JP2023113512A - 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ものである。 The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method.
気相成長によりシリコン単結晶基板の表面上にエピタキシャル層を形成したシリコンエピタキシャルウェーハは電子デバイスに広く使用されている(特許文献1-6)。近年、電子デバイスの微細化によって、エピタキシャルウェーハでの表面品質の要求が厳しくなっている。この表面品質の一つにヘイズレベルがある。ヘイズとはエピタキシャルウェーハの表面に発生した微小な凹凸であり、暗室内で集光ランプ等を用いてエピタキシャル層の表面を観察すると、光が乱反射して白く曇って見えるものである。ヘイズレベルの評価は、例えばケー・エル・エー社製のパーティクルカウンターSP3(光散乱測定装置)を用いて、ヘイズの散乱光測定により検出することができる。
A silicon epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on the surface of a silicon single crystal substrate by vapor phase epitaxy is widely used in electronic devices (
ヘイズレベルはエピタキシャル成長条件(特に成長温度と成長速度)に深く関係している。また、ヘイズレベルはシリコン単結晶基板の面方位も関係しており、(100)面方位よりも(110)面方位において悪化しやすい傾向にある。近年、電子デバイスの高性能化のため、(100)面方位から(110)面方位の単結晶基板へと移行する動きが見られている。このようにヘイズレベルの改善(特には(110)面方位での改善)が必要となっている。 The haze level is closely related to epitaxial growth conditions (particularly growth temperature and growth rate). The haze level is also related to the plane orientation of the silicon single crystal substrate, and tends to deteriorate more easily in the (110) plane orientation than in the (100) plane orientation. In recent years, in order to improve the performance of electronic devices, there has been a movement to shift from the (100) plane orientation to the (110) plane orientation of single crystal substrates. Thus, it is necessary to improve the haze level (in particular, improve the (110) plane orientation).
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、半導体基板(特には面方位{110}のシリコン単結晶ウェーハ)上に、ヘイズレベルの悪化を抑えてエピタキシャル成長を効率良く行う方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and efficiently performs epitaxial growth on a semiconductor substrate (especially a silicon single crystal wafer with a plane orientation of {110}) while suppressing the deterioration of the haze level. The purpose is to provide a method.
上記目的を達成するために、本発明は、半導体基板の表面上にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記半導体基板の表面上に半導体材料の第1のエピタキシャル層を第1の成長温度と第1の成長速度とで成長させる第1の成長ステップと、
前記第1のエピタキシャル層上に半導体材料の第2のエピタキシャル層を、前記第1の成長温度と等しい第2の成長温度と前記第1の成長速度よりも低い第2の成長速度とで成長させる第2の成長ステップと、
を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
To achieve the above objects, the present invention provides a method for manufacturing an epitaxial wafer by vapor-phase epitaxial growth of an epitaxial layer on the surface of a semiconductor substrate, comprising:
a first growth step of growing a first epitaxial layer of semiconductor material on the surface of the semiconductor substrate at a first growth temperature and a first growth rate;
Growing a second epitaxial layer of semiconductor material on the first epitaxial layer at a second growth temperature equal to the first growth temperature and a second growth rate lower than the first growth rate. a second growth step;
A method for producing an epitaxial wafer is provided, comprising:
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法であれば、半導体基板の表面上にヘイズレベルの悪化を抑えてエピタキシャル成長を行うことが可能となり、ヘイズレベルが低減されたエピタキシャルウェーハを効率良く生産性高く製造することができる。例えば面方位{110}のシリコン単結晶ウェーハのようなヘイズレベルが悪化しやすい半導体基板上にエピタキシャル層を気相成長する際に特に有効である。 According to the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, it is possible to perform epitaxial growth on the surface of a semiconductor substrate while suppressing deterioration of the haze level, and to manufacture an epitaxial wafer with a reduced haze level efficiently and with high productivity. can be done. For example, it is particularly effective when vapor-phase growth of an epitaxial layer is performed on a semiconductor substrate such as a silicon single crystal wafer having a plane orientation of {110}, where the haze level tends to deteriorate.
このとき、前記第1のエピタキシャル層と前記第2のエピタキシャル層の合計膜厚を100とした場合に、
前記第2の成長ステップにおいて成長させる前記第2のエピタキシャル層の膜厚を2.5以上とすることができる。
At this time, when the total thickness of the first epitaxial layer and the second epitaxial layer is 100,
The film thickness of the second epitaxial layer grown in the second growth step can be 2.5 or more.
