JP2023166655A - エピタキシャルウェーハ - Google Patents
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Abstract
【課題】シリコンウェーハのドーパント濃度や品種などに依存しなくとも、低欠陥のヘテロエピタキシャル膜を有するエピタキシャルウェーハを提供する。【解決手段】シリコン基板上に、シリコンとは異なる半導体材料のエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハであって、前記エピタキシャル膜は、ウェーハ中心部の膜厚を１としたときにウェーハ外周部の膜厚が１未満のものであるエピタキシャルウェーハ。【選択図】図１
Description
本発明は、シリコン基板上に、シリコンとは異なる半導体材料のエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハに関する。
最先端デバイス用ウェーハでは、シリコンゲルマニウムやシリコンカーバイド、ガリウムナイトライドなどシリコン以外の半導体材料も候補として挙がるようになった。しかし、シリコンウェーハ上にヘテロエピタキシャル成長を行う場合、シリコンとエピタキシャル膜の格子定数差に起因する応力が加わり、大きすぎる応力は積層欠陥や貫通転位を引き起こしてしまう問題が起きている。
従来のヘテロエピタキシャル成長においては、応力を抑制するために高濃度ドーパントを含んだ低抵抗シリコンウェーハを使用する方法が提案されている（特許文献１）。しかしながら、ウェーハからのドーパントの外方拡散によるオートドープなど別の問題も生じてしまう。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、シリコン基板のドーパント濃度や品種などに依存しなくとも、低欠陥のヘテロエピタキシャル膜を有するエピタキシャルウェーハを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、シリコン基板上に、シリコンとは異なる半導体材料のエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハであって、
前記エピタキシャル膜は、ウェーハ中心部の膜厚を１としたときにウェーハ外周部の膜厚が１未満のものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する。
前記エピタキシャル膜は、ウェーハ中心部の膜厚を１としたときにウェーハ外周部の膜厚が１未満のものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハを提供する。
このような本発明のエピタキシャルウェーハであれば、シリコン基板のドーパント濃度や品種には依存せずに、積層欠陥密度や貫通転位密度の小さい、低欠陥のヘテロエピタキシャルウェーハとなる。
この場合、前記ウェーハ外周部が、外周から５ｍｍ内側までの範囲のものとすることができ、好ましくは外周から１０ｍｍ内側までの範囲のものとすることができ、さらに好ましくは外周から２０ｍｍ内側までの範囲のものとすることができる。
このようなものであれば、より確実に低欠陥のエピタキシャルウェーハとなる。そして膜厚が１未満となるウェーハ外周部の範囲が広いほど、一層低欠陥なものとなる。
また、前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９５以上１未満のものとすることができ、好ましくは前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９以上１未満のものとすることができ、さらに好ましくは前記ウェーハ外周部の膜厚が０．８以上１未満のものとすることができる。
このようなものであれば、より確実に低欠陥のエピタキシャルウェーハとなる。そしてウェーハ外周部の膜厚がウェーハ中心部の膜厚に比べて薄いほど、一層低欠陥なものとなる。
また、前記エピタキシャル膜は、シリコンゲルマニウム膜、ゲルマニウム膜、シリコンカーバイド膜、およびガリウムナイトライド膜のうちのいずれかであるものとすることができる。
最先端デバイスではこれらの半導体材料が使われているため好適である。
また、前記エピタキシャルウェーハは、直径が３００ｍｍ以上のものとすることができる。
近年ではウェーハの大型化（大口径化）が望まれており、直径が３００ｍｍ以上のものであればこのようなニーズに応えることができる。
本発明のエピタキシャルウェーハであれば、ヘテロエピタキシャル成長での格子定数差による応力を起因とする積層欠陥や貫通転位のような欠陥が極めて低減された、優れた品質のものとなる。
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。
図１は本発明のエピタキシャルウェーハの一例である。図１に示すように、本発明のエピタキシャルウェーハ１はシリコン基板（単結晶基板）２上にエピタキシャル膜３が形成されているものである。
図１は本発明のエピタキシャルウェーハの一例である。図１に示すように、本発明のエピタキシャルウェーハ１はシリコン基板（単結晶基板）２上にエピタキシャル膜３が形成されているものである。
シリコン基板２は特に限定されるものではなく、例えば、チョクラルスキー法やフローティングゾーン法などにより製造されたシリコン単結晶インゴットからウェーハ状に切り出され、ラップ処理や研削処理、エッチング処理、研磨処理等を施したものとすることができる。
