JP5267361B2 - Epitaxial growth method - Google Patents
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Description
本発明は、エピタキシャル成長方法に関し、さらに詳しくは、得られるエピタキシャルウェーハの平坦度の向上を図ることができるエピタキシャル成長方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial growth method, and more particularly to an epitaxial growth method capable of improving the flatness of an obtained epitaxial wafer.
シリコン半導体デバイスの高集積化は、著しく進んでおり、デバイスを形成する基板のシリコンウェーハ自体の高品質化が一層厳しく要求されている。すなわち、高集積化とともに回路パターンがますます微細化されるため、ウェーハ上のデバイスが形成されるデバイス活性領域では、リーク電流の増大やキャリアのライフタイムの低下原因となる転位等の結晶欠陥および金属系不純物の低減、除去が従来に増して厳しく求められている。かかる要請から結晶欠陥を含まないエピタキシャル層をウェーハ上に成長させたエピタキシャルウェーハが開発され、高集積化デバイスの製造に多く使用されている。 High integration of silicon semiconductor devices is progressing remarkably, and higher quality of the silicon wafer itself of the substrate on which the devices are formed is demanded more severely. In other words, as the circuit pattern becomes finer with higher integration, in the device active region where the device on the wafer is formed, crystal defects such as dislocations that cause an increase in leakage current and a decrease in carrier lifetime and Reduction and removal of metal impurities is more strictly required than ever before. In response to such a demand, an epitaxial wafer in which an epitaxial layer free from crystal defects is grown on the wafer has been developed and is often used in the manufacture of highly integrated devices.
従来、エピタキシャルウェーハの品質規格により、エピタキシャルウェーハの外周から１０ｍｍ以内の領域は、外周除外領域として半導体デバイスの製造には用いられなかったが、最近では、品質規格が定める平坦度は厳しくなり、より平坦で凹凸のないエピタキシャルウェーハが要求される。 Conventionally, the area within 10 mm from the outer periphery of the epitaxial wafer has not been used for the manufacture of semiconductor devices as the outer peripheral exclusion area due to the quality standard of the epitaxial wafer, but recently, the flatness defined by the quality standard has become stricter. An epitaxial wafer that is flat and has no irregularities is required.
さらに、品質規格において外周除外領域への要求が厳しくなり、外周除外領域も徐々に縮小されている。その結果、外周除外領域を外周から２ｍｍとするのが主流となり、エピタキシャルウェーハの外周部についても要求される平坦度を満たす必要が生じている。 Furthermore, the requirement for the outer periphery exclusion area in quality standards has become stricter, and the outer periphery exclusion area has been gradually reduced. As a result, the mainstream of the outer periphery exclusion region is 2 mm from the outer periphery, and the required flatness of the outer peripheral portion of the epitaxial wafer needs to be satisfied.
通常、エピタキシャルウェーハの製造は、化学的気層成膜（ＣＶＤ）法によりウェーハ上にエピタキシャル層を成長させることにより行われる。 In general, an epitaxial wafer is manufactured by growing an epitaxial layer on the wafer by a chemical vapor deposition (CVD) method.
図１は、枚葉式エピタキシャル成長炉を用いてウェーハ上にエピタキシャル層を成長させる状態を説明する模式図である。枚葉式エピタキシャル成長炉は炉内にチャンバー２を有する。チャンバー２は、ウェーハを載置する回転可能なサセプタ３と、炉内を加熱する複数の赤外線ランプ４と、シリコンソースガス流入口５と、シリコンソースガス排出口６を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a state in which an epitaxial layer is grown on a wafer using a single wafer epitaxial growth furnace. The single wafer epitaxial growth furnace has a
ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させる際は、サセプタ３上にウェーハ１を配置し、サセプタ３の駆動に伴いウェーハ１を回転させ（同図の斜線矢印）、エピタキシャル層の成長原料となるシリコンソースガスとキャリアガス（通常はＨ2）をシリコンソースガス流入口５からシリコンソースガス排出口６に給排出する（同図の黒塗り矢印）。この状態で、赤外線ランプ４でチャンバー２内を所定温度に加熱し、シリコンソースガスの熱分解または還元により生成されたＳｉがウェーハ１上に析出することにより、ウェーハ上にエピタキシャル層が成長する。
When the epitaxial layer is grown on the wafer, the wafer 1 is placed on the susceptor 3, and the wafer 1 is rotated in accordance with the driving of the susceptor 3 (shaded arrow in the figure), and the silicon source gas that becomes the growth source of the epitaxial layer And a carrier gas (usually H 2 ) are supplied and discharged from the silicon
Ｓｉを含んだシリコンソースとしては、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、モノシラン（ＳｉＨ4）の４種があげられる。工業的に使用されている原料ガスとしては、主にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）が使用されている。 As the silicon source containing Si, there are four types of silicon tetrachloride (SiCl 4 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), and monosilane (SiH 4 ). Trichlorosilane (SiHCl 3 ) is mainly used as a raw material gas used industrially.
