JP3277726B2 - ２段階エピタキシャル成長方法 - Google Patents
２段階エピタキシャル成長方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高濃度の不純物を含有
する基体上に単結晶層を２段階に分けてエピタキシャル
成長させる方法に関し、更に詳細には単結晶層に対する
基体からの不純物の拡散を抑制した２段階エピタキシャ
ル成長方法に関するものである。
する基体上に単結晶層を２段階に分けてエピタキシャル
成長させる方法に関し、更に詳細には単結晶層に対する
基体からの不純物の拡散を抑制した２段階エピタキシャ
ル成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】不純物、例えばＡs を高濃度でドーピン
グしたＳi ウェハ上に単結晶層をエピタキシャル成長さ
せる場合には、Ａs が単結晶層にオートドーピングする
のを抑制することが一つの課題である。オートドーピン
グとは、基板に含まれている不純物が、基板の加熱によ
り蒸発して、成長中のエピタキシャル層内に取り込まれ
る現象である。オートドーピングを抑制するための手段
の一つとして、２段階エピタキシャル成長方法が実施さ
れている。２段階エピタキシャル成長方法とは、不純物
を高濃度で含む基板上に単結晶層をエピタキシャル成長
させるに当たり、エピタキシャル成長反応の初期段階で
基板表面をエピタキシャル単結晶層で薄く覆った後、一
旦単結晶のエピタキシャル成長反応を中断して、適当な
置換ガスでプロセスチャンバ内の不純物を含むガスを置
換、排出し、気相中の不純物濃度が十分に低くなった時
に再び単結晶のエピタキシャル成長を行う方法である。
グしたＳi ウェハ上に単結晶層をエピタキシャル成長さ
せる場合には、Ａs が単結晶層にオートドーピングする
のを抑制することが一つの課題である。オートドーピン
グとは、基板に含まれている不純物が、基板の加熱によ
り蒸発して、成長中のエピタキシャル層内に取り込まれ
る現象である。オートドーピングを抑制するための手段
の一つとして、２段階エピタキシャル成長方法が実施さ
れている。２段階エピタキシャル成長方法とは、不純物
を高濃度で含む基板上に単結晶層をエピタキシャル成長
させるに当たり、エピタキシャル成長反応の初期段階で
基板表面をエピタキシャル単結晶層で薄く覆った後、一
旦単結晶のエピタキシャル成長反応を中断して、適当な
置換ガスでプロセスチャンバ内の不純物を含むガスを置
換、排出し、気相中の不純物濃度が十分に低くなった時
に再び単結晶のエピタキシャル成長を行う方法である。
【０００３】例えば、Ａs を高濃度で添加したＳi ウェ
ハ上にＰドープトＳi 単結晶をエピタキシャル成長させ
る場合、従来の２段階エピタキシャル成長方法は、図４
に示すような経過時間に対する温度プロファイルに基づ
いて実施されている。尚、縦軸の反応温度は正確にはＳ
i ウェハを載置するサセプタの温度であるが、近似的に
Ｓi ウェハの温度と見なせる。図４中、、及びは
それぞれ以下に説明する第１層のＳi 単結晶の成膜工程
の期間、第２層のＰドープトＳi 単結晶の成膜工程の期
間及びエピタキシャル成長中断工程の期間を示す。
ハ上にＰドープトＳi 単結晶をエピタキシャル成長させ
る場合、従来の２段階エピタキシャル成長方法は、図４
に示すような経過時間に対する温度プロファイルに基づ
いて実施されている。尚、縦軸の反応温度は正確にはＳ
i ウェハを載置するサセプタの温度であるが、近似的に
Ｓi ウェハの温度と見なせる。図４中、、及びは
それぞれ以下に説明する第１層のＳi 単結晶の成膜工程
の期間、第２層のＰドープトＳi 単結晶の成膜工程の期
間及びエピタキシャル成長中断工程の期間を示す。
【０００４】従来の２段階エピタキシャル成長方法で
は、常圧ＣＶＤ装置を使用して、先ず、水素ガス
（Ｈ2 ）をプロセスチャンバに導入して、ウェハを１１
００°C 位に加熱してウェハに前処理を施す。次いで、
１０６５°C 位に降温し、水素ガスにシランガス（Si
H4）を混合した反応ガスをプロセスチャンバに導入し