このような膜厚の第2のエピタキシャル層を第1のエピタキシャル層上に成長させることで、より確実に、第1のエピタキシャル層でのヘイズレベルを改善して高品質のエピタキシャルウェーハを得ることができる。 By growing the second epitaxial layer having such a film thickness on the first epitaxial layer, it is possible to more reliably improve the haze level in the first epitaxial layer and obtain a high-quality epitaxial wafer. can.
さらには、前記第2の成長ステップにおいて成長させる前記第2のエピタキシャル層の膜厚を10以上とすることができる。 Furthermore, the film thickness of the second epitaxial layer grown in the second growth step can be 10 or more.
これにより、より一層、ヘイズレベルの悪化を抑えることができる。 This makes it possible to further suppress the deterioration of the haze level.
また、前記半導体基板として、面方位{110}の基板を用いることができる。 A substrate having a plane orientation of {110} can be used as the semiconductor substrate.
{100}面方位に比べて{110}面方位の方がヘイズレベルが悪化しやすい傾向があるため、ヘイズレベルを抑制できる効果を有する本発明はより有効である。 Since the {110} plane orientation tends to deteriorate the haze level more easily than the {100} plane orientation, the present invention, which has the effect of suppressing the haze level, is more effective.
また、前記半導体基板として、シリコン単結晶ウェーハを用いることができる。 Moreover, a silicon single crystal wafer can be used as the semiconductor substrate.
エピタキシャル層を成長させる半導体基板としてシリコン単結晶ウェーハはよく用いられており、需要が高い。 Silicon single crystal wafers are often used as semiconductor substrates on which epitaxial layers are grown, and are in high demand.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によって、ヘイズレベルが低減された高品質のエピタキシャルウェーハを生産性高く製造することができる。特には、面方位{110}のシリコン単結晶ウェーハ上へエピタキシャル層を形成する際に有効な方法である。 According to the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, high-quality epitaxial wafers with a reduced haze level can be manufactured with high productivity. In particular, it is an effective method when forming an epitaxial layer on a silicon single crystal wafer with a plane orientation of {110}.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
前述したように、特にはヘイズレベルが悪化しやすい傾向のある半導体基板(面方位{110}のシリコン単結晶ウェーハ等)上にエピタキシャル層を形成して、ヘイズレベルが低減されたエピタキシャルウェーハを製造する方法が求められていた。本発明者が鋭意研究を行ったところ、第1の成長ステップ(第1の成長温度と第1の成長速度で第1のエピタキシャル層を成長させる)と、第2の成長ステップ(第2の成長温度と第2の成長速度で第2のエピタキシャル層を成長させる)を含み、第2の成長温度が第1の成長温度と等しく、第2の成長速度が第1の成長速度よりも低い条件でエピタキシャルウェーハを製造すれば、ヘイズレベルが低くて良好なエピタキシャルウェーハを高い生産性で得ることができることを見出し、本発明を完成させた。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
As described above, an epitaxial wafer having a reduced haze level is manufactured by forming an epitaxial layer on a semiconductor substrate (such as a silicon single crystal wafer having a plane orientation of {110}) that tends to deteriorate the haze level. I needed a way to do it. As a result of intensive research by the present inventors, a first growth step (growing a first epitaxial layer at a first growth temperature and a first growth rate) and a second growth step (second growth growing a second epitaxial layer at a temperature and a second growth rate), where the second growth temperature is equal to the first growth temperature and the second growth rate is lower than the first growth rate. The inventors have found that good epitaxial wafers with a low haze level can be obtained with high productivity by manufacturing epitaxial wafers, and have completed the present invention.
なお以下では、半導体基板として面方位{110}のシリコン単結晶ウェーハ(シリコン単結晶基板)を、また、半導体材料の第1のエピタキシャル層および第2のエピタキシャル層としてシリコン単結晶膜を例に挙げて説明する。シリコン単結晶ウェーハやシリコン単結晶膜は需要が高い。また、主面が{110}面の基板ではエピタキシャル層表面のヘイズレベルが悪化しやすく、ヘイズレベルを改善できる本発明は特に有効である。ただし、本発明はこれに限定されるものではなく、所望の面方位の半導体基板を用いて所望の半導体材料のエピタキシャル層を成長させることができる。 In the following, a silicon single crystal wafer (silicon single crystal substrate) with a plane orientation of {110} is taken as an example of a semiconductor substrate, and a silicon single crystal film is taken as an example of a first epitaxial layer and a second epitaxial layer of a semiconductor material. to explain. Demand for silicon single crystal wafers and silicon single crystal films is high. In addition, the haze level of the epitaxial layer surface tends to deteriorate in a substrate having a {110} principal surface, and the present invention, which can improve the haze level, is particularly effective. However, the present invention is not limited to this, and an epitaxial layer of a desired semiconductor material can be grown using a semiconductor substrate having a desired plane orientation.