枚葉式エピタキシャル成長炉で、ウェーハ上にエピタキシャル層の成長処理（プロセスレシピ）を行うと、チャンバー内およびサセプタに反応副生成物が付着する。エピタキシャル成長処理を繰り返すと、徐々に、チャンバーやサセプタに反応副生成物が堆積する。この反応副生成物の堆積が許容値を超えるようになると、温度変化による堆積物の伸縮や振動などが原因となって、チャンバーやサセプタから剥がれるようになる。この剥がれた堆積物は微小塵埃となり、ウェーハの表面に付着するようになる。 When an epitaxial layer growth process (process recipe) is performed on a wafer in a single wafer epitaxial growth furnace, reaction by-products adhere to the chamber and the susceptor. When the epitaxial growth process is repeated, reaction by-products are gradually deposited on the chamber and the susceptor. When the deposition of the reaction by-product exceeds an allowable value, the reaction by-product is peeled off from the chamber or the susceptor due to expansion / contraction or vibration of the deposit due to temperature change. The peeled deposit becomes fine dust and adheres to the surface of the wafer.
このような微小塵埃がエピタキシャル層に付着すると、製品欠陥の要因となる。塵埃の付着による製品欠陥を防止するために、エピタキシャル成長炉を用いてエピタキシャル成長させる際に、種々のエピタキシャル成長炉のガスクリーニング方法が提案されている。 When such minute dust adheres to the epitaxial layer, it causes a product defect. To prevent product defects caused by adhesion of dust, when epitaxially grown using epitaxial growth furnace, gas cleaning method of various epitaxial growth furnace has been proposed.
例えば、特許文献１には、チャンバー内に塩化水素ガスと三フッ化塩素ガスとを、個別に時間差をつけて供給し、チャンバー内およびサセプタに付着したシリコン等を排除するエピタキシャル成長炉のガスクリーニング方法が提案されている。すなわち、塩化水素ガスと三フッ化塩素ガスを時間差を持たせて導入することにより、サセプタの表面に付着堆積しているシリコン系付着物を塩化水素ガスの作用で除去するとともに、反応管の内面に付着堆積したシリコン系付着物を三フッ化塩素ガスの作用で除去できるとしている。 For example, Patent Document 1 discloses gas cleaning for an epitaxial growth furnace in which hydrogen chloride gas and chlorine trifluoride gas are separately supplied into a chamber with a time difference, and silicon and the like adhering to the chamber and the susceptor are excluded. A method has been proposed. That is, by introducing hydrogen chloride gas and chlorine trifluoride gas with a time difference, the silicon-based deposits deposited on the surface of the susceptor are removed by the action of hydrogen chloride gas, and the inner surface of the reaction tube It is said that the silicon-based deposits deposited on the surface can be removed by the action of chlorine trifluoride gas.
また、特許文献２の半導体処理装置では、ガスクリーニング等による反応管洗浄を繰り返し行うことにより、反応管壁面には微小亀裂や部分的な残存堆積膜が存在し、反応管の強度低下の要因となる。このため、反応管の外周側を全長にわたって取り囲む保護管を設け、二重管構造を形成することにより、反応管の強度低下を抑制し、装置稼動率を向上させることにしている。
Further, in the semiconductor processing apparatus of
従来の提案のうち、特許文献１のガスクリーニング方法は、エピタキシャル成長炉のクリーニングをエピタキシャル成長処理の間（インライン）で行うことができることから、クリーニング作業を短時間に効率よく実施でき、クリーニング作業の作業性を高めることができる。 Among the conventional proposals, the gas cleaning method of Patent Document 1 can perform the cleaning of the epitaxial growth furnace during the epitaxial growth process (in-line), so that the cleaning operation can be efficiently performed in a short time. Can increase the sex.
ところが、従来の提案のガスクリーニング方法は、クリーニング作業の効率化や作業性を高めること、または装置稼動率を向上させることを指向するものであり、後述するように、エピタキシャルウェーハの高品質化に対応し、エピタキシャル膜厚分布の面内均一化やウェーハ平坦度の確保に対応できるものではない。 However, the conventional gas cleaning method proposed is aimed at improving the efficiency and workability of the cleaning work, or improving the operation rate of the apparatus. As will be described later, the quality of the epitaxial wafer is improved. Correspondingly, it cannot cope with in-plane uniformity of the epitaxial film thickness distribution and ensuring of wafer flatness.
一方、上述したガスクリーニングとは別に、特許文献３で示されるように、エピタキシャル成膜工程において、成長中のエピタキシャル層へサセプタからの不純物が取り込まれて汚染するのを防止するため、サセプタの保持面にシリコン被膜を設けてこのサセプタ内の汚染物質を、前記シリコン被膜内に取り込み、その後このシリコン被膜を剥がして再度シリコン被膜を設ける工程を２回程度繰り返す方法が提案されている。 On the other hand, in addition to the above-described gas cleaning, as shown in Patent Document 3, in the epitaxial film forming process, in order to prevent impurities from being taken in from the susceptor into the growing epitaxial layer, the susceptor holding surface is prevented. There has been proposed a method in which a silicon film is provided on the susceptor and the contaminant in the susceptor is taken into the silicon film, and then the silicon film is peeled off and the silicon film is provided again about twice.
