JP7347350B2 - Method for setting epitaxial growth conditions and method for manufacturing epitaxial wafers - Google Patents

Method for setting epitaxial growth conditions and method for manufacturing epitaxial wafers Download PDF

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本発明は、反応容器内に、水素(H)で希釈したモノシラン(SiH)ガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長するときの、エピタキシャル成長条件の設定方法及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 In the present invention, monosilane (SiH 4 ) gas diluted with hydrogen (H 2 ) is introduced into a reaction vessel, and single crystal silicon is epitaxially grown on a growth substrate made of a group IV element including silicon under reduced pressure. The present invention relates to a method of setting epitaxial growth conditions and a method of manufacturing an epitaxial wafer.

シリコンの単結晶の製造には、チョクラルスキー法(以下、CZ法という)及びフローティングゾーン法(以下、FZ法という)という結晶成長方法があり、それぞれの方法で形成した単結晶を切り出し研磨することでシリコン基板(ウェーハ)として用いている。しかしながら、結晶育成過程で点欠陥や酸素などが導入され、これらが半導体素子の電気特性に影響することから、CZ法で作製されたシリコン基板上にシラン系のガスを用いたエピタキシャル成長により高純度な単結晶シリコン層を形成した、エピタキシャルウェーハも使用されている。 There are two crystal growth methods for producing silicon single crystals: the Czochralski method (hereinafter referred to as the CZ method) and the floating zone method (hereinafter referred to as the FZ method), and the single crystals formed by each method are cut out and polished. Therefore, it is used as a silicon substrate (wafer). However, point defects and oxygen are introduced during the crystal growth process, which affect the electrical characteristics of semiconductor devices. Epitaxial wafers with single crystal silicon layers are also used.

エピタキシャル成長装置には常圧式と減圧式があり、一般的には生産性の高い常圧式の装置が使われる。常圧式の装置では主にトリクロロシランを用いて1100℃程度で成膜を行うが、基板のドーパントが成膜中に外方拡散し成膜層に取り込まれるオートドーピングが発生して問題となることがある。この問題を解決する方法として、低温で成膜可能な減圧式の装置が使用される。一般的には、ジクロロシランやモノシランを用いて1000℃程度で成膜を行うが、より低温で成膜する方法が特許文献1~4に記載されている。 There are two types of epitaxial growth equipment: normal pressure type and reduced pressure type, and the normal pressure type is generally used because of its high productivity. In atmospheric pressure equipment, film formation is mainly performed at around 1100°C using trichlorosilane, but autodoping occurs, where dopants from the substrate diffuse outward during film formation and are incorporated into the film formation layer, which can cause problems. There is. As a method to solve this problem, a reduced pressure type device that can form a film at a low temperature is used. Generally, films are formed using dichlorosilane or monosilane at about 1000° C., but methods for forming films at lower temperatures are described in Patent Documents 1 to 4.

特許文献1には、基礎圧力を1×10-8Torr(1.3×10-6Pa)以下に設定した反応容器内に基板を設置し、反応容器内の温度を500℃以上かつ800℃以下とし、反応容器内の圧力を数百ミリTorr以下とした状態で成膜する方法が記載されている。特許文献2には、シラン、フルオロシラン及び水素の混合ガスを用いて600℃以上で成膜する方法が記載されている。特許文献3には、550℃以上かつ750℃未満の温度でモノシランガスを用いて成膜する方法が記載されている。特許文献4には、350℃未満の温度で単結晶シリコン薄膜を加熱してから、温度を350~530℃にしてシリコンソースガスと酸素を含まないキャリアガスにより成膜する方法が記載されている。 Patent Document 1 discloses that a substrate is placed in a reaction vessel whose base pressure is set to 1×10 −8 Torr (1.3×10 −6 Pa) or less, and the temperature inside the reaction vessel is set to 500° C. or more and 800° C. A method is described in which the film is formed with the pressure in the reaction container being several hundred milliTorr or less. Patent Document 2 describes a method of forming a film at 600° C. or higher using a mixed gas of silane, fluorosilane, and hydrogen. Patent Document 3 describes a method of forming a film using monosilane gas at a temperature of 550° C. or higher and lower than 750° C. Patent Document 4 describes a method of heating a single-crystal silicon thin film at a temperature below 350° C. and then raising the temperature to 350 to 530° C. and forming a film using a silicon source gas and a carrier gas that does not contain oxygen. .