最初に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法において使用される気相成長装置の好適な一例として、枚葉式の気相成長装置の構成について説明する。図3は枚葉式の気相成長装置の概略の一例である。
図3に示すように、気相成長装置1は、反応容器2と、該反応容器2の内部に設けられてシリコン単結晶基板Wを上面で支持するサセプタ3とを備えている。
そして、反応容器2には、該反応容器2内に原料ガス(例えば、トリクロロシラン)及びキャリアガス(例えば、水素)を含む気相成長用ガスをサセプタ3の上側の領域に導入してサセプタ3上のシリコン単結晶基板Wの主面上に供給する気相成長用ガス導入管4が設けられている。また、反応容器2のうちの、気相成長用ガス導入管4が設けられた側と同じ側には、反応容器2内にパージガス(例えば、水素)をサセプタ3の下側の領域に導入するパージガス導入管5が設けられている。
さらに、反応容器2のうちの、気相成長用ガス導入管4及びパージガス導入管5が設けられた側と反対側には、反応容器2内のガス(気相成長用ガス及びパージガス)が排気される排気管6が設けられている。
First, the configuration of a single wafer type vapor phase growth apparatus will be described as a preferred example of the vapor phase growth apparatus used in the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention. FIG. 3 is an example of a schematic of a single wafer type vapor phase growth apparatus.
As shown in FIG. 3, the vapor
Then, in the
Further, the gas (vapor-phase growth gas and purge gas) in the
また、反応容器2の外部には、該反応容器2を上側と下側とから加熱する加熱装置7a、7bが設けられている。加熱装置7a、7bとしては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。
サセプタ3は、例えば炭化ケイ素で被覆されたグラファイトにより構成されている。このサセプタ3は、例えば略円板状に形成され、その上面には、該上面上にシリコン単結晶基板Wを位置決めするための平面視で略円形状の凹部である座ぐり3aが形成されているものである。
また、サセプタ3の下面には、該裏面からサセプタ3を支持するサセプタ支持部材8が設けられている。このサセプタ支持部材8は、矢印Aで示す上下方向に移動可能で、かつ、矢印Bで示す方向に回転可能とされている。
The
A
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。図1は、化学気相成長(CVD:Chemical Vaper Deposition)によりシリコンエピタキシャルウェーハを製造する方法の説明図である。具体的には、シリコンエピタキシャルウェーハを製造するまでの各工程におけるウェーハの構成例を示している。
また、図2に気相成長時のウェーハの温度プロファイルを示す。
Next, a method for producing an epitaxial wafer according to the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a method of manufacturing a silicon epitaxial wafer by chemical vapor deposition (CVD). Specifically, it shows a configuration example of a wafer in each step up to manufacturing a silicon epitaxial wafer.
Also, FIG. 2 shows the temperature profile of the wafer during vapor phase epitaxy.
<半導体基板の準備>
図1の上段に示すように、半導体基板として、一例としてシリコン単結晶基板W(以下、単にウェーハという場合がある)を準備する。半導体基板Wの特性(導電型、抵抗率、面方位、直径など)は、製造しようとするシリコンエピタキシャルウェーハの使用目的に応じて適宜設定すれば良い。
ここでは面方位{110}のシリコン単結晶基板とする。なお、主面が{110}面ジャストのものに限らず、{110}面からオフ角(例えば0度超、0.5度未満)だけ傾斜したものとすることもできる。これらのようにすれば、面方位{100}のものに比べて高いキャリア移動度を有するものとすることができるし、後にヘイズレベルが低減されたシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
<Preparation of semiconductor substrate>
As shown in the upper part of FIG. 1, a silicon single crystal substrate W (hereinafter sometimes simply referred to as a wafer) is prepared as an example of a semiconductor substrate. The characteristics (conductivity type, resistivity, plane orientation, diameter, etc.) of the semiconductor substrate W may be appropriately set according to the purpose of use of the silicon epitaxial wafer to be manufactured.
Here, a silicon single crystal substrate having a plane orientation of {110} is used. The main surface is not limited to the {110} plane, and may be inclined from the {110} plane by an off angle (for example, more than 0 degrees and less than 0.5 degrees). By doing so, it is possible to obtain a silicon epitaxial wafer with a higher carrier mobility than that with a plane orientation of {100}, and with a reduced haze level later.