特許文献３で提案される方法では、確かにサセプタからの不純物汚染を低減できる手法として有効であるものの、エピタキシャル膜厚分布の面内均一化やウェーハ平坦度の確保に対応できるものではなかった。 Although the method proposed in Patent Document 3 is effective as a technique capable of reducing impurity contamination from the susceptor, it has not been able to cope with in-plane uniformity of the epitaxial film thickness distribution and ensuring of wafer flatness.
前述の通り、エピタキシャルウェーハの高品質化により、平坦度規格に対する要求が厳しくなっている。また、ウェーハのデバイス使用領域の拡大化にともない、外周の除外領域は縮小傾向となり、外周から２ｍｍとするのが主流になる。このような品質状況の中で、エピタキシャル層の膜厚分布の面内均一化もさることながら、外周領域の平坦度を確保することが重要となる。 As described above, the demand for flatness standards has become stricter due to the higher quality of epitaxial wafers. Further, as the device use area of the wafer is enlarged, the outer peripheral exclusion area tends to be reduced, and the mainstream is 2 mm from the outer periphery. In such a quality situation, it is important to ensure the flatness of the outer peripheral region while achieving in-plane uniformity of the film thickness distribution of the epitaxial layer.
エピタキシャルウェーハの外周領域の平坦度は、基板形状、およびエピタキシャル層の膜厚形状の他に、基板裏面に形成される裏面デポジションが関与し、この裏面デポジションは、エピタキシャル成長時のプロセスガスの流れ込みや、サセプタのポリシリコン膜からの転写により形成されることが明らかとなった。 The flatness of the outer peripheral region of the epitaxial wafer is related to the substrate shape and the film thickness shape of the epitaxial layer, as well as the backside deposition formed on the backside of the substrate. It was also revealed that the susceptor is formed by transfer from the polysilicon film .
図２は、枚葉式エピタキシャル成長炉内でウェーハ上にエピタキシャル層を成長させる際に裏面デポジションが形成される要因を説明する断面図である。枚葉式エピタキシャル成長炉はチャンバー内にポリシリコン膜３ａが被覆したサセプタ３を備えており、ウェーハ１がサセプタ３に配置される。通常、サセプタ３は炭化硅素(ＳiＣ)で構成される。
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the cause of the formation of backside deposition when an epitaxial layer is grown on a wafer in a single wafer epitaxial growth furnace. The single wafer epitaxial growth furnace includes a susceptor 3 covered with a
サセプタ３にウェーハ１を載置した状態で、図示しない赤外線ランプで炉内を加熱し、一定の温度に保ち、シリコンソースガスを供給して、ウェーハ１上にエピタキシャル層１ａを成長させる。裏面デポジション１ｂは、エピタキシャル層１ａの成長とともに、ウェーハ１の裏面縁部に外周部３ｍｍ程度から外側の領域に形成され、外周ほどその量は多くなる。
While the wafer 1 is placed on the susceptor 3, the inside of the furnace is heated by an infrared lamp (not shown), maintained at a constant temperature, and a silicon source gas is supplied to grow an epitaxial layer 1 a on the wafer 1. As the epitaxial layer 1a grows, the
エピタキシャル層１ａの成長の際に、裏面デポジション１ｂは、シリコンソースガスがウェーハ１裏面へ廻り込むこと、およびサセプタ３に施されたポリシリコン膜３ａがウェーハ１裏面へ転写することにより形成される。
During the growth of the epitaxial layer 1a, the
成長した裏面デポジション１ｂは、外周から２ｍｍ程度の位置で最も厚くなり、エピタキシャル層１ａの３％程度の膜厚となる。したがって、裏面デポジション１ｂは、得られるエピタキシャルウェーハの平坦度を低下させる。
The grown
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、裏面デポジションの成長を抑えることにより、得られるエピタキシャルウェーハの平坦度、特に外周領域の平坦度を向上させることができるエピタキシャル成長方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides an epitaxial growth method capable of improving the flatness of an obtained epitaxial wafer, particularly the flatness of an outer peripheral region, by suppressing the growth of backside deposition. The purpose is to do.
本発明者は、上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、エピタキシャル成長炉内のガスクリーニング処理後に行うポリシリコン成膜の条件（処理温度、ポリシリコン膜の膜質）とその後に処理するエピタキシャル成長時の裏面デポジション成長量とには一定の相関があることを確認した。 In order to solve the above problems, the present inventor conducted various tests and made extensive studies. As a result, conditions for forming a polysilicon film after the gas cleaning process in the epitaxial growth furnace (processing temperature, film quality of the polysilicon film ) It was confirmed that there was a certain correlation between the backside deposition growth amount during epitaxial growth and the subsequent processing.
具体的には、ガスクリーニングの後にサセプタに施されるポリシリコン膜の特性に着目し、ポリシリコン膜がウェーハ裏面へ転写する量およびウェーハ裏面に廻り込むシリコンソースガスの量の減少を試みた。 Specifically, paying attention to the characteristics of the polysilicon film applied to the susceptor after gas cleaning, an attempt was made to reduce the amount of the polysilicon film transferred to the wafer back surface and the amount of silicon source gas that wraps around the wafer back surface.