て、３０秒程度の短い反応時間で膜厚０．１μm の第１
層のＳi 単結晶をＳi ウェハ上に形成する。次に、第１
層のＳi 単結晶層のエピタキシャル成長時とほぼ同じ温
度にウェハを維持しつつエピタキシャル反応を中断して
水素ガスのみを導入し、約１０分〜２０分プロセスチャ
ンバ内を置換、排気し、ウェハから拡散した不純物を排
出する。続いて、所定膜厚の第２層のＰドープトＳi 単
結晶層を第１層のＳi 単結晶層上に形成する。
は、常圧ＣＶＤ装置を使用して、先ず、水素ガス
（Ｈ2 ）をプロセスチャンバに導入して、ウェハを１１
００°C 位に加熱してウェハに前処理を施す。次いで、
１０６５°C 位に降温し、水素ガスにシランガス（Si
H4）を混合した反応ガスをプロセスチャンバに導入し
て、３０秒程度の短い反応時間で膜厚０．１μm の第１
層のＳi 単結晶をＳi ウェハ上に形成する。次に、第１
層のＳi 単結晶層のエピタキシャル成長時とほぼ同じ温
度にウェハを維持しつつエピタキシャル反応を中断して
水素ガスのみを導入し、約１０分〜２０分プロセスチャ
ンバ内を置換、排気し、ウェハから拡散した不純物を排
出する。続いて、所定膜厚の第２層のＰドープトＳi 単
結晶層を第１層のＳi 単結晶層上に形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の２段階
エピタキシャル成長方法では、オートドーピングを満足
できる程度に抑制することが難しく、そのため、半導体
装置の耐圧が低下し、半導体装置の特性が不良となっ
て、製品歩留りの低下を招いていた。
エピタキシャル成長方法では、オートドーピングを満足
できる程度に抑制することが難しく、そのため、半導体
装置の耐圧が低下し、半導体装置の特性が不良となっ
て、製品歩留りの低下を招いていた。
【０００６】よって、本発明の目的は、従来の方法を改
良してオートドーピングを更に抑制できるようにした２
段階エピタキシャル成長方法を提供することである。
良してオートドーピングを更に抑制できるようにした２
段階エピタキシャル成長方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、従
来の２段階エピタキシャル成長方法におけるオートドー
ピング機構を研究した結果、エピタキシャル反応の中断
期間において基板の温度が第１層の単結晶層のエピタキ
シャル成長時の温度と同じ温度に維持されているため
に、オートドーピングが進行することを見い出した。即
ち、第１には、この期間中においても基板温度が高いた
め、基板の裏面、側面等から基板中の不純物が蒸発して
プロセスチャンバ内に熱拡散する。そのため、エピタキ
シャル成長装置のプロセスチャンバからの不純物の排出
が不完全となり、第２層の単結晶層のエピタキシャル成
長時に不純物が第２層の単結晶層に侵入することによ
り、オートドーピングが進行する。また、第２には、中
断期間中、基板温度が高いため、基板と第１層の単結晶
層との界面付近で、不純物が基板から第１層の単結晶層
に熱拡散する。その結果、単結晶層に基板の不純物が存
在することになる。
来の２段階エピタキシャル成長方法におけるオートドー
ピング機構を研究した結果、エピタキシャル反応の中断
期間において基板の温度が第１層の単結晶層のエピタキ
シャル成長時の温度と同じ温度に維持されているため
に、オートドーピングが進行することを見い出した。即
ち、第１には、この期間中においても基板温度が高いた
め、基板の裏面、側面等から基板中の不純物が蒸発して
プロセスチャンバ内に熱拡散する。そのため、エピタキ
シャル成長装置のプロセスチャンバからの不純物の排出
が不完全となり、第２層の単結晶層のエピタキシャル成
長時に不純物が第２層の単結晶層に侵入することによ
り、オートドーピングが進行する。また、第２には、中
断期間中、基板温度が高いため、基板と第１層の単結晶
層との界面付近で、不純物が基板から第１層の単結晶層
に熱拡散する。その結果、単結晶層に基板の不純物が存
在することになる。
【０００８】以上の知見に基づき、上記目的を達成する