特開昭63-70515号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-70515 特開平1-11321号公報Japanese Patent Application Publication No. 1-11321 特開2003-309070号公報Japanese Patent Application Publication No. 2003-309070 特開2006-080486号公報JP2006-080486A

特許文献1に記載の成膜方法は高真空環境で行うものであり、基礎圧力を1×10-8Torr(1.3×10-6Pa)以下に維持するためには、メンテナンス性の悪い超高真空装置が必要となるという問題があった。特許文献2に記載の成膜方法では、一般的ではないフルオロシランが必要となるという問題があった。特許文献3に記載の成膜方法では、反応容器内の圧力を1mTorr(0.13Pa)としており、特許文献1と同様に高真空の装置が必要となる。特許文献4に記載の成膜方法では、キャリアガスの窒素に含まれる微量な酸素による酸化を抑制するために、反応容器内に基板を投入する温度が成長温度よりも低くなっているが、基板を反応容器内に投入してから温度を上げる必要があり、生産性が悪いという問題がある。 The film forming method described in Patent Document 1 is performed in a high vacuum environment, and in order to maintain the base pressure below 1 × 10 -8 Torr (1.3 × 10 -6 Pa), it is difficult to maintain. There was a problem in that an ultra-high vacuum device was required. The film forming method described in Patent Document 2 has a problem in that it requires fluorosilane, which is not common. In the film forming method described in Patent Document 3, the pressure inside the reaction vessel is 1 mTorr (0.13 Pa), and as in Patent Document 1, a high vacuum device is required. In the film forming method described in Patent Document 4, the temperature at which the substrate is introduced into the reaction vessel is lower than the growth temperature in order to suppress oxidation due to trace amounts of oxygen contained in nitrogen in the carrier gas. It is necessary to raise the temperature after charging the reactor into the reaction vessel, which poses a problem of poor productivity.

このように、従来提案されている低温での単結晶シリコンのエピタキシャル成長においては様々な問題があり、モノシランと水素ガスのような一般的な原料ガスを用いながら、生産性を低下させずに、超高真空を必要としない汎用的な減圧装置を用いて成膜を行うことが求められる。しかしながら、一般的な原料ガスを用いた場合の単結晶シリコンのエピタキシャル成長に関して、真空度の低い領域を含めた成長条件についての詳細な検討はなされておらず、試行錯誤を重ねて条件を決定する必要があり、生産性の低下が著しいという問題があった。 As described above, there are various problems in the epitaxial growth of single crystal silicon at low temperatures that has been proposed in the past, and it is possible to use common raw material gases such as monosilane and hydrogen gas without reducing productivity. It is required to form a film using a general-purpose decompression device that does not require high vacuum. However, with regard to the epitaxial growth of single crystal silicon using common source gases, there has been no detailed study of the growth conditions, including those in low-vacuum regions, and the conditions must be determined through trial and error. There was a problem of a significant drop in productivity.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、低温で単結晶シリコンのエピタキシャルウェーハを製造する場合に、容易かつ迅速にエピタキシャル成長条件を設定でき、汎用的な減圧装置を用いた場合であっても生産性が高いエピタキシャル成長が可能となるエピタキシャル成長条件の設定方法、及び、該設定方法により設定したエピタキシャル成長条件を用いてエピタキシャル成長を行うエピタキシャルウェーハの製造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 problems, and when manufacturing single-crystal silicon epitaxial wafers at low temperatures, it is possible to easily and quickly set epitaxial growth conditions, and when a general-purpose decompression device is used. It is an object of the present invention to provide a method for setting epitaxial growth conditions that enables epitaxial growth with high productivity even when the method is used, and a method for manufacturing an epitaxial wafer in which epitaxial growth is performed using the epitaxial growth conditions set by the setting method.

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、反応容器内に、水素(H)で希釈したモノシラン(SiH)ガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長するときの、エピタキシャル成長条件の設定方法であって、前記エピタキシャル成長条件は、少なくとも、成長温度T(単位:℃)と反応容器内のモノシランガスの分圧P(単位:Pa)とを含み、前記成長温度Tを、500℃以上かつ800℃以下の範囲内から選択するとともに、前記反応容器内のモノシランガスの分圧Pと前記成長温度Tとが、
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
の関係を満たす条件を選択してエピタキシャル成長条件の設定を行うエピタキシャル成長条件の設定方法を提供する。
The present invention has been made to achieve the above object, and monosilane (SiH 4 ) gas diluted with hydrogen (H 2 ) is introduced into a reaction vessel to react with silicon-containing group IV gas under reduced pressure. A method of setting epitaxial growth conditions when epitaxially growing single-crystal silicon on a growth substrate made of the above-mentioned elements, wherein the epitaxial growth conditions include at least a growth temperature T (unit: °C) and a partial pressure P of monosilane gas in a reaction vessel. (unit: Pa), the growth temperature T is selected from a range of 500°C or more and 800°C or less, and the partial pressure P of the monosilane gas in the reaction vessel and the growth temperature T are
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
A method for setting epitaxial growth conditions is provided, in which the epitaxial growth conditions are set by selecting conditions that satisfy the following relationship.