その結果、本発明者は、シリコンソースガスによるサセプタのポリシリコン成膜処理の際に、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズを適正範囲で管理することにより、ポリシリコン膜のウェーハ裏面への転写が少なくなるとともに、ウェーハ裏面に廻り込むシリコンソースガスの量を減少できることを見出した。 As a result, the present inventor managed the grain size of the polysilicon film formed on the surface of the susceptor within an appropriate range during the polysilicon film formation process of the susceptor by using the silicon source gas, so that the wafer back surface of the polysilicon film was It has been found that the amount of silicon source gas that wraps around the back side of the wafer can be reduced while the transfer to the wafer is reduced.
本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記の（１）〜（４）のエピタキシャル成長方法を要旨としている。 The present invention has been completed on the basis of the above findings, and the gist thereof is the following epitaxial growth methods (1) to (4).
（１）エピタキシャル成長炉内に投入したシリコンウェーハを加熱しながらシリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャル成長方法において、エピタキシャル成長炉内に付着したシリコン堆積物を塩化水素含有ガスによりエッチング除去するクリーニング処理工程と、クリーニング処理工程に引き続き、エピタキシャル成長炉内にシリコンソースガスを供給してサセプタ表面にグレーンサイズが０．７μｍ〜０．３μｍのポリシリコン膜を形成するポリシリコン成膜工程とを有することを特徴とする。 (1) In an epitaxial growth method in which a silicon epitaxial layer is vapor-grown on the main surface of a silicon wafer while heating the silicon wafer put into the epitaxial growth furnace, the silicon deposit adhered to the epitaxial growth furnace is etched with a hydrogen chloride-containing gas. A cleaning process to be removed, and a polysilicon film forming process for forming a polysilicon film having a grain size of 0.7 μm to 0.3 μm on the susceptor surface by supplying a silicon source gas into the epitaxial growth furnace following the cleaning process. It is characterized by having.
（２）上記（１）に記載のエピタキシャル成長方法では、前記シリコンソースガスをトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）とし、前記ポリシリコン成膜工程を前記エピタキシャル成長炉の炉内温度を１１４０℃〜１２００℃で行うことができる。
（３）上記（１）に記載のエピタキシャル成長方法では、前記シリコンソースガスをジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）とし、前記ポリシリコン成膜工程を前記エピタキシャル成長炉の炉内温度を１０６０℃〜１１３０℃で行うことができる。
（４）上記（１）〜（４）のいずれかに記載のエピタキシャル成長方法においては、前記ポリシリコン膜の膜厚が０．５μｍ〜２．０μｍであることが望ましい。
(2) In the epitaxial growth method described in the above (1), the silicon source gas and trichlorosilane (SiHCl 3), performs the polysilicon film forming step the furnace temperature of the epitaxial growth furnace at 1140 ° C. to 1200 ° C. be able to.
(3) In the epitaxial growth method described in (1) above, the silicon source gas is dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), and the polysilicon film forming step is performed at a temperature in the epitaxial growth furnace of 1060 ° C. to 1130 ° C. Can be done.
(4) In the epitaxial growth method described in any one of (1) to (4) above, it is desirable that the thickness of the polysilicon film be 0.5 μm to 2.0 μm.
ここで、グレーンサイズは、サセプタ表面に形成されたポリシリコン膜の結晶粒径を意味する。本発明で規定するグレーンサイズは、電子顕微鏡でサセプタのポリシリコン膜の表面を観察し、顕微鏡視野内のポリシリコン膜の結晶粒径を計測し、計測された結晶粒径の平均値により定めるものとする。 Here, the grain size means the crystal grain size of the polysilicon film formed on the susceptor surface. The grain size defined in the present invention is determined by observing the surface of the polysilicon film of the susceptor with an electron microscope, measuring the crystal grain size of the polysilicon film in the microscope field of view, and determining the average value of the measured crystal grain sizes. And
本発明のエピタキシャル成長方法によれば、ポリシリコン成膜処理において、処理条件を制御することにより、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍ〜０．３μｍの適正範囲に調整できる。 According to the epitaxial growth method of the present invention, the port Rishirikon film forming process, by controlling the process conditions, it is possible to adjust the grain size of the polysilicon film formed on the surface of the susceptor within a proper range of 0.7μm~0.3μm .
これによりポリシリコン膜の膜質が最適となり、エピタキシャル成長処理において、サセプタに形成されたポリシリコン膜の転写量、およびシリコンソースガスのウェーハ裏面へ廻り込み量を低減できる。その結果、裏面デポジションの成長を抑えることができるので、得られるエピタキシャルウェーハの平坦度を向上させることができる。 As a result, the film quality of the polysilicon film is optimized, and the amount of transfer of the polysilicon film formed on the susceptor and the amount of silicon source gas wrapping around the wafer back surface can be reduced in the epitaxial growth process. As a result, the growth of backside deposition can be suppressed, and the flatness of the resulting epitaxial wafer can be improved.
図３は、本発明のエピタキシャル成長方法に採用できる、処理サイクルを例示する図である。本発明のエピタキシャル成長方法では、エピタキシャル成長処理の間にインラインでクリーニング処理およびポリシリコン成膜処理を行う。図３に示す処理サイクルでは、２回連続してエピタキシャル成長処理を行ったのち、クリーニング処理を実施する。 FIG. 3 is a diagram illustrating a processing cycle that can be employed in the epitaxial growth method of the present invention. The epitaxial growth method of the present invention, performs a cleaning process and a polysilicon film forming process in-line during the epitaxial growth process. In the processing cycle illustrated in FIG. 3, two times consecutively after performing epitaxial growth process, carrying out the cleaning process.