ために、本発明に係る２段階エピタキシャル成長方法
は、エピタキシャル成長装置のプロセスチャンバに反応
ガスを導入して、高濃度の不純物を含有する基体上に第
１層の単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、第
１層の単結晶層を形成した後、エピタキシャル成長を中
断してプロセスチャンバに置換ガスを流すエピタキシャ
ル成長中断工程と、次いで、第２層の単結晶層をエピタ
キシャル成長させる工程とを備えた２段階エピタキシャ
ル成長方法において、エピタキシャル成長中断工程中、
第１層の単結晶層のエピタキシャル反応温度より５０°
C から１００°C 低い温度に基体の温度を維持すること
を特徴としている。
ために、本発明に係る２段階エピタキシャル成長方法
は、エピタキシャル成長装置のプロセスチャンバに反応
ガスを導入して、高濃度の不純物を含有する基体上に第
１層の単結晶層をエピタキシャル成長させる工程と、第
１層の単結晶層を形成した後、エピタキシャル成長を中
断してプロセスチャンバに置換ガスを流すエピタキシャ
ル成長中断工程と、次いで、第２層の単結晶層をエピタ
キシャル成長させる工程とを備えた２段階エピタキシャ
ル成長方法において、エピタキシャル成長中断工程中、
第１層の単結晶層のエピタキシャル反応温度より５０°
C から１００°C 低い温度に基体の温度を維持すること
を特徴としている。
【０００９】本発明では、単結晶層をエピタキシャル成
長させるときに、反応ガスに不純物ガスを混合すること
により、単結晶層に不純物をドーピングさせることもで
きる。
長させるときに、反応ガスに不純物ガスを混合すること
により、単結晶層に不純物をドーピングさせることもで
きる。
【００１０】本発明で使用する置換ガスは、基体及び第
１層の単結晶層の特性に影響を与えないガスであれば特
に制約はなく、例えば不活性ガス、水素ガス等を使用で
きる。本発明では、エピタキシャル成長中断工程中の基
体温度を第１層の単結晶層のエピタキシャル反応温度よ
り低下させることにより、基体中の不純物がプロセスチ
ャンバに拡散する速度及び第１層の単結晶層に拡散する
速度を大幅に低減することができる。これにより、従来
の２段階エピタキシャル成長方法に比べてオートドーピ
ングを著しく抑制することができる。本発明において、
エピタキシャル成長中断工程中の温度を第１層の単結晶
層のエピタキシャル反応温度より５０°C から１００°
C 低い温度に規定したのは、５０°C より小さい温度差
であれば、本発明の効果が小さく、また逆に１００°C
より大きい温度差であれば、基体又は単結晶層に歪み等
の変形が生じるおそれがあるからである。
１層の単結晶層の特性に影響を与えないガスであれば特
に制約はなく、例えば不活性ガス、水素ガス等を使用で
きる。本発明では、エピタキシャル成長中断工程中の基
体温度を第１層の単結晶層のエピタキシャル反応温度よ
り低下させることにより、基体中の不純物がプロセスチ
ャンバに拡散する速度及び第１層の単結晶層に拡散する
速度を大幅に低減することができる。これにより、従来
の２段階エピタキシャル成長方法に比べてオートドーピ
ングを著しく抑制することができる。本発明において、
エピタキシャル成長中断工程中の温度を第１層の単結晶
層のエピタキシャル反応温度より５０°C から１００°
C 低い温度に規定したのは、５０°C より小さい温度差
であれば、本発明の効果が小さく、また逆に１００°C
より大きい温度差であれば、基体又は単結晶層に歪み等
の変形が生じるおそれがあるからである。
【００１１】
【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る２段
階エピタキシャル成長方法を実施するエピタキシャル成
長装置（以下、簡単に装置と略称する）１０の構成を示
す概略図である。装置１０は、基本的には図１に示すよ
うに、ベルジャ１２で囲われたチャンバ１４と、チャン
バ１４の中央にほぼ直立するガスノズル１６と、上面に
ウェハＷを載せてガスノズル１６を中心に回転するサセ
