周縁部ではエピタキシャル層の成長速度が遅くなる。その一方で、<100>方向からウェーハの中心を軸に角度θ(45度)ずれた<110>方向におけるウェーハの周縁部ではエピタキシャル層の成長速度が大きくなる。よって、<110>方向のウェーハの周縁部ではエピタキシャル層の膜厚が増大するのに対し、<100>方向のウェーハの周縁部ではエピタキシャル層の膜厚が減少する。それ故、エピタキシャルウェーハの周縁部では、<100>方向と<110>方向の間でエピタキシャル層の膜厚の高低差が増大し、エピタキシャルウェーハの平坦度を悪化させる。
The epitaxial layer (silicon layer) is vapor-phase grown on the growth substrate W (silicon wafer) by the vapor
同様の現象は主表面が(110)のシリコンウェーハにエピタキシャル層(シリコン層)を気相成長する場合でも生じる。但し、シリコンウェーハの主表面が(110)であるため、図2Bに示すように<100>方向と<110>方向はウェーハの中心回りに角度α(90度)ずれる。 A similar phenomenon occurs even when an epitaxial layer (silicon layer) is vapor-phase grown on a silicon wafer having a main surface of (110). However, since the main surface of the silicon wafer is (110), as shown in FIG. 2B, the <100> direction and the <110> direction are shifted by an angle α (90 degrees) around the center of the wafer.
本発明者の知見によると、平坦度が良好なエピタキシャルウェーハを作製するには、シリコンウェーハの周縁部におけるエピタキシャル層の成長速度差及び膜厚変動を両方とも低減させる必要がある。この成長速度差と膜厚変動は次のように定義される。 According to the knowledge of the present inventor, in order to produce an epitaxial wafer with good flatness, it is necessary to reduce both the growth rate difference and film thickness variation of the epitaxial layer at the peripheral edge of the silicon wafer. This growth rate difference and film thickness variation are defined as follows.
図3に示すように主表面が(100)のシリコンウェーハの外周Cから中心C0に向けて2mm内側に入った環状地点C1におけるエピタキシャル層の膜厚の最大値をT1(T1の地点をPT1)とした。また、シリコンウェーハを主表面から見てT1の地点PT1をそのウェーハの中心C0回りに±45度(シリコンウェーハの主表面が(110)ならば±90度)回転した移動地点P1、P2の膜厚平均値をT2とした。更に、移動地点P1、P2を中心C0に向けて3mm移動した地点P3、P4の膜厚平均値をT3とした。そして、(T1−T2)/T3によりエピタキシャル層の成長速度差D1を定義した。なお、膜厚平均値T2、T3はいずれもエピタキシャル層(シリコン層)の膜厚の平均値である。 As shown in FIG. 3, the maximum value of the film thickness of the epitaxial layer at the annular point C1 that enters 2 mm from the outer periphery C of the silicon wafer having a main surface of (100) toward the center C0 is defined as T1 (T1 is defined as P T1 ). Further, when the silicon wafer is viewed from the main surface, the point P T1 of T1 is moved around the center C0 of the wafer by ± 45 degrees (± 90 degrees if the main surface of the silicon wafer is (110)) and the moving points P1 and P2 are rotated. The film thickness average value was T2. Furthermore, the film thickness average value of the points P3 and P4 moved 3 mm from the moving points P1 and P2 toward the center C0 was defined as T3. Then, the growth rate difference D1 of the epitaxial layer was defined by (T1-T2) / T3. The film thickness average values T2 and T3 are both average film thickness values of the epitaxial layer (silicon layer).
また、第1環状地点C1のエピタキシャル層の膜厚平均値をT4とし、外周Cから中心C0に向けて5mm(第1環状地点C1から中心C0に向けて3mm)内側に入った第2環状地点C2の膜厚平均値をT5とした。そして、(T4−T5)/T5によりエピタキシャル層の周縁部の膜厚変動D2を定義した。 The average thickness of the epitaxial layer at the first annular point C1 is T4, and the second annular point is located 5 mm from the outer periphery C toward the center C0 (3 mm from the first annular point C1 toward the center C0). The film thickness average value of C2 was set to T5. And the film thickness fluctuation | variation D2 of the peripheral part of an epitaxial layer was defined by (T4-T5) / T5.