また、ドーパントの種類や濃度、品種（抵抗率、直径、厚さ、酸素濃度等）などについても特に限定はなく、適宜決定することができる。本発明はこれらのドーパントの制御に頼らずとも欠陥密度が低減された高品質のものである。
また、シリコン基板２の直径（エピタキシャルウェーハ１の直径）としては例えば３００ｍｍ以上のものとすることができ、さらには４５０ｍｍ以上のものとすることもできる。近年の大口径化の需要に応えられるよう、大きければ大きいほど良く、直径の上限値は特に決められない。また、逆に比較的小さな直径サイズ、例えば２００ｍｍ、あるいはそれ以下のものとすることもできる。
また、ドーパントの種類や濃度、品種（抵抗率、直径、厚さ、酸素濃度等）などについても特に限定はなく、適宜決定することができる。本発明はこれらのドーパントの制御に頼らずとも欠陥密度が低減された高品質のものである。
また、シリコン基板２の直径（エピタキシャルウェーハ１の直径）としては例えば３００ｍｍ以上のものとすることができ、さらには４５０ｍｍ以上のものとすることもできる。近年の大口径化の需要に応えられるよう、大きければ大きいほど良く、直径の上限値は特に決められない。また、逆に比較的小さな直径サイズ、例えば２００ｍｍ、あるいはそれ以下のものとすることもできる。
エピタキシャル膜３は、シリコンとは異なる半導体材料からなるものであればよい（ヘテロエピタキシャル膜）。例えばシリコンゲルマニウム膜、ゲルマニウム膜、シリコンカーバイド膜、およびガリウムナイトライド膜のうちのいずれかとすることができる。このようなものであれば最先端デバイス用のエピタキシャルウェーハとして好適なものとなる。
そしてこのエピタキシャル膜３は、ウェーハ中心部（以下、単に中心部とも言う）の膜厚（膜厚Ａ）を１としたときにウェーハ外周部（以下、単に外周部とも言う）の膜厚（膜厚Ｂ）が１未満という膜厚分布になっている。このように中心部よりも外周部の膜厚が薄くなっていることで、その外周部において格子緩和が発生しづらくなり、エピタキシャル膜３において積層欠陥や貫通転位などの欠陥の密度が小さい優れた品質のものとなる。
このエピタキシャル層３は中心部と外周部の膜厚分布が上記の関係を満たしていればよく、中心部と外周部の間に位置するウェーハ内周部（以下、単に内周部とも言う）などの膜厚分布はどのようであっても良い。例えば、図１に示すように側面から見たときに中心部を含む内周部で一定の膜厚となっており、内周部と外周部の境界付近で外周に向かって膜厚が薄くなり、外周部でその薄い膜厚で一定となっている形状とすることができる。あるいは、図４に示すように側面から見たときに中心部で膜厚が一番厚く、外周に向かって膜厚が徐々に薄くなっていく、すなわち、外周に向かってなだらかに傾斜している形状とすることもできる。
このエピタキシャル層３は中心部と外周部の膜厚分布が上記の関係を満たしていればよく、中心部と外周部の間に位置するウェーハ内周部（以下、単に内周部とも言う）などの膜厚分布はどのようであっても良い。例えば、図１に示すように側面から見たときに中心部を含む内周部で一定の膜厚となっており、内周部と外周部の境界付近で外周に向かって膜厚が薄くなり、外周部でその薄い膜厚で一定となっている形状とすることができる。あるいは、図４に示すように側面から見たときに中心部で膜厚が一番厚く、外周に向かって膜厚が徐々に薄くなっていく、すなわち、外周に向かってなだらかに傾斜している形状とすることもできる。
ここでウェーハ外周部の範囲は特に限定されないが、例えばウェーハの外周から５ｍｍ内側までの範囲であるものとすることができる。中心部に比べて膜厚が薄い外周部がこの程度の範囲で確保されていれば、より確実に低欠陥のエピタキシャルウェーハとすることができる。
そして外周部の範囲が外周から１０ｍｍ内側までの範囲であるのがより好ましく、外周から２０ｍｍ内側までの範囲であるのがさらに一層好ましい。外周部の範囲を広くとるほど欠陥密度を小さくすることができる。
なお、エピタキシャルウェーハ１の直径等に応じて外周部の範囲の大きさは適宜決定することができるが、格子定数差による応力起因の欠陥の低減が目的であるならば、例えば外周から５０ｍｍ内側までの範囲を外周部とすれば基本的に十分である。
そして外周部の範囲が外周から１０ｍｍ内側までの範囲であるのがより好ましく、外周から２０ｍｍ内側までの範囲であるのがさらに一層好ましい。外周部の範囲を広くとるほど欠陥密度を小さくすることができる。
なお、エピタキシャルウェーハ１の直径等に応じて外周部の範囲の大きさは適宜決定することができるが、格子定数差による応力起因の欠陥の低減が目的であるならば、例えば外周から５０ｍｍ内側までの範囲を外周部とすれば基本的に十分である。
また、上記のように中心部の膜厚を１としたときに、外周部の膜厚は１未満であれば良いが、特には０．９５以上１未満とすることができ、この場合、より確実に低欠陥のものとすることができる。
そして外周部の膜厚が０．９以上１未満であるのがより好ましく、０．８以上１未満であるのがさらに一層好ましい。外周部の膜厚が小さいほど欠陥密度を小さくすることができる。
なお、エピタキシャルウェーハ１の直径や、求めるエピタキシャル膜３の膜厚の絶対値等に応じ、中心部の膜厚に対する外周部の膜厚の大きさを決めることができるが（ただし、上記のように１未満）、格子定数差による応力起因の欠陥の低減が目的であるならば、例えば０．６以上１未満とすれば基本的に十分である。