プタ１８と、高周波コイル２０とから構成されている。
本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に係る２段
階エピタキシャル成長方法を実施するエピタキシャル成
長装置（以下、簡単に装置と略称する）１０の構成を示
す概略図である。装置１０は、基本的には図１に示すよ
うに、ベルジャ１２で囲われたチャンバ１４と、チャン
バ１４の中央にほぼ直立するガスノズル１６と、上面に
ウェハＷを載せてガスノズル１６を中心に回転するサセ
プタ１８と、高周波コイル２０とから構成されている。
【００１２】ガスノズル１６は、エピタキシャル成長さ
せる単結晶層の組成に応じて、窒素ガス、水素ガス、シ
リコンソースガス及び不純物ガスをチャンバ１４に供給
する。チャンバ１４は、排気孔２２より外部のガス吸引
装置（図示せず）により吸引されて所定の圧力に維持さ
れている。高周波コイル２０は、高周波誘導加熱方式に
よりサセプタ１８を介してウェハＷを加熱する。加熱条
件は、高周波発振機に予め入力されたプログラム上で高
周波出力を設定することにより定められる。高周波出力
の設定は、１回の作業（１バッチ）毎に少なくとも３段
階の設定ができる。例えば、最初の第１段目の出力設定
ではウェハを予熱するような条件を設定し、第２段目の
出力設定では第１層及び第２層の単結晶層のエピタキシ
ャル成長の反応温度になるような条件を設定し、第３段
目の出力設定ではエピタキシャル成長中断工程の温度に
なるような条件を設定する。
せる単結晶層の組成に応じて、窒素ガス、水素ガス、シ
リコンソースガス及び不純物ガスをチャンバ１４に供給
する。チャンバ１４は、排気孔２２より外部のガス吸引
装置（図示せず）により吸引されて所定の圧力に維持さ
れている。高周波コイル２０は、高周波誘導加熱方式に
よりサセプタ１８を介してウェハＷを加熱する。加熱条
件は、高周波発振機に予め入力されたプログラム上で高
周波出力を設定することにより定められる。高周波出力
の設定は、１回の作業（１バッチ）毎に少なくとも３段
階の設定ができる。例えば、最初の第１段目の出力設定
ではウェハを予熱するような条件を設定し、第２段目の
出力設定では第１層及び第２層の単結晶層のエピタキシ
ャル成長の反応温度になるような条件を設定し、第３段
目の出力設定ではエピタキシャル成長中断工程の温度に
なるような条件を設定する。
【００１３】実施例 上述の装置１０を使用して、本発明に係る２段階エピタ
キシャル成長方法を実施した。図２（ａ）及び（ｂ）は
それぞれ本エピタキシャル成長方法の工程毎のウェハの
断面図である。先ず、高濃度でＡs が添加されているウ
ェハ３０を装置１０のサセプタ１８上に載置し、外部の
吸引装置を起動してチャンバ１４をＨ2 ガスで置換した
後、高周波コイル２０によりウェハ３０を約１１００°
C に昇温して、ウェハ３０に前処理に施した。前処理と
は、例えば表面の自然酸化膜を除去することである。次
いで、ウェハ３０の温度を約１０６５°C に降温すると
共にＨ2 ガス、SiH4ガス、PH3 の混合ガスをチャンバ１
４に導入して約０．１μm の膜厚の第１層のＳi 単結晶
３２をウェハ３０上に成膜した（図２（ａ）参照）。こ
の所要時間は約３０秒であった。次に、混合ガスの導入
を中止して、ほぼ同じ流量のＨ2 ガスのみをチャンバ１
４の導入すると共にウェハ３０の温度を約９９５°C に
降温し、その条件で約２０分放置した。続いて、ウェハ
３０の温度を約１０６５°C に昇温すると共にＨ2 ガ
ス、SiH4ガス、PH3 の混合ガスをチャンバ１４に導入し
て所定膜厚の第２層のＰドープトＳi 単結晶３４を第１
層のＳi 単結晶３２上に成膜した。
キシャル成長方法を実施した。図２（ａ）及び（ｂ）は
それぞれ本エピタキシャル成長方法の工程毎のウェハの
断面図である。先ず、高濃度でＡs が添加されているウ
ェハ３０を装置１０のサセプタ１８上に載置し、外部の
吸引装置を起動してチャンバ１４をＨ2 ガスで置換した
後、高周波コイル２０によりウェハ３０を約１１００°
C に昇温して、ウェハ３０に前処理に施した。前処理と
