JP3097107B2 - Epitaxial growth method - Google Patents

Epitaxial growth method

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JP3097107B2 JP02185974A JP18597490A JP3097107B2 JP 3097107 B2 JP3097107 B2 JP 3097107B2 JP 02185974 A JP02185974 A JP 02185974A JP 18597490 A JP18597490 A JP 18597490A JP 3097107 B2 JP3097107 B2 JP 3097107B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリコンウェハース上のシリコンエピタキシ
ャル成長方法に関するものであり、とくに高濃度リン又
はヒ素の埋込拡散層を有するシリコンウェハース上に低
濃度シリコンエピタキシャル成長層を成長する方法に関
するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for epitaxially growing silicon on a silicon wafer, and more particularly to a method for epitaxially growing silicon on a silicon wafer having a buried diffusion layer of high concentration phosphorus or arsenic. It concerns a method of growing a layer.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、この種のエピタキシャル成長方法は第3図に示
すように、1150℃の温度でHClガスを用い、高濃度リン
又はヒ素に埋込されたシリコンウェハース表面をエッチ
ングするガスエッチング工程8を行い、次に1050℃の温
度でSiH4ガスを用い所定のエピタキシャル層の膜厚にな
るまでエピタキシャル成長させるエピタキシャル成長工
程7を行っていた。
Conventionally, in this type of epitaxial growth method, as shown in FIG. 3, a gas etching step 8 for etching the surface of a silicon wafer embedded in high concentration phosphorus or arsenic using HCl gas at a temperature of 1150 ° C. is performed. Then, an epitaxial growth step 7 of epitaxially growing the film to a predetermined thickness using a SiH 4 gas at a temperature of 1050 ° C. was performed.

また、埋込拡散層に高濃度のAs又はP拡散を行った場
合、通常酸化雰囲気中で熱処理を行い所望の深さと不純
物濃度に合せ込む方法を取っている。この方法で埋込拡
散層を形成すると、AsやPの不純物がSi/SiO2界面のシ
リコン側に押し出されて第1図(A)の不純物濃度プロ
ファイルに示すように、シリコンウェハースの表面に異
常に濃度が高い拡散層1が形成されることが一般に知ら
れている。この不純物濃度プロファイルを有する埋込済
みシリコンウェハースを前記従来のエピタキシャル成長
方法で成長すると、第4図のエピタキシャル成長後の不
純物濃度プロファイル9に示すように、エピタキシャル
成長中のオートドーピングにより実質的にエピタキシャ
ル成長層の膜厚が減少していた。
Further, when a high concentration of As or P is diffused in the buried diffusion layer, a method of performing heat treatment in an oxidizing atmosphere to adjust the buried diffusion layer to a desired depth and impurity concentration is adopted. When a buried diffusion layer is formed by this method, impurities such as As and P are pushed out to the silicon side of the Si / SiO 2 interface, and abnormalities appear on the surface of the silicon wafer as shown in the impurity concentration profile of FIG. It is generally known that a diffusion layer 1 having a high concentration is formed. When a buried silicon wafer having this impurity concentration profile is grown by the above-mentioned conventional epitaxial growth method, as shown in the impurity concentration profile 9 after the epitaxial growth in FIG. The thickness was decreasing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来のエピタキシャル成長方法では、As又は
P埋込表面の異常に濃度が高い拡散層を高温のHClガス
によるガスエッチング工程8でエッチングするため、エ
ピ成長装置炉内全体がAs又はPで汚染され、エピタキシ
ャル成長中にオートドーピングが発生していた。低濃度
のエピタキシャル成長を行うと、このオートドーピング
により実質的なエピタキシャル成長層の膜厚が減少し、
特に高密度,高速度半導体素子のように薄いエピタキシ
ャル成長層を用いる場合、半導体素子の特性が劣化する
などの問題があった。
In the above-described conventional epitaxial growth method, the diffusion layer having an abnormally high concentration on the As or P buried surface is etched in the gas etching step 8 using a high-temperature HCl gas. In addition, auto doping occurred during epitaxial growth. When low-concentration epitaxial growth is performed, the thickness of the substantial epitaxial growth layer is reduced by this auto-doping,
In particular, when a thin epitaxial growth layer such as a high-density, high-speed semiconductor device is used, there is a problem that characteristics of the semiconductor device are deteriorated.