まず、浮遊帯域溶融(Floating Zone:FZ)法あるいはチョクラルスキー(Czochralski:CZ)法等の公知の方法によって、主軸方位が<110>のシリコン単結晶インゴットを製造する。そして、得られたシリコン単結晶インゴットを、頭部と尾部とを切断した後、インゴット周辺部を回転して削り、直径を正確に出すとともにインゴットを完全な円柱ブロックにする。
このように仕上げられた円柱ブロックに対して、内周刃切断機等のスライサーにより、主面が{110}面ジャストになるようにスライシングする。
First, a silicon single crystal ingot having a <110> principal axis orientation is manufactured by a known method such as the Floating Zone (FZ) method or the Czochralski (CZ) method. Then, the obtained silicon single crystal ingot is cut off at the head and the tail, and then the peripheral portion of the ingot is cut by rotation to accurately obtain the diameter and make the ingot into a complete cylindrical block.
The cylindrical block thus finished is sliced by a slicer such as an inner diameter cutting machine so that the main surface is just the {110} plane.
そして、スライシング後のシリコン単結晶基板の両面外周縁にベベル加工により面取りを施す。
面取り終了後のシリコン単結晶基板に対して遊離砥粒を用いて両面ラップを行い、ラップウェーハとする。あるいは、固定砥粒を用いて両面を研削し、研削ウェーハとする。
次いで、ラップウェーハあるいは研削ウェーハをエッチング液に浸漬することにより、両面を化学エッチング処理する。化学エッチング処理は、ラップや研削によってシリコン単結晶基板の表面に生じたダメージ層を除去するために行われる。
この化学エッチング処理後に、表面あるいは表裏面をメカノケミカルポリッシングにより鏡面研磨を行い、さらに最終洗浄を施す。
After slicing, the outer edges of both surfaces of the silicon single crystal substrate are chamfered by beveling.
The chamfered silicon single crystal substrate is subjected to double-sided lapping using free abrasive grains to obtain a lapped wafer. Alternatively, both sides are ground using a fixed abrasive to obtain a ground wafer.
Both surfaces are then chemically etched by immersing the lapped or ground wafer in an etchant. A chemical etching process is performed to remove a damaged layer generated on the surface of the silicon single crystal substrate by lapping or grinding.
After this chemical etching treatment, the front surface or front and back surfaces are mirror-polished by mechanochemical polishing, and then subjected to final cleaning.
このようにして、主面が{100}面のシリコン単結晶基板よりもキャリア移動度が高い、主面が{110}面(すなわち、面方位{110})のシリコン単結晶基板を用意する。 In this way, a silicon single crystal substrate having a {110} main surface (that is, a plane orientation of {110}) having higher carrier mobility than a silicon single crystal substrate having a {100} main surface is prepared.
<自然酸化膜の除去>
次に、準備したウェーハWの表面上に第1のエピタキシャル層11(ここではシリコン単結晶膜)を気相成長させるにあたり、ウェーハWの表面の自然酸化膜を除去する。
具体的には、ウェーハWを例えば図3に示すような枚葉式の気相成長装置1の反応容器2内に投入し、サセプタ3の上面の座ぐり3a内に載置する。
その後、気相成長装置1に備えられた加熱装置7a、7bにより、図2の「Ramp」の部分で示すように、ウェーハWを「Bake」のための所定の熱処理温度T0(ここでは温度TA)まで昇温させる。図2では、この熱処理温度T0は、後述する第1のエピタキシャル層11における第1の成長温度T1(図2の「Depo1」での温度)と同じ例を示しているが、その第1の成長温度T1と異なっていたとしても良い。この熱処理温度T0は、例えば1100℃付近の温度、具体的には例えば1100℃±60℃とすることができる。そして、「Bake」の部分で示すように、ウェーハWの温度を熱処理温度T0(温度TA)に所定時間維持しつつ、気相成長用ガス導入管4及びパージガス導入管5をそれぞれ介して反応容器2に水素を導入して、水素雰囲気下でウェーハWの表面に形成された自然酸化膜を除去する為の熱処理(Bake)を行う。なお、ウェーハWが投入される前段階から反応容器2内に水素を導入しておき、ウェーハWの投入後に加熱する手順でも良い。
<Removal of native oxide film>
Next, in vapor-phase growing the first epitaxial layer 11 (silicon single crystal film here) on the surface of the prepared wafer W, the native oxide film on the surface of the wafer W is removed.