また、中心部の膜厚に対する外周部の膜厚は１未満と述べたが、低欠陥化をより確実なものとするにあたっては０．９９以下が好ましく、０．９８以下であるとさらに好ましい。
そして外周部の膜厚が０．９以上１未満であるのがより好ましく、０．８以上１未満であるのがさらに一層好ましい。外周部の膜厚が小さいほど欠陥密度を小さくすることができる。
なお、エピタキシャルウェーハ１の直径や、求めるエピタキシャル膜３の膜厚の絶対値等に応じ、中心部の膜厚に対する外周部の膜厚の大きさを決めることができるが（ただし、上記のように１未満）、格子定数差による応力起因の欠陥の低減が目的であるならば、例えば０．６以上１未満とすれば基本的に十分である。
また、中心部の膜厚に対する外周部の膜厚は１未満と述べたが、低欠陥化をより確実なものとするにあたっては０．９９以下が好ましく、０．９８以下であるとさらに好ましい。
ところで通常のエピタキシャルウェーハの場合、一般にエピタキシャル膜は膜厚の均一性が求められることから、中心部の膜厚と外周部の膜厚の大きさは基本的には同じ値である。また、ウェーハ外周部ではエピタキシャル層の異常成長が生じやすく、外周部の方が中心部より厚いこともよくある。
次に本発明のエピタキシャルウェーハ１を製造する際に使用することができるエピタキシャル成長装置（ＲＰ－ＣＶＤ装置）について図２を参照しつつ説明する。図２の枚葉式のエピタキシャル成長装置１１は、１枚のシリコン基板２に対してその表面上にシリコン以外の半導体材料のエピタキシャル膜３を気相成長させる装置である。
エピタキシャル成長装置１１は、透明石英部材等から構成されたチャンバー１２を備える。チャンバー１２内には、エピタキシャル成長させるシリコン基板２を載置するためのサセプタ１３が配置されている。サセプタ１３は例えばＳｉＣ製のもの、または黒鉛基材にＳｉＣコートが施されたものなどを用いることができる。サセプタ１３は円盤状に形成されて、上面及び下面が水平となるように配置される。
サセプタ１３の上面には凹形状のザグリ１４が形成されており、このザグリ１４の内部にシリコン基板２が載置される。また、サセプタ１３には裏面まで貫通した複数の貫通孔１５が形成されている。これら貫通孔１５は、例えばシリコン基板２をザグリ１４に出し入れする際に用いるリフトピン１６が挿入される孔であったり、他の用途（例えばエピタキシャルウェーハの裏面にハローと呼ばれるクモリ、面荒れが発生するのを抑制するための孔）であったりする。なお、貫通孔１５の無い型式のサセプタ１３であってもよい。
サセプタ１３の裏面はシャフト１７により支持されている。シャフト１７はその軸線Ｌがサセプタ１３の中心と一致するように設けられる。シャフト１７には、シャフト１７を介してサセプタ１３を軸線Ｌ回りに回転させる駆動部１８が接続されている。
チャンバー１２の上下には、エピタキシャル成長時にシリコン基板２をエピタキシャル反応温度（例えば４００～１２００℃）に加熱するランプ４１、４２が配置されている。
図２の例では、平面視の場合、円状に並ぶランプ群の列が、同心円状に３列配設されている。すなわち、上部では内側列４１ａ、真中列４１ｂ、外側列４１ｃ、下部では内側列４２ａ、真中列４２ｂ、外側列４２ｃが配置されている。ここでは上記のように３列の例を示したが、これに限定されず、２列のみ、あるいは４列以上とすることもできる。
例えば図２とは異なり、図３の平面視に示すようにシリコン基板２に対して２列配置となっており、内側列が１２個、外側列が１２個、それぞれ円状に並んで配置されているようにしてもよい。なお、上部ランプのみ図示しているが、下部ランプも同様の配置となっている。当然、上部および下部、また、内側および外側のランプに関して、その配置位置や本数は図２や図３のパターンに限定されるものではなく、適宜決定することができる。
これらのランプのパワー（出力）は個別に制御可能となっている。したがって、例えば上部と下部とでパワー比（出力比）を変更可能であるし、また、内外の各列同士のパワー比を変更可能でもある。
図２の例では、平面視の場合、円状に並ぶランプ群の列が、同心円状に３列配設されている。すなわち、上部では内側列４１ａ、真中列４１ｂ、外側列４１ｃ、下部では内側列４２ａ、真中列４２ｂ、外側列４２ｃが配置されている。ここでは上記のように３列の例を示したが、これに限定されず、２列のみ、あるいは４列以上とすることもできる。
例えば図２とは異なり、図３の平面視に示すようにシリコン基板２に対して２列配置となっており、内側列が１２個、外側列が１２個、それぞれ円状に並んで配置されているようにしてもよい。なお、上部ランプのみ図示しているが、下部ランプも同様の配置となっている。当然、上部および下部、また、内側および外側のランプに関して、その配置位置や本数は図２や図３のパターンに限定されるものではなく、適宜決定することができる。
これらのランプのパワー（出力）は個別に制御可能となっている。したがって、例えば上部と下部とでパワー比（出力比）を変更可能であるし、また、内外の各列同士のパワー比を変更可能でもある。
チャンバー１２の水平方向における一端側には、ガス供給口１９が設けられ、そのガス供給口１９が設けられた側と反対側にはガス排出口２０が設けられている。ガス供給口１９からは、エピタキシャル膜３の原料となる原料ガス、キャリアガス（例えば水素）、エピタキシャル膜２の導電型や導電率を調整するためのドーパントガス（例えばボロンやリンを含むガス）を含む処理ガスＧが導入される。
原料ガスとしては、シリコンゲルマニウム膜の場合、ＳｉＨ４又はＳｉＨ２Ｃｌ２と、ＧｅＨ４などが挙げられる。ゲルマニウム膜の場合、ＧｅＨ４などが挙げられる。シリコンカーバイド膜の場合、ＳｉＨ４又はＳｉＨ２Ｃｌ２と、Ｃ３Ｈ８などが挙げられる。ガリウムナイトライド膜の場合、ＧａＣｌと、ＮＨ３などが挙げられる。