本発明は、塩化水素ガスによるクリーニング処理およびシリコンソースガスによるサセプタのポリシリコン成膜処理からなる。塩化水素ガスによるクリーニング処理により、チャンバー内およびサセプタに付着したシリコン等を排除する。また、シリコンソースガスによるサセプタのポリシリコン成膜処理により、炭化珪素（ＳｉＣ）からなるサセプタの表面にポリシリコンのコーティングを施す。 The present invention is made of polysilicon film forming process of the susceptor by by torque cleaning process and a silicon source gas to the hydrogen chloride gas. The O torque cleaning process hydrogen chloride gas, to eliminate the silicon or the like adhering to the chamber and the susceptor. In addition, a polysilicon coating is applied to the surface of the susceptor made of silicon carbide (SiC) by a polysilicon film forming process of the susceptor using a silicon source gas.
本発明のエピタキシャル成長方法では、前記図３に示す処理サイクルに限定されるものではなく、クリーニング処理をエピタキシャル成長処理を２回乃至３回以上の複数回繰り返した後に行っても、エピタキシャル成長処理が毎回終わる度に行っても良い。チャンバーやサセプタに堆積した反応副生成物が許容値を超えない範囲であれば良い。 In the epitaxial growth method of the present invention, FIG 3 is not limited to the processing cycle shown, even when the cleaning process after repeating epitaxial growth process twice or three times or more of a plurality of times, ending the epitaxial growth process every time You can go every time. The reaction by-product deposited in the chamber or susceptor may be in a range that does not exceed the allowable value.
本発明のクリーニング処理は、炉内を所定温度（例えば、１１９０℃）に加熱し、塩化水素ガスを一定の時間連続して炉内に流入して行う。サセプタへのポリシリコン成膜処理は、クリーニング処理による塩化水素ガスを排出した後、炉内を所定温度（例えば、１１３０℃）に加熱し、シリコンソースガスを一定の時間連続して炉内に流入して行う。 Cleaning process of the present invention, the predetermined temperature in the furnace (e.g., 1190 ° C.) was heated to carried out by flowing hydrogen chloride gas at certain times continuously furnace. Polysilicon deposition process to susceptor after exhausting the hydrogen chloride gas by cleaning treatment, a predetermined temperature in the furnace (e.g., 1130 ° C.) was heated to, a silicon source gas continuously a certain time in the furnace Inflow.
本発明のエピタキシャル成長方法では、上述のクリーニング処理後に、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍから０．３μｍにする必要がある。 The epitaxial growth method of the present invention, after the above-described cleaning process, it is necessary to 0.3μm the grain size of the polysilicon film formed on the surface of the susceptor from 0.7 [mu] m.
ポリシリコン膜のグレーンサイズが０．７μｍを超えると、膜質は比較的粗面の性状を示し、サセプタのポリシリコン膜がウェーハ裏面へ転写する量およびウェーハ裏面へ廻り込むシリコンソースガスの量が増加してしまう。これにより、裏面デポジションの成長を抑えることができない。 When the grain size of the polysilicon film exceeds 0.7 μm, the film quality shows a relatively rough surface, and the amount of the susceptor polysilicon film transferred to the wafer back surface and the amount of silicon source gas that wraps around the wafer back surface increase. Resulting in. As a result, the growth of backside deposition cannot be suppressed.
一方、ポリシリコン膜のグレーンサイズが０．３μｍ未満になると、膜質は緻密になり過ぎ、ウェーハとサセプタとの密着性が増すので、ウェーハからサセプタを取り出す際には、サセプタのポリシリコン膜とウェーハが粘着し、ポリシリコン膜が剥がれるおそれがあり、製品欠陥を誘発し易くなる。同時に、ウェーハをサセプタに載置する際に、ウェーハがすべり易く、ハンドリング性を悪化させる。 On the other hand, if the grain size of the polysilicon film is less than 0.3 μm, the film quality becomes too dense and the adhesion between the wafer and the susceptor increases, so when removing the susceptor from the wafer, the polysilicon film of the susceptor and the wafer May stick and the polysilicon film may be peeled off, which easily induces product defects. At the same time, when the wafer is placed on the susceptor, the wafer is easily slipped and the handling property is deteriorated.
ポリシリコン膜のグレーンサイズは、使用するシリコンソースガスの種類に応じて、炉内の処理温度や流入時間により調整できる。前述の通り、シリコンソースガスとしては、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）などのシラン系ガスを使用できる。 The grain size of the polysilicon film can be adjusted by the processing temperature in the furnace and the inflow time according to the type of silicon source gas used. As described above, a silane-based gas such as silicon tetrachloride (SiCl 4 ), trichlorosilane (SiHCl 3 ), monosilane (SiH 4 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) can be used as the silicon source gas.