本発明の目的はオートドーピングの極めて少ないエピ
タキシャル成長層を形成するエピタキシャル成長方法を
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an epitaxial growth method for forming an epitaxially grown layer with extremely little autodoping.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

前記目的を達成するため、本発明に係るエビタキシャ
ル成長方法は、エッチング工程と、水素ベーク工程と、
層形成工程とを有し、高濃度リン又はヒ素の埋込層が形
成されたシリコンウェハース上に、シリコンエピタキシ
ャル成長層を形成するエピタキシャル成長方法であっ
て、 前記埋込層は、不純物拡散後熱処理を行い形成される
ものであり、内部より濃度が高い表面拡散層を有し、 エッチング工程は、成長温度より低い温度で塩化水素
ガスにより前記表面拡散層をエッチングするものであ
り、 その後行う水素ベーク工程は、成長温度より高い温度
で水素ガスを用いシリコンウェハースを水素ベークする
ものであり、 その後行う層形成工程は、シリコンウェハース表面に
所望の低濃度でエピタキシャル成長層を形成するもので
あり、 前記エッチング工程、前記水素ベーク工程及び前記層
形成工程を連続して同一炉内で行うものである。
In order to achieve the above object, the epitaxial growth method according to the present invention includes an etching step, a hydrogen baking step,
A method for forming a silicon epitaxial growth layer on a silicon wafer on which a high concentration phosphorus or arsenic buried layer is formed, wherein the buried layer is subjected to a heat treatment after impurity diffusion. A surface diffusion layer having a higher concentration than the inside; and the etching step is to etch the surface diffusion layer with a hydrogen chloride gas at a temperature lower than the growth temperature. Hydrogen baking the silicon wafer using hydrogen gas at a temperature higher than the growth temperature.The subsequent layer forming step is to form an epitaxially grown layer at a desired low concentration on the silicon wafer surface. The hydrogen baking step and the layer forming step are continuously performed in the same furnace.

〔作用〕[Action]

高濃度P又はAsの埋込層が形成されたシリコンウェハ
ース上に、シリコンエピタキシャル成長層を形成するに
あたり、まず成長温度より低い温度でHClガスによるシ
リコンウェハース表面をエッチングし、次に成長温度よ
り高い温度で水素ベークを行い、さらに所望の低濃度で
エピタキシャル成長層を形成させる。
In forming a silicon epitaxial growth layer on a silicon wafer on which a buried layer of high concentration P or As is formed, first, a silicon wafer surface is etched with HCl gas at a temperature lower than the growth temperature, and then a temperature higher than the growth temperature. Is performed, and an epitaxial growth layer is formed at a desired low concentration.

〔実施例〕〔Example〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(A)〜(D)は本発明の一実施例における不
純物濃度プロファイルを工程毎に示した図であり、第2
図は本発明の一実施例のエピタキシャル成長方法を模式
的に示した図である。
1 (A) to 1 (D) are diagrams showing the impurity concentration profiles for each step in one embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a diagram schematically showing an epitaxial growth method according to one embodiment of the present invention.

まず、従来方法でシリコンウェハース表面に埋込拡散
層を選択的に形成し、不純物濃度プロファイルをSR法で
測定した結果を第1図(A)に示す。同図から明らかな
ように、埋込層表面に異常に濃度が高い拡散層1がある
ことが確認された。このとき用いたシリコンウェハース
は、導電型がN型で2×1014(cm-3)の不純物濃度を有
するものを使用し、埋込拡散は、不純物源としてPを用
い1×1019(cm-3)の濃度で深さ4.5μmになるように
した。
First, FIG. 1 (A) shows the result of selectively forming a buried diffusion layer on the surface of a silicon wafer by a conventional method and measuring the impurity concentration profile by the SR method. As is clear from the figure, it was confirmed that there was a diffusion layer 1 having an abnormally high concentration on the surface of the buried layer. The silicon wafer used at this time is an N type conductivity type having an impurity concentration of 2 × 10 14 (cm −3 ), and the buried diffusion is 1 × 10 19 (cm 3 ) using P as an impurity source. -3 ) The concentration was adjusted to 4.5 μm in depth.