が挙げられる。
ガス供給口１９から供給された処理ガスＧは、チャンバー１２の内部空間にて略水平に回転保持されるシリコン基板２の表面に沿って流れる。その後、処理ガスＧは、ガス排出口２０からチャンバー１２外に排出される。
原料ガスとしては、シリコンゲルマニウム膜の場合、ＳｉＨ４又はＳｉＨ２Ｃｌ２と、ＧｅＨ４などが挙げられる。ゲルマニウム膜の場合、ＧｅＨ４などが挙げられる。シリコンカーバイド膜の場合、ＳｉＨ４又はＳｉＨ２Ｃｌ２と、Ｃ３Ｈ８などが挙げられる。ガリウムナイトライド膜の場合、ＧａＣｌと、ＮＨ３などが挙げられる。
が挙げられる。
ガス供給口１９から供給された処理ガスＧは、チャンバー１２の内部空間にて略水平に回転保持されるシリコン基板２の表面に沿って流れる。その後、処理ガスＧは、ガス排出口２０からチャンバー１２外に排出される。
そして、エピタキシャル成長を行う場合、予めチャンバー１２にガス供給口１９から水素ガスを導入しておき、その後、シリコン基板２をチャンバー１２内に投入して、サセプタ１３のザグリ１４に載置する。次に、サセプタ１３に載置されたシリコン基板２をランプ４１ａ～４１ｃ、４２ａ～４２ｃにより熱処理温度（例えば１０５０～１２００℃）まで加熱して、水素ガスによりシリコン基板２の表面に形成されている自然酸化膜を除去する為の気相エッチングを行う。
次に、駆動部１８によりサセプタ１３及びこれに載置されたシリコン基板２を回転させ、かつ、シリコン基板２の温度が所定の反応温度（例えば１０５０～１１８０℃）となるようランプ４１、４２のパワーを制御しつつ、ガス供給口１９から処理ガスＧを供給することによって、所定膜厚のエピタキシャル膜３を気相成長させエピタキシャルウェーハ１を得る。
なお、本発明のエピタキシャルウェーハ１のエピタキシャル膜３のような外周部の膜厚が中心部の膜厚Ａに比べて薄い膜厚分布は、例えば、エピタキシャル成長装置１１のランプ４１、４２の出力を調整することによって得られる。ここでは簡単のため図３のようにランプの列が同心円状に内側と外側の２列配置の場合について説明する。
つまり、ランプ加熱の出力比に関して、
「膜厚が薄い外周部の範囲が一定で、外周部の膜厚を１未満の範囲（中心部の膜厚＝１）でより一層薄くしたい場合」
上部ランプ４１：内側＞外側、かつ、
下部ランプ４２：内側＜外側
とし、
上部ランプ４１：内側の割合を大きく、かつ、
下部ランプ４２：内側の割合を大きくする。
このようにすると、外周部の膜厚をより薄くすることができる。
つまり、ランプ加熱の出力比に関して、
「膜厚が薄い外周部の範囲が一定で、外周部の膜厚を１未満の範囲（中心部の膜厚＝１）でより一層薄くしたい場合」
上部ランプ４１：内側＞外側、かつ、
下部ランプ４２：内側＜外側
とし、
上部ランプ４１：内側の割合を大きく、かつ、
下部ランプ４２：内側の割合を大きくする。
このようにすると、外周部の膜厚をより薄くすることができる。
「外周部の膜厚が１未満の範囲（中心部の膜厚＝１）で一定で、外周部の範囲をより一層広くしたい場合」
上部ランプ４１：内側＞外側、かつ、
下部ランプ４２：内側＜外側
とし、
上部ランプ４１：内側の割合をより大きく、かつ、
下部ランプ４２：内側の割合をより大きくする。
このようにすると、膜厚が薄い外周部の範囲をより広くすることができる。
上部ランプ４１：内側＞外側、かつ、
下部ランプ４２：内側＜外側
とし、
上部ランプ４１：内側の割合をより大きく、かつ、
下部ランプ４２：内側の割合をより大きくする。
このようにすると、膜厚が薄い外周部の範囲をより広くすることができる。
なお、図２のように３列（内側列：４１ａ、４２ａ、真中列：４１ｂ、４２ｂ、外側列：４１ｃ、４２ｃ）の場合でも、例えば４１ａ、４２ａのみ内側のランプとして扱い、４１ｂ、４２ｂ、４１ｃ、４２ｃを外側のランプとして扱うことができる。４列以上の場合も同様に適宜設定できる。
上記のように内側と外側のランプの出力の大小関係を調整することで、中心部に対する外周部の膜厚比や、その外周部の範囲を調整することができるが、具体的な出力比については使用する装置１１やシリコン基板２の大きさ等によって変わる。また上記相関関係からわかるように外周部の膜厚の薄さの度合いと外周部の範囲の広さの度合いは、共にランプの出力比で変化するので、実際に本発明のエピタキシャルウェーハ１を製造する場合は、エピタキシャル膜の所望の条件に応じて、上記の相関関係を参考にしつつランプの出力比を適宜設定すれば良い。
一例として、ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製ＣＥＮＴＵＲＡ（ランプは内側列と外側列の２列配置）を用いて直径３００ｍｍのシリコン基板２にエピタキシャル膜３（シリコンゲルマニウム膜）を６５０℃で気相成長させるケースを挙げると、
外周部が外周から１０ｍｍ内側までの範囲で固定した場合で、
中心部の膜厚が１のときの外周部の膜厚を０．９５～０．９８にするには、
上部ランプ４１：内側（５１～６０％）＞外側（４９～４０％）、かつ、
下部ランプ４２：内側（２６～３０％）＜外側（７５～７０％）
とすることができ、
外周部の膜厚を０．９０～０．９８にするには、
上部ランプ４１：内側（６１～７５％）＞外側（３９～２５％）、かつ、
下部ランプ４２：内側（３１～３４％）＜外側（７１～６６％）
とすることができ、
外周部の膜厚を０．８０～０．９８にするには、