本発明のエピタキシャル成長方法において、例えば、シリコンソースガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）を用いる場合に、ポリシリコン成膜処理での炉内温度を１１４０℃〜１２００℃にするのが望ましい。トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）を用いる場合は、１１４０℃〜１２００℃の温度範囲で管理すれば、特別な設備や処理によらず、サセプタに施すポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍ〜０．３μｍにできる。 In the epitaxial growth method of the present invention, for example, when trichlorosilane (SiHCl 3 ) is used as the silicon source gas, it is desirable that the furnace temperature in the polysilicon film forming process be 1140 ° C. to 1200 ° C. When trichlorosilane (SiHCl 3 ) is used, the grain size of the polysilicon film applied to the susceptor is 0.7 μm to 0.3 μm, regardless of special equipment or processing, if managed in a temperature range of 1140 ° C. to 1200 ° C. Can be.
また、本発明のエピタキシャル成長方法において、例えば、シリコンソースガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）を用いる場合に、ポリシリコン成膜処理での炉内温度を１０６０℃〜１１３０℃にするのが望ましい。ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）を用いる場合は、１０６０℃〜１１３０℃の温度範囲で管理すれば、特別な設備や処理によらず、サセプタに施すポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍ〜０．３μｍにできる。 In the epitaxial growth method of the present invention, for example, when dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) is used as the silicon source gas, it is desirable that the furnace temperature in the polysilicon film forming process be 1060 ° C. to 1130 ° C. When dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) is used, the grain size of the polysilicon film applied to the susceptor is 0.7 μm to 0 μm, regardless of special equipment or treatment, if managed in a temperature range of 1060 ° C. to 1130 ° C. .3 μm.
本発明のエピタキシャル成長方法は、クリーニング処理後のポリシリコン成膜処理において、サセプタに施すポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍ〜０．３μｍにすることにより、エピタキシャル成長処理において、裏面デポジションの成長を抑えることができるので、特にエピタキシャルウェーハ外周領域の平坦度を向上させることができる。 Epitaxial growth method of the present invention, the polysilicon deposition process after cleaning process, by the grain size of the polysilicon film is subjected to a susceptor 0.7Myuemu～0.3Myuemu, in the epitaxial growth process, the growth of the backside deposition Therefore, the flatness of the outer peripheral region of the epitaxial wafer can be improved.
本発明のエピタキシャル成長方法において、ポリシリコン膜の膜厚を０．５μｍ〜２．０μｍにするのが望ましい。ポリシリコン膜の膜厚が０．５μｍ未満であれば、ポリシリコン膜が、ウェーハをサセプタに載置する際に傷つき、剥がれ易い。一方、２．０μｍを超えると、ポリシリコン膜の形成に要する時間が長くなり、生産性が悪化するからである。 In the epitaxial growth method of the present invention, it is desirable that the thickness of the polysilicon film be 0.5 μm to 2.0 μm. If the thickness of the polysilicon film is less than 0.5 μm, the polysilicon film is easily damaged and peeled off when the wafer is placed on the susceptor. On the other hand, when the thickness exceeds 2.0 μm, the time required for forming the polysilicon film becomes long, and the productivity is deteriorated.
本発明の効果を確認するため、本発明のエピタキシャル成長方法によりウェーハ上にエピタキシャル層を成長させ、本発明の有効性を検証した。 In order to confirm the effect of the present invention, an epitaxial layer was grown on the wafer by the epitaxial growth method of the present invention, and the effectiveness of the present invention was verified.
前記図１に示す構造の枚葉式エピタキシャル成長炉を用い、シリコンウェーハ表面にエピタキシャル成長処理を行ったのち、エピタキシャル成長炉外にウェーハを取り出して、インラインでクリーニング処理およびポリシリコン成膜処理（８条件：Ａ〜Ｈ）を行い、エピタキシャル成長炉内にウェーハを投入して、再びエピタキシャル成長処理を施し、供試したウェーハ上にエピタキシャル層を成長させた。その後、供試ウェーハをエピタキシャル成長炉から取り出し、ウェーハ裏面に形成された裏面デポジションの量を測定した。 Using a single-wafer epitaxial growth furnace of the structure shown in FIG. 1, after performing the epitaxial growth process on a silicon wafer surface, take out the wafer in an epitaxial growth furnace outside, inline cleaning process and a polysilicon film forming process (8 Conditions: A to H), the wafer was put into an epitaxial growth furnace, an epitaxial growth process was performed again, and an epitaxial layer was grown on the tested wafer. Thereafter, the test wafer was taken out from the epitaxial growth furnace, and the amount of back surface deposition formed on the back surface of the wafer was measured.
クリーニング処理は、炉内温度を１１９０℃とし塩化水素ガスを２００秒の間流入した。次いでポリシリコン成膜処理は、シリコンソースガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）を用い、その流量は１０（ｓｌｍ）とし、処理時間は５０秒とした。このときの炉内温度を１０５０℃〜１２１０℃の範囲で変化させ、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズを調整した。 Cleaning treatment, and the temperature in the furnace 1190 ° C. and hydrogen chloride gas to flow between 200 seconds. Next, in the polysilicon film forming process, trichlorosilane (SiHCl 3 ) was used as a silicon source gas, the flow rate was 10 (slm), and the processing time was 50 seconds. The furnace temperature at this time was changed in the range of 1050 ° C. to 1210 ° C. to adjust the grain size of the polysilicon film formed on the susceptor surface.