次に、エピタキシャル成長装置内に前記P埋込済みシ
リコンウェハースをローディングし、950℃の温度でHCl
ガスを用い10分間シリコンウェハース表面を0.3μmガ
スエッチングするガスエッチング工程5を実施し、この
工程終了後シリコンウェハースを取出し、不純物濃度プ
ロファイルを確認した結果を第1図(B)に示す。同図
から明らかなように、エッチングにより埋込拡散時に発
生した異常に濃度が高い拡散層1がエッチングにより除
去され、所望の表面濃度である1×1019(cm-3)の表面
濃度2になっていることがこの実験により確認された。
Next, the P-embedded silicon wafer was loaded into an epitaxial growth apparatus, and HCl was heated at a temperature of 950 ° C.
FIG. 1 (B) shows the result of performing a gas etching step 5 in which the surface of the silicon wafer is gas-etched with a gas by 0.3 μm using a gas for 10 minutes. After the completion of this step, the silicon wafer is taken out and the impurity concentration profile is confirmed. As is apparent from the figure, the diffusion layer 1 having an abnormally high concentration generated during the buried diffusion by the etching is removed by the etching, and the surface concentration 2 of 1 × 10 19 (cm −3 ) which is a desired surface concentration is obtained. This was confirmed by this experiment.

次に、前記ガスエッチング工程5の後に連続して1150
℃の温度でH2ガスを用い10分間水素ベークを行う水素ベ
ーク工程6を実施し、この工程終了後シリコンウェハー
スを取り出し不純物濃度プロファイルを確認した結果を
第1図(C)に示す。同図から明らかなように、高温の
水素ベーク工程6により、表面付近のPが蒸発し、表面
濃度3が1×1018(cm-3)まで低下していることがこの
実験により確認された。
Next, after the gas etching step 5, 1150
FIG. 1 (C) shows the result of hydrogen baking step 6 in which hydrogen baking is performed at a temperature of ° C. for 10 minutes using H 2 gas, and after completion of this step, the silicon wafer is taken out and the impurity concentration profile is confirmed. As is clear from the figure, it was confirmed by this experiment that P in the vicinity of the surface was evaporated by the high-temperature hydrogen baking step 6 and the surface concentration 3 was reduced to 1 × 10 18 (cm −3 ). .

次に、第2図に示すように、ガスエッチング工程5と
水素ベーク工程6とを連続して行い、さらに連続して10
50℃の温度でSiH4ガスを用いエピタキシャル成長を10分
間実施し、エピタキシャル成長工程7の終了後の不純物
濃度プロファイルを測定した。測定した結果は第1図
(D)に示すように、エピタキシャル成長層と基板との
界面4が急峻になっており、エピタキシャル成長層への
オートドーピングがきわめて少ないことがわかる。この
とき用いたガスエッチングと水素ベークとの条件は、前
記実験と同一条件で実施し、エピタキシャル成長時の濃
度は2×1015(cm-3)と低濃度で3μmの成長を実施し
た。
Next, as shown in FIG. 2, a gas etching step 5 and a hydrogen baking step 6 are performed continuously, and
Epitaxial growth was performed at a temperature of 50 ° C. using SiH 4 gas for 10 minutes, and an impurity concentration profile after the completion of the epitaxial growth step 7 was measured. As a result of the measurement, as shown in FIG. 1 (D), the interface 4 between the epitaxial growth layer and the substrate is sharp, and it can be seen that the auto-doping to the epitaxial growth layer is extremely small. The conditions of gas etching and hydrogen baking used at this time were the same as those in the above experiment, and the concentration during epitaxial growth was as low as 2 × 10 15 (cm −3 ) and the growth was 3 μm at a low concentration.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明は、高濃度P又はAs埋込層
が形成されたシリコンウェハース上に、シリコンエピタ
キシャル成長層を形成するにあたり、成長温度より低い
温度でHClガスによるシリコンウェハースをエッチング
し、次に成長温度より高い温度で水素ベークし、さらに
所望の低濃度でエピタキシャル成長することにより、オ
ートドーピングのきわめて少ないエピタキシャル成長層
を形成することができ、特に高密度,高速度半導体素子
の特性が劣化するのを防止できるという効果がある。
As described above, the present invention provides a method for forming a silicon epitaxial growth layer on a silicon wafer on which a high-concentration P or As buried layer is formed, by etching a silicon wafer with HCl gas at a temperature lower than the growth temperature, By performing hydrogen baking at a temperature higher than the growth temperature and then performing epitaxial growth at a desired low concentration, an epitaxial growth layer with very little auto-doping can be formed. In particular, the characteristics of high-density, high-speed semiconductor devices deteriorate. There is an effect that can be prevented.