上部ランプ４１：内側（７６～８０％）＞外側（２４～２０％）、かつ、
下部ランプ４２：内側（３５～３８％）＜外側（６５～６０％）
とすることができる。
外周部が外周から１０ｍｍ内側までの範囲で固定した場合で、
中心部の膜厚が１のときの外周部の膜厚を０．９５～０．９８にするには、
上部ランプ４１：内側（５１～６０％）＞外側（４９～４０％）、かつ、
下部ランプ４２：内側（２６～３０％）＜外側（７５～７０％）
とすることができ、
外周部の膜厚を０．９０～０．９８にするには、
上部ランプ４１：内側（６１～７５％）＞外側（３９～２５％）、かつ、
下部ランプ４２：内側（３１～３４％）＜外側（７１～６６％）
とすることができ、
外周部の膜厚を０．８０～０．９８にするには、
上部ランプ４１：内側（７６～８０％）＞外側（２４～２０％）、かつ、
下部ランプ４２：内側（３５～３８％）＜外側（６５～６０％）
とすることができる。
以下、実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
直径３００ｍｍシリコン基板上にエピタキシャル成長装置（ＲＰ－ＣＶＤ装置：ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製ＣＥＮＴＵＲＡ）（ランプは内側列と外側列の２列配置）を使用して、原料ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２とＧｅＨ４を含有する混合ガス雰囲気にて、シリコンゲルマニウムエピタキシャル膜を形成し、エピタキシャル膜の中心部の膜厚が３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２８．５－２９．５ｎｍ（中心部の膜厚に対する外周部の膜厚の比率：０．９５－０．９８）となるように成膜したところ、欠陥密度は０．０６／ｃｍ２となった。
なお、エピタキシャル膜の膜厚は分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌａｍ社製Ｍ２０００）を用いて測定した。
また欠陥密度は、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ３を用いて測定した。
（実施例１）
直径３００ｍｍシリコン基板上にエピタキシャル成長装置（ＲＰ－ＣＶＤ装置：ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ社製ＣＥＮＴＵＲＡ）（ランプは内側列と外側列の２列配置）を使用して、原料ガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２とＧｅＨ４を含有する混合ガス雰囲気にて、シリコンゲルマニウムエピタキシャル膜を形成し、エピタキシャル膜の中心部の膜厚が３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２８．５－２９．５ｎｍ（中心部の膜厚に対する外周部の膜厚の比率：０．９５－０．９８）となるように成膜したところ、欠陥密度は０．０６／ｃｍ２となった。
なお、エピタキシャル膜の膜厚は分光エリプソメーター（Ｊ．Ａ．Ｗｏｏｌａｍ社製Ｍ２０００）を用いて測定した。
また欠陥密度は、ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ３を用いて測定した。
（実施例２）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２７．０－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．９０－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．０６／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２７．０－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．９０－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．０６／ｃｍ２となった。
（実施例３）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２４．０－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．８０－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．０４／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２４．０－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．８０－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．０４／ｃｍ２となった。