Specifically, the wafer W is put into a
After that, the
<第1のエピタキシャル層の気相成長(第1の成長ステップ)>
その後、図1の中段に示すように、自然酸化膜を除去したウェーハWの表面上に、第1の成長温度T1と第1の成長速度GR1とで第1のエピタキシャル層11を成長させる。図2の「Depo1」の部分で示すようにウェーハWの温度を第1の成長温度T1(ここでは、自然酸化膜の除去時の熱処理温度T0と同じで温度TA)としたうえで、反応容器2内に、シリコン単結晶膜の原料となる原料ガス(具体的にはトリクロロシラン(TCS)等のシランガス)、原料ガスを希釈するためのキャリアガス(例えば水素)及びシリコン単結晶膜に導電型を付与するドーパントガス(例えばボロンやリンを含むガス)を含む気相成長用ガスを流す。そして、この気相成長用ガスにより、ウェーハWの表面上に半導体材料の第1のエピタキシャル層11(シリコン単結晶膜)を成長させる。
<Vapor Phase Growth of First Epitaxial Layer (First Growth Step)>
After that, as shown in the middle part of FIG. 1, the
この第1のエピタキシャル層11の特性(膜厚、抵抗率、導電型など)は、製造しようとするシリコンエピタキシャルウェーハの使用目的に応じて適宜設定すれば良い。そして、所望の特性を有した第1のエピタキシャル層11が得られるように、第1の成長ステップの成長条件(第1の成長温度T1、第1の成長速度GR1、第1の成長時間等)を設定する。
具体的には、第1の成長時間は、第1のエピタキシャル層11について所望の膜厚が得られるように設定すれば良い。
また、第1の成長温度T1や第1の成長速度GR1は、例えば第1のエピタキシャル層11での生産性を考慮して成膜時間を短くすることができる成長温度、成長速度とするのが好ましい。例えば1100℃付近(1100℃±60℃の範囲)とすることができる。また、第1の成長速度GR1は、例えば成長速度が高い領域(一例を挙げると、2.5μm/min以上の領域)とすることができる。成長速度は、成長温度を高くすることや、反応容器に導入する原料ガスの流量や、気相成長用ガス(原料ガスとキャリアガスを含む)中の原料ガスの濃度によって調整することができる。
このようにして第1のエピタキシャル層を成長させた後、反応容器への気相成長用ガスの導入を停止させて、エピタキシャル層の成長を一旦停止させる。
The properties (thickness, resistivity, conductivity type, etc.) of the
Specifically, the first growth time may be set such that the
Further, the first growth temperature T1 and the first growth rate GR1 are preferably set to a growth temperature and a growth rate at which the film formation time can be shortened in consideration of the productivity of the
After growing the first epitaxial layer in this manner, the introduction of the gas for vapor phase growth into the reaction vessel is stopped to temporarily stop the growth of the epitaxial layer.
<第2のエピタキシャル層の気相成長(第2の成長ステップ)>
次に、図1の下段に示すように、第1のエピタキシャル層11上に、第2の成長温度T2と第2の成長速度GR2とで(図2の「Depo2」)第2のエピタキシャル層12(シリコン単結晶膜)を成長させて、エピタキシャルウェーハ13(シリコンエピタキシャルウェーハ)を製造する。このとき、エピタキシャル層のヘイズレベル(表面の凹凸)を低減するために、エピタキシャル層の成長条件を、前述した第1の成長ステップの成長条件から、予め定めた第2の成長ステップの成長条件(第2の成長温度T2、第2の成長速度GR2、第2の成長時間等)に切り替えたうえで、図1の下段に示すように、第1のエピタキシャル層11の上に第2のエピタキシャル層12(シリコン単結晶膜)を気相成長させる。
<Vapor Phase Growth of Second Epitaxial Layer (Second Growth Step)>
Next, as shown in the lower part of FIG. 1, a second epitaxial layer 12 is formed on the
このとき、第2の成長温度T2は第1の成長温度T1と等しく設定し、かつ、第2の成長速度GR2は第1の成長速度GR1よりも低く設定し、第2のエピタキシャル層12の気相成長を行う。
すなわち、第1の成長温度T1(図2の場合、温度TA)を例えば1100℃に設定した場合には、第2の成長温度T2は、同様にその1100℃のままとする。
また、第1の成長速度GR1を例えば2.5μm/minに設定した場合には、第2の成長速度GR2は、2.5μm/minよりも低い成長速度(例えば2.0μm/min、1.5μm/min、1.0μm/minなど)に設定する。この場合の成長速度の調整方法は、第1の成長ステップのときと同様に、原料ガスの流量や濃度の調整で行うことができる。
At this time, the second growth temperature T2 is set equal to the first growth temperature T1, and the second growth rate GR2 is set lower than the first growth rate GR1. Perform phase growth.