【図面の簡単な説明】 第1図(A)〜(D)は本発明の一実施例における不純
物濃度プロファイルを工程毎に示した図であり、(A)
は埋込拡散済みの不純物濃度プロファイルを示す図、
(B)はガスエッチング後の不純物濃度プロファイルを
示す図、(C)は水素ベーク後の不純物濃度プロファイ
ルを示す図、(D)はエピタキシャル成長後の不純物濃
度プロファイルを示す図、第2図は本発明のエピタキシ
ャル成長方法を模式的に示した図、第3図は従来のエピ
タキシャル成長方法を模式的に示した図、第4図は従来
のエピタキシャル成長方法で行ったときの不純物濃度プ
ロファイルを示す図である。 5……ガスエッチング工程、6……水素ベーク工程 7……エピタキシャル成長工程
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1 (A) to 1 (D) are diagrams showing an impurity concentration profile for each step in one embodiment of the present invention.
Is a diagram showing an impurity concentration profile after buried diffusion,
(B) is a diagram showing an impurity concentration profile after gas etching, (C) is a diagram showing an impurity concentration profile after hydrogen baking, (D) is a diagram showing an impurity concentration profile after epitaxial growth, and FIG. 2 is the present invention. FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the conventional epitaxial growth method, FIG. 3 is a diagram schematically illustrating the conventional epitaxial growth method, and FIG. 4 is a diagram illustrating an impurity concentration profile when the conventional epitaxial growth method is used. 5 gas etching step, 6 hydrogen baking step 7 epitaxial growth step

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】エッチング工程と、水素ベーク工程と、層
形成工程とを有し、高濃度リン又はヒ素の埋込層が形成
されたシリコンウェハース上に、シリコンエピタキシャ
ル成長層を形成するエピタキシャル成長方法であって、 前記埋込層は、不純物拡散後熱処理を行い形成されるも
のであり、内部より濃度が高い表面拡散層を有し、 エッチング工程は、成長温度より低い温度で塩化水素ガ
スにより前記表面拡散層をエッチングするものであり、 その後行う水素ベーク工程は、成長温度より高い温度で
水素ガスを用いシリコンウェハースを水素ベークするも
のであり、 その後行う層形成工程は、シリコンウェハース表面に所
望の低濃度でエピタキシャル成長層を形成するものであ
り、 前記エッチング工程、前記水素ベーク工程及び前記層形
成工程を連続して同一炉内で行うことを特徴とするエピ
タキシャル成長方法。
1. An epitaxial growth method for forming a silicon epitaxial growth layer on a silicon wafer on which a high concentration phosphorus or arsenic buried layer is formed, comprising an etching step, a hydrogen baking step, and a layer forming step. The buried layer is formed by performing a heat treatment after impurity diffusion, and has a surface diffusion layer having a higher concentration than the inside, and the etching step includes performing the surface diffusion with hydrogen chloride gas at a temperature lower than a growth temperature. The subsequent hydrogen baking step is a step of hydrogen baking the silicon wafer using hydrogen gas at a temperature higher than the growth temperature, and the subsequent layer forming step is a step of forming a desired low concentration on the silicon wafer surface. Forming an epitaxial growth layer by the etching step, the hydrogen baking step, and the layer formation. Epitaxial growth method, which comprises carrying out in the same furnace continuously extent.
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