（実施例４）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から２０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２８．５－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．９５－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．０５／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から２０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２８．５－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．９５－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．０５／ｃｍ２となった。
（実施例５）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から５ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２８．５－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．９５－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．１２／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から５ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を２８．５－２９．５ｎｍ（膜厚比率：０．９５－０．９８）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は０．１２／ｃｍ２となった。
（比較例１）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から５ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を３０．０－３１．５ｎｍ（膜厚比率：１－１．０５）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は２．５２／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から５ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を３０．０－３１．５ｎｍ（膜厚比率：１－１．０５）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は２．５２／ｃｍ２となった。
（比較例２）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を３０．０－３１．５ｎｍ（膜厚比率：１－１．０５）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は５．３２／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から１０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を３０．０－３１．５ｎｍ（膜厚比率：１－１．０５）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は５．３２／ｃｍ２となった。
（比較例３）
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から２０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を３０．０－３１．５ｎｍ（膜厚比率：１－１．０５）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は７．３７／ｃｍ２となった。
評価するエピタキシャルウェーハとして、エピタキシャル膜の中心部の膜厚を３０ｎｍ、外周部（外周から２０ｍｍ内側までの範囲）の膜厚を３０．０－３１．５ｎｍ（膜厚比率：１－１．０５）となるように成膜する以外は実施例１と同じ条件でエピタキシャルウェーハを成膜したところ、欠陥密度は７．３７／ｃｍ２となった。
各例の成膜条件と測定結果を表１に示す。すなわち各例ごとに、
（１）上部（Ｔｏｐ Ｓｉｄｅ）における内側ランプ（Ｉｎｎｅｒ Ｐｏｗｅｒ）と外側ランプ（Ｏｕｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ）の出力比
（２）下部（Ｂｏｔｔｏｍ Ｓｉｄｅ）における内側ランプと外側ランプの出力比
（３）中心部の膜厚に対する外周部の膜厚の比率（外周部膜厚／中心部膜厚）
（４）外周部の範囲
（５）欠陥密度
を示す。なお、実施例１は重複して記載している。また、（１）（２）については、内側ランプと外側ランプの大小関係が分かりやすいように等号や不等号も記している。
（１）上部（Ｔｏｐ Ｓｉｄｅ）における内側ランプ（Ｉｎｎｅｒ Ｐｏｗｅｒ）と外側ランプ（Ｏｕｔｅｒ Ｐｏｗｅｒ）の出力比
（２）下部（Ｂｏｔｔｏｍ Ｓｉｄｅ）における内側ランプと外側ランプの出力比
（３）中心部の膜厚に対する外周部の膜厚の比率（外周部膜厚／中心部膜厚）
（４）外周部の範囲
（５）欠陥密度
を示す。なお、実施例１は重複して記載している。また、（１）（２）については、内側ランプと外側ランプの大小関係が分かりやすいように等号や不等号も記している。
また、（３）～（５）については、別のまとめ方をしたものを表２に示す。（３）については外周部の膜厚値自体も示す。太枠で囲った箇所の数値は（５）の欠陥密度である。