That is, when the first growth temperature T1 (the temperature T A in FIG. 2) is set at 1100° C., the second growth temperature T2 is similarly kept at 1100° C.
Further, when the first growth rate GR1 is set to, for example, 2.5 μm/min, the second growth rate GR2 is set to a growth rate lower than 2.5 μm/min (eg, 2.0 μm/min, 1.0 μm/min, 5 μm/min, 1.0 μm/min, etc.). The growth rate in this case can be adjusted by adjusting the flow rate and concentration of the raw material gas, as in the first growth step.
第1の成長ステップの成長条件と第2の成長ステップの成長条件とが上記のような関係となるように設定して気相成長を行うことで、第1の成長ステップの成長条件で単層のエピタキシャル層を成長させた場合(第1のエピタキシャル層のみを成長させた場合)に比べて、最終的に得られるエピタキシャルウェーハ13の表面(第2のエピタキシャル層12の表面)におけるヘイズレベルを低減することができる。例えば、ケー・エル・エー社製の光散乱測定器(SP3)を用いてDWOチャンネル(Dark Field Wide Oblique)にて主面を評価した場合に、2.0ppm、又はさらにはそれ以下の優れたヘイズレベルのものを得ることができる。
また、このように第1の成長ステップとそれより成長速度が低い第2の成長ステップの2段階に分けて行うことで、成長速度がより低い第2の成長ステップの成長条件で単層のエピタキシャル層を成長させた場合(第2のエピタキシャル層のみを成長させた場合)に比べて、効率良くエピタキシャル成長を行うことができ、生産性を上げることができる。
By performing vapor phase growth with the growth conditions of the first growth step and the growth conditions of the second growth step set so as to have the above relationship, a single layer can be obtained under the growth conditions of the first growth step. Reduce the haze level on the surface of the finally obtained epitaxial wafer 13 (surface of the second epitaxial layer 12) compared to the case of growing the epitaxial layer (only the first epitaxial layer) can do. For example, when evaluating the main surface with a DWO channel (Dark Field Wide Oblique) using a light scattering meter (SP3) manufactured by KLA, 2.0 ppm, or even less excellent Haze levels can be obtained.
In addition, by dividing the growth step into two steps of the first growth step and the second growth step with a lower growth rate, a single-layer epitaxial layer can be obtained under the growth conditions of the second growth step with a lower growth rate. Compared to growing layers (growing only the second epitaxial layer), epitaxial growth can be performed more efficiently, and productivity can be improved.
なお、第2の成長時間は、第2のエピタキシャル層12について所望の膜厚が得られるように設定すれば良い。
ただし、この第2のエピタキシャル層12の膜厚と第1のエピタキシャル層11の膜厚の関係において、これらの層の合計膜厚を100とした場合に、第2のエピタキシャル層の膜厚を例えば2.5以上とするのが好ましい(合計膜厚に対する第2のエピタキシャル層の膜厚の割合:2.5%以上)。このようにすることで、ヘイズレベルの改善をより確実なものとすることができる。より好ましくは、第2のエピタキシャル層の膜厚を10以上とすることができる(10%以上)。また、第2のエピタキシャル層の膜厚の上限は100未満であれば良く特に限定されないが、例えば25もあれば(25%)、ヘイズレベルを極めて十分に改善できるし、生産性を大きく損なうこともないので好ましい。
The second growth time should be set so that the second epitaxial layer 12 can have a desired film thickness.
However, in the relationship between the film thickness of the second epitaxial layer 12 and the film thickness of the
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
(実施例1)
直径300mm、主面の面方位が(110)のP型シリコン単結晶ウェーハを複数(3枚)準備して、図3に示す気相成長装置1と同様の構成である、枚葉式の気相成長装置(アプライドマテリアルズ社製装置:センチュラ)を用いて、各シリコン単結晶ウェーハの表面の自然酸化膜を除去後、その表面上に異なる成長条件で2層のシリコン単結晶膜の成膜を行い、エピタキシャルウェーハを製造した。具体的には、以下のような成長条件とした。
<自然酸化膜の除去条件>
水素雰囲気下にて熱処理(熱処理温度:1100℃)
<第1のエピタキシャル層(1層目)の成長条件>
成長温度:1100℃
成長速度:2.5μm/min
膜厚:1.95μm
<第2のエピタキシャル層(2層目)の成長条件>
成長温度:1100℃
成長速度:1.5μm/min
膜厚:0.05μm
<合計膜厚に対する第2のエピタキシャル層の膜厚の割合>
2.5%
EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention, but the present invention is not limited to these.