本発明者の知見によれば、従来一般的とされたエピタキシャル成長中の原料ガスの濃度(1×10−4〜1×10−2mоl/l)及び反応温度(950〜1150度)では、成長速度差D1と膜厚変動D2を低減させることが難しい。そこで、本発明者は、エピタキシャル成長時の圧力(反応炉2内の圧力)を調整することで、成長速度差D1と膜厚変動D2(膜厚変動の絶対値)をともに低減させ、平坦度が良好なエピタキシャルウェーハを作製できることを見出した。 According to the knowledge of the present inventor, at the concentration (1 × 10 −4 to 1 × 10 −2 mol / l) and the reaction temperature (950 to 1150 degrees) of the raw material gas during the epitaxial growth, which has been generally used conventionally, the growth is performed. It is difficult to reduce the speed difference D1 and the film thickness variation D2. Therefore, the present inventor reduces both the growth rate difference D1 and the film thickness fluctuation D2 (absolute value of film thickness fluctuation) by adjusting the pressure during epitaxial growth (pressure in the reaction furnace 2), and the flatness is reduced. It has been found that a good epitaxial wafer can be produced.
本発明の効果を確認するために以下に示す実験を行った。 In order to confirm the effect of the present invention, the following experiment was conducted.
(実施例)
実施例では、気相成長装置1により直径300mmのP型シリコン単結晶ウェーハ上にシリコン層を成膜し、シリコンエピタキシャルウェーハを作製した。そして、作製したエピタキシャルウェーハの成長速度差D1と膜厚変動D2を測定し、成長速度差D1と膜厚変動D2を百分率(%)で表した。即ち、測定した成長速度差D1及び膜厚変動D2の値にそれぞれ100を乗じた値を成長速度差の測定値、膜厚変動の測定値とした。
(Example)
In the example, a silicon layer was formed on a P-type silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm by the vapor
実施例1では、主表面が(100)のシリコン単結晶ウェーハを用いるとともに、原料ガスにTCSを用いてエピタキシャル成長を行った。また、エピタキシャル成長中の原料ガスのガス濃度を9.4×10−4mоl/l、反応温度を1080度、及び反応炉2内の圧力を200tоrrにしてエピタキシャル成長を行った。同様に反応炉2内の圧力を100tоrrにした状態でもエピタキシャルウェーハを作製した。反応炉2内の圧力が200tоrrでは、成長速度差が0.49%、膜厚変動が−1.18%となった。また、反応炉2内の圧力が100tоrrでは、成長速度差が0.42%、膜厚変動が−0.80%となった。
In Example 1, a silicon single crystal wafer having a main surface of (100) was used, and epitaxial growth was performed using TCS as a source gas. Further, the epitaxial growth was performed with the gas concentration of the source gas during the epitaxial growth being 9.4 × 10 −4 mol / l, the reaction temperature being 1080 ° C., and the pressure in the
実施例2では、実施例1の原料ガスをTCSからDCSに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハの作製を行った。反応炉2内の圧力が200tоrrでは、成長速度差が0.47%、膜厚変動が−1.14%となった。また、反応炉2内の圧力が100tоrrでは、成長速度差が0.41%、膜厚変動が−0.78%となった。
In Example 2, an epitaxial wafer was produced under the same conditions except that the source gas of Example 1 was changed from TCS to DCS. When the pressure in the
実施例3では、実施例1の主表面が(100)のシリコン単結晶ウェーハを主表面が(110)のシリコン単結晶ウェーハに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハの作製を行った。反応炉2内の圧力が200tоrrでは、成長速度差が0.48%、膜厚変動が−1.25%となった。また、反応炉内の圧力が100tоrrでは、成長速度差が0.39%、膜厚変動が−0.88%となった。
In Example 3, an epitaxial wafer was manufactured under the same conditions except that the silicon single crystal wafer having the main surface of (100) in Example 1 was replaced with the silicon single crystal wafer having the main surface of (110). When the pressure in the
実施例4では、実施例3の原料ガスをTCSからDCSに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハの作製を行った。反応炉2内の圧力が200tоrrでは、成長速度差が0.48%であり、膜厚変動が−1.22%となった。また、反応炉2内の圧力が100tоrrでは、成長速度差が0.39%、膜厚変動が−0.85%となった。