表１、表２から、膜厚比率、外周部の範囲、欠陥密度について特には以下の関係が確認できた。
まず、各実施例と各比較例を比較した。
内側ランプと外側ランプの出力比の大小関係に関して、各実施例と各比較例は、下部ランプではいずれも「内側＜外側」とし、一方で上部ランプでは各実施例は「内側＞外側」としたのに対し、比較例１では「内側＝外側」、比較例２、３では「内側＜外側」とした。そして欠陥密度は、各実施例では０．０４～０．１２／ｃｍ２であるのに対し、各比較例では２．５２～７．３７／ｃｍ２であり、各実施例は各比較例に対して桁違いの低欠陥であった。内側ランプと外側ランプの出力比の調整が欠陥密度の低減化に有効であることが分かる。
まず、各実施例と各比較例を比較した。
内側ランプと外側ランプの出力比の大小関係に関して、各実施例と各比較例は、下部ランプではいずれも「内側＜外側」とし、一方で上部ランプでは各実施例は「内側＞外側」としたのに対し、比較例１では「内側＝外側」、比較例２、３では「内側＜外側」とした。そして欠陥密度は、各実施例では０．０４～０．１２／ｃｍ２であるのに対し、各比較例では２．５２～７．３７／ｃｍ２であり、各実施例は各比較例に対して桁違いの低欠陥であった。内側ランプと外側ランプの出力比の調整が欠陥密度の低減化に有効であることが分かる。
また、各実施例同士を比較した。
膜厚比率がいずれも同じ（０．９５～０．９８）で外周部の範囲が５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍの実施例５、１、４では、欠陥密度が０．１２／ｃｍ２、０．０６／ｃｍ２、０．０５／ｃｍ２であり、外周部の範囲が広くなるほど欠陥密度が低減化する傾向が見られた。
なお、実施例５、１、４は、上部ランプが出力比について「内側＞外側」で、かつ、下部ランプが「内側＜外側」のところ、上部や下部の内側ランプの出力比が高くなるほど外周部の範囲が広くなる傾向が見られた。
膜厚比率がいずれも同じ（０．９５～０．９８）で外周部の範囲が５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍの実施例５、１、４では、欠陥密度が０．１２／ｃｍ２、０．０６／ｃｍ２、０．０５／ｃｍ２であり、外周部の範囲が広くなるほど欠陥密度が低減化する傾向が見られた。
なお、実施例５、１、４は、上部ランプが出力比について「内側＞外側」で、かつ、下部ランプが「内側＜外側」のところ、上部や下部の内側ランプの出力比が高くなるほど外周部の範囲が広くなる傾向が見られた。
外周部の範囲がいずれも同じ（１０ｍｍ）で膜厚比率が０．９５～０．９８、０．９０～０．９８、０．８０～０．９８の実施例１、２、３では、欠陥密度が０．０６／ｃｍ２、０．０６／ｃｍ２、０．０４／ｃｍ２であり、膜厚比率がより小さい、すなわち、外周部の膜厚が中心部の膜厚に比べて薄くなるほど欠陥密度が低減化する傾向が見られた。
なお、実施例１、２、３は、上部ランプが出力比について「内側＞外側」で、かつ、下部ランプが「内側＜外側」のところ、上部や下部の内側ランプの出力比が高くなるほど膜厚比率がより低くなる傾向が見られた。
なお、実施例１、２、３は、上部ランプが出力比について「内側＞外側」で、かつ、下部ランプが「内側＜外側」のところ、上部や下部の内側ランプの出力比が高くなるほど膜厚比率がより低くなる傾向が見られた。
本明細書は、以下の態様を包含する。
［１］： シリコン基板上に、シリコンとは異なる半導体材料のエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハであって、
前記エピタキシャル膜は、ウェーハ中心部の膜厚を１としたときにウェーハ外周部の膜厚が１未満のものであるエピタキシャルウェーハ。
［２］： 前記ウェーハ外周部が、外周から５ｍｍ内側までの範囲のものである上記［１］のエピタキシャルウェーハ。
［３］： 前記ウェーハ外周部が、外周から１０ｍｍ内側までの範囲のものである上記［１］のエピタキシャルウェーハ。
［４］： 前記ウェーハ外周部が、外周から２０ｍｍ内側までの範囲のものである上記［１］のエピタキシャルウェーハ。
［５］： 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９５以上１未満のものである上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［６］： 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９以上１未満のものである上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［７］： 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．８以上１未満のものである上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［８］： 前記エピタキシャル膜は、シリコンゲルマニウム膜、ゲルマニウム膜、シリコンカーバイド膜、およびガリウムナイトライド膜のうちのいずれかである上記［１］から上記［７］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［９］： 前記エピタキシャルウェーハは、直径が３００ｍｍ以上のものである上記［１］から上記［８］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［１］： シリコン基板上に、シリコンとは異なる半導体材料のエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハであって、