(Example 1)
A plurality (three) of P-type silicon single crystal wafers having a diameter of 300 mm and a principal plane orientation of (110) were prepared, and a single-wafer type vapor deposition apparatus having the same configuration as the vapor
<Conditions for removing native oxide film>
Heat treatment in a hydrogen atmosphere (heat treatment temperature: 1100°C)
<Growth conditions for the first epitaxial layer (first layer)>
Growth temperature: 1100°C
Growth rate: 2.5 μm/min
Film thickness: 1.95 μm
<Growth Conditions for Second Epitaxial Layer (Second Layer)>
Growth temperature: 1100°C
Growth rate: 1.5 μm/min
Film thickness: 0.05 μm
<Ratio of film thickness of second epitaxial layer to total film thickness>
2.5%
なお、気相成長時、原料ガスとしてトリクロロシランを、キャリアガスとして水素を用いた。原料ガスの供給量は1層目では12slm程度とし、2層目では6slm程度とした。キャリアガスの供給量は90slmとした。パージガスについても水素を選択し、供給量を25slmとした。 Note that trichlorosilane was used as a raw material gas and hydrogen was used as a carrier gas during vapor phase growth. The supply amount of the source gas was about 12 slm for the first layer and about 6 slm for the second layer. The amount of carrier gas supplied was 90 slm. Hydrogen was also selected as the purge gas, and the supply amount was 25 slm.
その後、成長させたエピタキシャル層表面のヘイズを評価した。ヘイズは、ケー・エル・エー社製の光散乱測定器(SP3)を用いてDWOチャンネルにてヘイズレベルを評価した。評価の結果、2.0ppmであった。この評価値は、上記のようにして同一条件で複数(上述の3枚)のエピタキシャルウェーハを製造して、それらのエピタキシャルウェーハについて評価を行って得たヘイズレベルの平均値である。 After that, the haze on the surface of the grown epitaxial layer was evaluated. Haze was evaluated for haze level in a DWO channel using a light scattering meter (SP3) manufactured by KLA. As a result of evaluation, it was 2.0 ppm. This evaluation value is an average value of haze levels obtained by manufacturing a plurality of epitaxial wafers (the above three sheets) under the same conditions as described above and evaluating these epitaxial wafers.
(比較例1)
実施例1と同様のシリコン単結晶ウェーハを同様の枚数だけ準備して、実施例1と同様の装置を用い、実施例1と同様の自然酸化膜除去を行った後に、実施例1の1層目と同様の成長温度、成長速度(1100℃、2.5μm/min)で膜厚2μmの単層のエピタキシャル層(シリコン単結晶膜)を成長させてエピタキシャルウェーハを製造した。このエピタキシャル層は、実施例1で言うところの第1のエピタキシャル層のみの構成なので、<合計膜厚に対する第2のエピタキシャル層の膜厚の割合>は0%である。
なお、比較例1のエピタキシャルウェーハの製造方法の説明図を図4に示し、気相成長時のウェーハの温度プロファイルを図5に示す。
その後、成長させたエピタキシャル層表面のヘイズレベルを実施例1と同様にして評価したところ、2.4ppmであった。
(Comparative example 1)
After preparing the same number of silicon single crystal wafers as in Example 1 and using the same apparatus as in Example 1 to remove the native oxide film in the same manner as in Example 1, one layer of Example 1 was obtained. An epitaxial wafer was manufactured by growing a single epitaxial layer (silicon single crystal film) with a film thickness of 2 μm at the same growth temperature and growth rate (1100° C., 2.5 μm/min). Since this epitaxial layer is composed only of the first epitaxial layer as referred to in Example 1, <the ratio of the thickness of the second epitaxial layer to the total thickness> is 0%.
FIG. 4 shows an explanatory diagram of the method for manufacturing an epitaxial wafer of Comparative Example 1, and FIG. 5 shows the temperature profile of the wafer during vapor phase epitaxy.
After that, when the haze level of the grown epitaxial layer surface was evaluated in the same manner as in Example 1, it was 2.4 ppm.