は、例えば表面の自然酸化膜を除去することである。次
いで、ウェハ３０の温度を約１０６５°C に降温すると
共にＨ2 ガス、SiH4ガス、PH3 の混合ガスをチャンバ１
４に導入して約０．１μm の膜厚の第１層のＳi 単結晶
３２をウェハ３０上に成膜した（図２（ａ）参照）。こ
の所要時間は約３０秒であった。次に、混合ガスの導入
を中止して、ほぼ同じ流量のＨ2 ガスのみをチャンバ１
４の導入すると共にウェハ３０の温度を約９９５°C に
降温し、その条件で約２０分放置した。続いて、ウェハ
３０の温度を約１０６５°C に昇温すると共にＨ2 ガ
ス、SiH4ガス、PH3 の混合ガスをチャンバ１４に導入し
て所定膜厚の第２層のＰドープトＳi 単結晶３４を第１
層のＳi 単結晶３２上に成膜した。
【００１４】この実施例の経過時間に対する温度プロフ
ァイルは、図３に示すような曲線である。図３中、、
及びはそれぞれ第１層のＳi 単結晶３２の成膜工程
の期間、第２層のＰドープトＳi 単結晶３４の成膜工程
の期間及びエピタキシャル成長中断工程の期間を示す。
尚、縦軸の反応温度は正確にはＳi ウェハを載置するサ
セプタの温度であるが、近似的にＳi ウェハの温度と見
なせる。本実施例でエピタキシャル成長したＰドープト
Ｓi 単結晶３４は、Ａs のオートドーピングが抑制さ
れ、Ｐが所定の濃度でドーピングされたＳi 単結晶を得
ることができた。
ァイルは、図３に示すような曲線である。図３中、、
及びはそれぞれ第１層のＳi 単結晶３２の成膜工程
の期間、第２層のＰドープトＳi 単結晶３４の成膜工程
の期間及びエピタキシャル成長中断工程の期間を示す。
尚、縦軸の反応温度は正確にはＳi ウェハを載置するサ
セプタの温度であるが、近似的にＳi ウェハの温度と見
なせる。本実施例でエピタキシャル成長したＰドープト
Ｓi 単結晶３４は、Ａs のオートドーピングが抑制さ
れ、Ｐが所定の濃度でドーピングされたＳi 単結晶を得
ることができた。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、２段階エピタキシャル
成長方法において、エピタキシャル成長中断工程中、第
１層の単結晶層のエピタキシャル反応温度より５０°C
から１００°C 低い温度に基体の温度を維持することに
より、基体中の不純物がプロセスチャンバに拡散する速
度及び第１層の単結晶層に拡散する速度を大幅に低減す
ることができる。よって、本発明方法は、従来の２段階
エピタキシャル成長方法に比べてオートドーピングを著
しく抑制することができる。本発明方法を適用すれば、
エピタキシャル成長により所定の単結晶層を形成するこ
とができるので、耐圧が高くなり、その結果、半導体装
置の特性及び製品歩留りが向上する。
成長方法において、エピタキシャル成長中断工程中、第
１層の単結晶層のエピタキシャル反応温度より５０°C
から１００°C 低い温度に基体の温度を維持することに
より、基体中の不純物がプロセスチャンバに拡散する速
度及び第１層の単結晶層に拡散する速度を大幅に低減す
ることができる。よって、本発明方法は、従来の２段階
エピタキシャル成長方法に比べてオートドーピングを著
しく抑制することができる。本発明方法を適用すれば、
エピタキシャル成長により所定の単結晶層を形成するこ
とができるので、耐圧が高くなり、その結果、半導体装
置の特性及び製品歩留りが向上する。
【図１】本発明に係る２段階エピタキシャル成長方法を
実施するエピタキシャル成長装置の構成を示す概略図で
ある。
実施するエピタキシャル成長装置の構成を示す概略図で
ある。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ本エピタキシ
ャル成長方法の工程毎のウェハの断面図である。
ャル成長方法の工程毎のウェハの断面図である。
【図３】本発明方法に係る実施例での経過時間に対する
温度プロファイルである。
温度プロファイルである。
【図４】従来の２段階エピタキシャル成長方法における
経過時間に対する温度プロファイルである。