前記エピタキシャル膜は、ウェーハ中心部の膜厚を１としたときにウェーハ外周部の膜厚が１未満のものであるエピタキシャルウェーハ。
［２］： 前記ウェーハ外周部が、外周から５ｍｍ内側までの範囲のものである上記［１］のエピタキシャルウェーハ。
［３］： 前記ウェーハ外周部が、外周から１０ｍｍ内側までの範囲のものである上記［１］のエピタキシャルウェーハ。
［４］： 前記ウェーハ外周部が、外周から２０ｍｍ内側までの範囲のものである上記［１］のエピタキシャルウェーハ。
［５］： 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９５以上１未満のものである上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［６］： 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９以上１未満のものである上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［７］： 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．８以上１未満のものである上記［１］から上記［４］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［８］： 前記エピタキシャル膜は、シリコンゲルマニウム膜、ゲルマニウム膜、シリコンカーバイド膜、およびガリウムナイトライド膜のうちのいずれかである上記［１］から上記［７］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
［９］： 前記エピタキシャルウェーハは、直径が３００ｍｍ以上のものである上記［１］から上記［８］のいずれかのエピタキシャルウェーハ。
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。
１…本発明のエピタキシャルウェーハ、 ２…シリコン基板、
３…エピタキシャル膜、
１１…エピタキシャル成長装置、 １２…チャンバー、 １３…サセプタ、
１４…ザグリ、 １５…貫通孔、 １６…リフトピン、 １７…シャフト、
１８…駆動部、 １９…ガス供給口、 ２０…ガス排出口、
４１（４１ａ～４１ｃ）、４２（４２ａ～４２ｃ）…ランプ、
Ａ…中心部の膜厚、 Ｂ…外周部の膜厚、 Ｌ…シャフトの軸線、 Ｇ…処理ガス。
３…エピタキシャル膜、
１１…エピタキシャル成長装置、 １２…チャンバー、 １３…サセプタ、
１４…ザグリ、 １５…貫通孔、 １６…リフトピン、 １７…シャフト、
１８…駆動部、 １９…ガス供給口、 ２０…ガス排出口、
４１（４１ａ～４１ｃ）、４２（４２ａ～４２ｃ）…ランプ、
Ａ…中心部の膜厚、 Ｂ…外周部の膜厚、 Ｌ…シャフトの軸線、 Ｇ…処理ガス。
Claims (9)
- シリコン基板上に、シリコンとは異なる半導体材料のエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハであって、
前記エピタキシャル膜は、ウェーハ中心部の膜厚を１としたときにウェーハ外周部の膜厚が１未満のものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。 - 前記ウェーハ外周部が、外周から５ｍｍ内側までの範囲のものであ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。
- 前記ウェーハ外周部が、外周から１０ｍｍ内側までの範囲のものであ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。
- 前記ウェーハ外周部が、外周から２０ｍｍ内側までの範囲のものであ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。
- 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９５以上１未満のものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ。
- 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．９以上１未満のものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ。
- 前記エピタキシャル膜は、前記ウェーハ外周部の膜厚が０．８以上１未満のものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ。
- 前記エピタキシャル膜は、シリコンゲルマニウム膜、ゲルマニウム膜、シリコンカーバイド膜、およびガリウムナイトライド膜のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ。
- 前記エピタキシャルウェーハは、直径が３００ｍｍ以上のものであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ。
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