In Example 4, an epitaxial wafer was produced under the same conditions except that the raw material gas of Example 3 was changed from TCS to DCS. When the pressure in the
(比較例)
比較例として、反応炉2内の圧力以外は、実施例1〜4と同様にしてシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。比較例1では、実施例1の反応炉2内の圧力200tоrr、100tоrrを760tоrr、400tоrrに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハを作製した。反応炉2内の圧力が760tоrrでは、成長速度差が1.32%、膜厚変動が−1.94%となった。また、反応炉2内の圧力が400tоrrでは、成長速度差が0.62%、膜厚変動が−1.64%となった。
(Comparative example)
As a comparative example, a silicon epitaxial wafer was produced in the same manner as in Examples 1 to 4 except for the pressure in the
比較例2では、実施例2の反応炉2内の圧力200tоrr、100tоrrを760tоrr、400tоrrに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハを作製した。反応炉2内の圧力が760tоrrでは、成長速度差が1.24%、膜厚変動が−1.95%となった。また、反応炉2内の圧力が400tоrrでは、成長速度差が0.60%であり、膜厚変動が−1.61%となった。
In Comparative Example 2, an epitaxial wafer was produced under the same conditions except that the pressures 200 torr and 100 torr in the
比較例3では、実施例3の反応炉2内の圧力200tоrr、100tоrrを760tоrr、400tоrrに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハを作製した。反応炉2内の圧力が760tоrrでは、成長速度差が1.22%、膜厚変動が−1.98%となった。また、反応炉2内の圧力が400tоrrでは、成長速度差が0.61%、膜厚変動が−1.71%となった。
In Comparative Example 3, an epitaxial wafer was produced under the same conditions except that the pressures 200 torr and 100 torr in the
比較例4では、実施例4の反応炉2内の圧力200tоrr、100tоrrを760tоrr、400tоrrに代える以外は同じ条件でエピタキシャルウェーハを作製した。反応炉2内の圧力が760tоrrでは、成長速度差が1.18%、膜厚変動が−1.98%となった。また、反応炉2内の圧力が400tоrrでは、成長速度差が0.61%、膜厚変動が−1.70%となった。
In Comparative Example 4, an epitaxial wafer was produced under the same conditions except that the pressures 200 torr and 100 torr in the
図4A〜Dは、実施例1〜4と比較例1〜4の成長速度差D1と膜厚変動D2を示す。図4Aでは、実施例1と比較例1が対となったデータが示される。図4Bでは実施例2と比較例2、図4Cでは実施例3と比較例3、図4Dでは実施例4と比較例4が対となったデータが示される。図4A〜Dに示すように反応炉2内の圧力を200tоrr以下にすることで成長速度差が0.5%以下であるとともに、膜厚変動の絶対値が1.3%以下となり、平坦度が良好なエピタキシャルウェーハを提供できる。
4A to 4D show the growth rate difference D1 and film thickness variation D2 of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4. FIG. 4A shows data in which Example 1 and Comparative Example 1 are paired. FIG. 4B shows data obtained by pairing Example 2 and Comparative Example 2, FIG. 4C shows Example 3 and Comparative Example 3, and FIG. 4D shows data obtained by pairing Example 4 and Comparative Example 4. As shown in FIGS. 4A to 4D, when the pressure in the
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1 気相成長装置 2 反応炉
3 サセプタ 4 支持部
5 駆動部 O 軸線
W 成長用基板 C 外周
C0 中心 C1 第1環状地点
C2 第2環状地点
DESCRIPTION OF
Claims (5)
温度を950〜1150度、前記原料ガスのガス濃度を1.0×10−4〜1.0×10−2mоl/lの範囲にするとともに、圧力を200tоrr以下にして前記エピタキシャル成長を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。 In a method for producing an epitaxial wafer, wherein a raw material gas is introduced into a silicon wafer having a main surface of (100) or (110) to epitaxially grow a silicon layer,
The epitaxial growth is performed at a temperature of 950 to 1150 ° C., a gas concentration of the raw material gas in a range of 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −2 mol / l, and a pressure of 200 torr or less. An epitaxial wafer manufacturing method characterized by the above.