ただし、トリクロロシラン流量の単位「ｓｌｍ」は、ｓｔａｎｄａｒｄ ｌｉｔｅｒ／ｍｉｎ、すなわち、１気圧、０℃における１分間あたりの流量（リットル）を表す。 However, the unit “slm” of the flow rate of trichlorosilane represents standard liter / min, that is, the flow rate (liter) per minute at 1 atm and 0 ° C.
クリーニング処理後のサセプタ表面に形成されたポリシリコン膜のグレーンサイズは、本発明例（Ｂ〜Ｅ）として０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．７μｍに調整し、比較例（Ａ、Ｆ〜Ｈ）として０．２μｍ、０．８μｍ、１．２μｍ、１．７μｍに調整した。また、ポリシリコン膜の膜厚は０．５μｍから２．０μｍの範囲で形成した。 Grain size of the polysilicon film formed on the susceptor surface after cleaning treatment, 0.3 [mu] m as the invention example (B to E), adjusted 0.4 .mu.m, 0.5 [mu] m, in 0.7 [mu] m, comparative example ( A, F to H) were adjusted to 0.2 μm, 0.8 μm, 1.2 μm, and 1.7 μm. The thickness of the polysilicon film was formed in the range of 0.5 μm to 2.0 μm.
サセプタ表面にポリシリコンコートを行った後のエピタキシャル成長処理は、シリコンソースガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）を用い、１１１０℃×１００秒の条件で行い、供試ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させた。その後、供試ウェーハ形成された裏面デポジション量をＦＴＩＲ（Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ＦＴＩＲ ナノメトリクス社製）を用いて測定した。 Epitaxial growth after the polysilicon coating was applied to the susceptor surface was performed under conditions of 1110 ° C. × 100 seconds using trichlorosilane (SiHCl 3 ) as a silicon source gas, and an epitaxial layer was grown on the test wafer. Then, the back surface deposition amount formed on the test wafer was measured using FTIR (Measured by FTIR Nanometrics).
表１に測定結果として、ポリシリコン成膜処理時の炉内の設定温度（℃）と、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズ（μｍ）、さらに裏面デポジションの形成量の比率（％）を示した。ただし、表中の裏面デポジションの形成量の比率（％）は、ポリシリコン膜のグレーンサイズが０．８μｍ（比較例Ｆ）における裏面デポジションの形成量を１００とし、各グレーンサイズにおける裏面デポジションの形成量の比率で表している。 As a measurement result in Table 1, the ratio of the set temperature (° C.) in the furnace during the polysilicon film forming process, the grain size (μm) of the polysilicon film formed on the susceptor surface, and the formation amount of the backside deposition ( %)showed that. However, the ratio (%) of the formation amount of the back surface deposition in the table is that the back surface deposition formation amount is 100 when the grain size of the polysilicon film is 0.8 μm (Comparative Example F). It is expressed as a ratio of the amount of position formation.
ポリシリコン膜のグレーンサイズを０．２μｍとした場合（比較例Ａ）は、ウェーハとポリシリコン膜が粘着し、裏面デポジションの形成量を測定することができなかった。 When the grain size of the polysilicon film was set to 0.2 μm (Comparative Example A), the wafer and the polysilicon film adhered to each other, and the amount of backside deposition formed could not be measured.
表１に示す結果（Ｂ〜Ｈ）から、ポリシリコン膜のグレーンサイズ（μｍ）と裏面デポジションの形成量の比率（％）から、グレーンサイズが小さくなると裏面デポジションの形成量が減少することが確認できた。 From the results shown in Table 1 (B to H), the ratio of the polysilicon film grain size (μm) and the back surface deposition formation amount (%) indicates that the back surface deposition formation amount decreases as the grain size decreases. Was confirmed.
従来、炉内温度１１３０℃の条件でポリシリコン成膜処理が行われており、この場合には、比較例Ｆに示すように、ポリシリコン膜のグレーンサイズは０．８μｍであった。これに対し、本発明例Ｂ〜Ｅは、ポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍから０．３μｍにすることにより、裏面デポジションの形成量を約１５％から２５％低減できる。 Conventionally, a polysilicon film forming process has been performed under a furnace temperature of 1130 ° C. In this case, as shown in Comparative Example F, the grain size of the polysilicon film was 0.8 μm. On the other hand, Examples B to E of the present invention can reduce the formation amount of the back surface deposition by about 15% to 25% by changing the grain size of the polysilicon film from 0.7 μm to 0.3 μm.
表１に示す結果から、本発明のエピタキシャル成長方法を用いると、裏面デポジションの成長を抑えられることができ、エピタキシャルウェーハの外周領域の平坦度を大幅に向上できることが確認できた。 From the results shown in Table 1, it was confirmed that when the epitaxial growth method of the present invention is used, the growth of the back surface deposition can be suppressed and the flatness of the outer peripheral region of the epitaxial wafer can be greatly improved.