経過時間に対する温度プロファイルである。
１０ 本発明方法を実施するエピタキシャル成長装置 １２ ベルジャ １４ チャンバ １６ ガスノズル １８ サセプタ ２０ 高周波コイル ２２ 排気孔 ３０ ウェハ ３２ 第１層のＳi 単結晶 ３４ 第２層のＰドープトＳi 単結晶
Claims (2)
- 【請求項１】 エピタキシャル成長装置のプロセスチャ
ンバに反応ガスを導入して、高濃度の不純物を含有する
基体上に第１層の単結晶層をエピタキシャル成長させる
工程と、第１層の単結晶層を形成した後、エピタキシャ
ル成長を中断してプロセスチャンバに置換ガスを流すエ
ピタキシャル成長中断工程と、次いで、第２層の単結晶
層をエピタキシャル成長させる工程とを備えた２段階エ
ピタキシャル成長方法において、 エピタキシャル成長中断工程中、第１層の単結晶層のエ
ピタキシャル反応温度より５０°C から１００°C 低い
温度に基体の温度を維持することを特徴とするエピタキ
シャル成長方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載のエピタキシャル成長方
法において、反応ガスに不純物ガスを混合して、第２層
の単結晶を不純物によりドーピングするようにしたこと
を特徴とする２段階エピタキシャル成長方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27843294A JP3277726B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | ２段階エピタキシャル成長方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27843294A JP3277726B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | ２段階エピタキシャル成長方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08115878A JPH08115878A (ja) | 1996-05-07 |
| JP3277726B2 true JP3277726B2 (ja) | 2002-04-22 |
Family
ID=17597270
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27843294A Expired - Fee Related JP3277726B2 (ja) | 1994-10-18 | 1994-10-18 | ２段階エピタキシャル成長方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3277726B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104995327B (zh) * | 2013-02-18 | 2018-04-03 | 杰富意钢铁株式会社 | 方向性电磁钢板的氮化处理方法及氮化处理装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4850960B2 (ja) | 2010-04-07 | 2012-01-11 | 新日本製鐵株式会社 | エピタキシャル炭化珪素単結晶基板の製造方法 |
-
1994
- 1994-10-18 JP JP27843294A patent/JP3277726B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104995327B (zh) * | 2013-02-18 | 2018-04-03 | 杰富意钢铁株式会社 | 方向性电磁钢板的氮化处理方法及氮化处理装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08115878A (ja) | 1996-05-07 |
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