前記シリコン層の外周から中心に向けて2mm内側に入った第1環状地点の前記シリコン層の膜厚最大値をT1とし、前記主表面を上から見て前記T1の地点を前記中心回りに±45度回転した移動地点の前記シリコン層の膜厚平均値をT2とし、前記移動地点を前記中心に向けて3mm移動した地点の前記膜厚平均値をT3とし、(T1−T2)/T3で定義した前記シリコン層の成長速度差が0.5%以下であり、
前記第1環状地点の前記膜厚平均値をT4とし、前記第1環状地点から前記中心に向けて3mm内側に入った第2環状地点の前記膜厚平均値をT5とし、(T4−T5)/T5で定義した前記シリコン層の周縁部の膜厚変動の絶対値が1.3%以下である請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 The main surface of the silicon wafer is (100),
The maximum value of the thickness of the silicon layer at the first annular point entering 2 mm from the outer periphery to the center of the silicon layer is T1, and the point of T1 around the center when the main surface is viewed from above is ± The film thickness average value of the silicon layer at the moving point rotated 45 degrees is T2, and the film thickness average value at the point moved 3 mm toward the center is T3, and (T1-T2) / T3 The defined growth rate difference of the silicon layer is 0.5% or less,
The film thickness average value of the first annular point is T4, and the film thickness average value of the second annular point entering 3 mm from the first annular point toward the center is T5, and (T4-T5) 2. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein an absolute value of a film thickness variation at a peripheral portion of the silicon layer defined by / T5 is 1.3% or less.
前記シリコン層の外周から中心に向けて2mm内側に入った第1環状地点の前記シリコン層の膜厚最大値をT1とし、前記主表面を上から見て前記T1の地点を前記中心回りに±90度回転した移動地点の前記シリコン層の膜厚平均値をT2とし、前記移動地点を前記中心に向けて3mm移動した地点の前記膜厚平均値をT3とし、(T1−T2)/T3で定義した前記シリコン層の成長速度差が0.5%以下であり、
前記第1環状地点の前記膜厚平均値をT4とし、前記第1環状地点から前記中心に向けて3mm内側に入った第2環状地点の前記膜厚平均値をT5とし、(T4−T5)/T5で定義した前記シリコン層の周縁部の膜厚変動の絶対値が1.3%以下である請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 The main surface of the silicon wafer is (110),
The maximum value of the thickness of the silicon layer at the first annular point entering 2 mm from the outer periphery to the center of the silicon layer is T1, and the point of T1 around the center when the main surface is viewed from above is ± The film thickness average value of the silicon layer at the moving point rotated 90 degrees is T2, and the film thickness average value at the point moved 3 mm toward the center is T3, and (T1-T2) / T3 The defined growth rate difference of the silicon layer is 0.5% or less,
The film thickness average value of the first annular point is T4, and the film thickness average value of the second annular point entering 3 mm from the first annular point toward the center is T5, and (T4-T5) 2. The method for producing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein an absolute value of a film thickness variation at a peripheral portion of the silicon layer defined by / T5 is 1.3% or less.
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