(比較例2、実施例2~4)
合計膜厚が2μmのところ、<合計膜厚に対する第2のエピタキシャル層の膜厚の割合>は比較例1では0%、実施例1は2.5%であったが、さらに5%、10%、25%、100%と変化させてエピタキシャル層を形成した(順に、実施例2~4、比較例2)。なお、比較例2におけるエピタキシャル層は、実施例1で言うところの第2のエピタキシャル層のみの構成となる。
(Comparative Example 2, Examples 2 to 4)
When the total film thickness was 2 μm, <the ratio of the thickness of the second epitaxial layer to the total film thickness> was 0% in Comparative Example 1 and 2.5% in Example 1. %, 25% and 100% to form an epitaxial layer (Examples 2 to 4 and Comparative Example 2 in order). The epitaxial layer in Comparative Example 2 has a structure of only the second epitaxial layer referred to in Example 1. FIG.
実施例1と同様にしてヘイズレベルを測定した結果、それぞれ、1.8ppm、1.6ppm、1.5ppm、1.4ppmとなりヘイズレベルは改善された。
実施例1-4、比較例1-2のヘイズレベルの評価結果を図6に示す。図6に示すように<合計膜厚に対する第2のエピタキシャル層の膜厚の割合>が2.5%以上にてヘイズレベルは2.0ppm以下に改善できた。ただし、比較例2では、ヘイズレベルの抑制はより確実になったが、成長速度が低いために生産性が実施例4に比べて33%悪化することになったため、有効な製造方法とは言えない。生産性も考慮すると、第2のエピタキシャル層の厚さは2.5%以上25以下%がより好ましく、さらには10%以上25%以下が好ましい。
As a result of measuring the haze level in the same manner as in Example 1, the haze levels were improved to 1.8 ppm, 1.6 ppm, 1.5 ppm and 1.4 ppm, respectively.
FIG. 6 shows the haze level evaluation results of Example 1-4 and Comparative Example 1-2. As shown in FIG. 6, the haze level could be improved to 2.0 ppm or less when <the ratio of the thickness of the second epitaxial layer to the total thickness> was 2.5% or more. However, in Comparative Example 2, although the suppression of the haze level became more reliable, the growth rate was low, and the productivity deteriorated by 33% compared to Example 4. Therefore, it cannot be said to be an effective manufacturing method. do not have. In consideration of productivity, the thickness of the second epitaxial layer is more preferably 2.5% or more and 25% or less, more preferably 10% or more and 25% or less.
尚、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。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiments. The above embodiment is an example, and any device that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and produces similar effects is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
1…枚葉式の気相成長装置、 2…反応容器、 3…サセプタ、
3a…座ぐり、 4…気相成長用ガス導入管、 5…パージガス導入管、
6…排気管、 7a、7b…加熱装置、 8…サセプタ支持部材、
W…シリコン単結晶基板、
11…第1のエピタキシャル層(シリコン単結晶膜)、
12…第2のエピタキシャル層(シリコン単結晶膜)、
13…エピタキシャルウェーハ(シリコンエピタキシャルウェーハ)。
DESCRIPTION OF
3a... spot facing, 4... gas phase growth gas introduction pipe, 5... purge gas introduction pipe,
6
W ... silicon single crystal substrate,
11... First epitaxial layer (silicon single crystal film),
12... Second epitaxial layer (silicon single crystal film),
13... Epitaxial wafer (silicon epitaxial wafer).
Claims (5)
前記半導体基板の表面上に半導体材料の第1のエピタキシャル層を第1の成長温度と第1の成長速度とで成長させる第1の成長ステップと、
前記第1のエピタキシャル層上に半導体材料の第2のエピタキシャル層を、前記第1の成長温度と等しい第2の成長温度と前記第1の成長速度よりも低い第2の成長速度とで成長させる第2の成長ステップと、
を含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。 A method for manufacturing an epitaxial wafer by vapor-phase epitaxial growth of an epitaxial layer on a surface of a semiconductor substrate, comprising:
a first growth step of growing a first epitaxial layer of semiconductor material on the surface of the semiconductor substrate at a first growth temperature and a first growth rate;
Growing a second epitaxial layer of semiconductor material on the first epitaxial layer at a second growth temperature equal to the first growth temperature and a second growth rate lower than the first growth rate. a second growth step;
A method for producing an epitaxial wafer, comprising:
前記第2の成長ステップにおいて成長させる前記第2のエピタキシャル層の膜厚を2.5以上とすることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 When the total thickness of the first epitaxial layer and the second epitaxial layer is 100,
2. The method of manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein the film thickness of said second epitaxial layer grown in said second growth step is 2.5 or more.
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