次に、ポリシリコン成膜処理工程において、シリコンソースガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）を用い、その流量を１（ｓｌｍ）とし、炉内温度を９８０℃〜１１５０℃の範囲で変化させて、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズを調整した以外は、実施例１と同条件で各処理を行った。その結果を表２に示す。 Next, in the polysilicon film forming process, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) is used as the silicon source gas, the flow rate is set to 1 (slm), and the furnace temperature is changed in the range of 980 ° C. to 1150 ° C. Each treatment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the grain size of the polysilicon film formed on the susceptor surface was adjusted. The results are shown in Table 2.
表２から明らかなように、シリコンソースガスとしてジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）を用いた場合であっても、ポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍ〜０．３μｍにすることにより、実施例１と同様の結果が得られた。 As can be seen from Table 2, even when dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) is used as the silicon source gas, the grain size of the polysilicon film is set to 0.7 μm to 0.3 μm. Results similar to 1 were obtained.
なお、上記の実施の形態では、枚葉式エピタキシャル成長炉を使用した場合を例にして説明したが、これに限定されるものではなく、その他の気相成長装置（バッチ式、パンケーキ型、バレル型等）を用いる場合にも同様に適用可能である。 In the above embodiment, the case where a single-wafer epitaxial growth furnace is used has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and other vapor phase growth apparatuses (batch type, pancake type, The same applies to the case of using a barrel type or the like.
本発明のエピタキシャル成長方法によれば、クリーニング処理後のポリシリコン成膜処理において、サセプタ表面に形成されるポリシリコン膜のグレーンサイズを０．７μｍ〜０．３μｍにする。これによりポリシリコン膜の膜質が適正な緻密さとなり、エピタキシャル成長処理において、サセプタのポリシリコン膜がウェーハ裏面へ転写する量およびウェーハ裏面へ廻り込むシリコンソースガスの量を低減できる。その結果、裏面デポジションの成長を抑えることができ、得られるエピタキシャルウェーハの平坦度を向上させることが可能になる。 According to the epitaxial growth method of the present invention, the polysilicon deposition process after cleaning process, the grain size of the polysilicon film formed on the surface of the susceptor to 0.7Myuemu～0.3Myuemu. As a result, the film quality of the polysilicon film becomes appropriate and the amount of transfer of the polysilicon film of the susceptor to the wafer back surface and the amount of silicon source gas that wraps around the wafer back surface can be reduced in the epitaxial growth process. As a result, the growth of backside deposition can be suppressed, and the flatness of the resulting epitaxial wafer can be improved.
このため、本発明のエピタキシャル成長方法を、エピタキシャルウェーハの製造工程に適用すれば、平坦度が向上したエピタキシャルウェーハを製造することができ、ウェーハのデバイス使用領域の拡大に大きく寄与することができる。 For this reason, if the epitaxial growth method of this invention is applied to the manufacturing process of an epitaxial wafer, the epitaxial wafer with improved flatness can be manufactured, and it can contribute greatly to the expansion of the device use area | region of a wafer.
１：ウェーハ、 １ａ：エピタキシャル層、 １ｂ：裏面デポジション、
２：チャンバー、 ３：サセプタ、 ３ａ：ポリシリコン膜、
４：赤外線ランプ、 ５：シリコンソースガス流入口、
６：シリコンソースガス排出口
1: wafer, 1a: epitaxial layer, 1b: backside deposition,
2: chamber, 3: susceptor, 3a: polysilicon film ,
4: Infrared lamp, 5: Silicon source gas inlet,
6: Silicon source gas outlet
Claims (4)
エピタキシャル成長炉内に付着したシリコン堆積物を塩化水素含有ガスによりエッチング除去するクリーニング処理工程と、
クリーニング処理工程に引き続き、エピタキシャル成長炉内にシリコンソースガスを供給してサセプタ表面にグレーンサイズが０．７μｍ〜０．３μｍのポリシリコン膜を形成するポリシリコン成膜工程とを有することを特徴とするエピタキシャル成長方法。 In the epitaxial growth method in which the silicon epitaxial layer is vapor-phase grown on the main surface of the silicon wafer while heating the silicon wafer put into the epitaxial growth furnace,
A cleaning process for etching and removing silicon deposits adhering to the epitaxial growth furnace with a hydrogen chloride-containing gas;
A polysilicon film forming step for forming a polysilicon film having a grain size of 0.7 μm to 0.3 μm on the surface of the susceptor by supplying a silicon source gas into the epitaxial growth furnace following the cleaning process step. Epitaxial growth method.
前記ポリシリコン成膜工程を前記エピタキシャル成長炉の炉内温度を１１４０℃〜１２００℃で行うことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長方法。 The silicon source gas is trichlorosilane;
2. The epitaxial growth method according to claim 1, wherein the polysilicon film forming step is performed at a temperature of 1140 ° C. to 1200 ° C. in the epitaxial growth furnace.
前記ポリシリコン成膜工程を前記エピタキシャル成長炉の炉内温度を１０６０℃〜１１３０℃で行うことを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長方法。 The silicon source gas is dichlorosilane;
2. The epitaxial growth method according to claim 1, wherein the polysilicon film forming step is performed at a temperature in the epitaxial growth furnace of 1060 ° C. to 1130 ° C. 3.
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