このようなエピタキシャル成長条件の設定方法によれば、低温で単結晶シリコンのエピタキシャルウェーハを製造する場合に、真空度の低い領域を含む広い圧力範囲について、容易かつ迅速にエピタキシャル成長条件を設定できる。 According to such a method of setting epitaxial growth conditions, when manufacturing single-crystal silicon epitaxial wafers at low temperatures, epitaxial growth conditions can be easily and quickly set over a wide pressure range including a region with a low degree of vacuum.

このとき、前記エピタキシャル成長条件は、さらに、前記モノシランガスと前記水素の流量比(SiH流量/H流量)を含み、前記モノシランガスと前記水素の流量比(SiH流量/H流量)を、1.2×10-2以上かつ1.0以下の範囲内から選択するエピタキシャル成長条件の設定方法とすることができる。 At this time, the epitaxial growth conditions further include the flow rate ratio of the monosilane gas and the hydrogen (SiH 4 flow rate/H 2 flow rate), and the flow rate ratio of the monosilane gas and the hydrogen (SiH 4 flow rate/H 2 flow rate) is set to 1. The epitaxial growth conditions can be set by selecting from a range of .2×10 −2 or more and 1.0 or less.

これにより、より安定的な成膜が可能となるとともに、欠陥の形成をより安定的に抑制可能な流量比を設定できる。 This makes it possible to form a film more stably and to set a flow rate ratio that can more stably suppress the formation of defects.

このとき、前記エピタキシャル成長条件は、さらに、前記反応容器内の圧力を含み、前記反応容器内の圧力を、1.33×10Pa以上かつ1.33×10 Pa以下の範囲内から選択するエピタキシャル成長条件の設定方法とすることができる。 At this time, the epitaxial growth conditions further include the pressure within the reaction vessel, and the pressure within the reaction vessel is selected from a range of 1.33 x 10 2 Pa or more and 1.33 x 10 4 Pa or less. This can be a method of setting epitaxial growth conditions.

これにより、成膜レートがより十分高く安定するとともに、欠陥の形成をより安定的に抑制可能な圧力範囲を設定できる。 This makes it possible to set a pressure range in which the film formation rate is sufficiently high and stable, and the formation of defects can be more stably suppressed.

このとき、前記エピタキシャル成長条件は、さらに、前記モノシランガスのシリコン同位体の組成を含み、前記モノシランガスとして、前記モノシランガスにおけるシリコンに占める28Siの含有量が99.9%以上の組成を有するモノシランガスを選択するエピタキシャル成長条件の設定方法とすることができる。 At this time, the epitaxial growth conditions further include a silicon isotope composition of the monosilane gas, and a monosilane gas having a composition in which the content of 28 Si in silicon in the monosilane gas is 99.9% or more is selected as the monosilane gas. This can be a method of setting epitaxial growth conditions.

これにより、量子コンピュータ用の基板として好適なエピタキシャルウェーハを製造するための成長条件が設定可能となる。 This makes it possible to set growth conditions for manufacturing an epitaxial wafer suitable as a substrate for a quantum computer.

このとき、反応容器内に、水素で希釈したモノシランガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンのエピタキシャル成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法であって、上記のエピタキシャル成長条件の設定方法により設定したエピタキシャル成長条件を用いてエピタキシャル成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法とすることができる。 At this time, monosilane gas diluted with hydrogen is introduced into a reaction vessel, and single crystal silicon is epitaxially grown on a growth substrate made of a group IV element including silicon under reduced pressure, the method comprising: It is possible to provide an epitaxial wafer manufacturing method in which epitaxial growth is performed using epitaxial growth conditions set by the method for setting epitaxial growth conditions described above.

このようなエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、試行錯誤を要することなく、簡便かつ迅速に、安定して、広い圧力範囲かつ低温での単結晶シリコンのエピタキシャル成長を行うことが可能となり、生産性が向上する。 According to such an epitaxial wafer manufacturing method, it is possible to easily, quickly, and stably grow single crystal silicon epitaxially over a wide pressure range and at low temperatures without the need for trial and error, thereby increasing productivity. improves.

このとき、前記成長基板として、単結晶シリコン基板を用いるエピタキシャルウェーハの製造方法とすることができる。 At this time, the epitaxial wafer manufacturing method may use a single crystal silicon substrate as the growth substrate.

これにより、得られるエピタキシャルウェーハの汎用性を高くすることができる。 Thereby, the versatility of the obtained epitaxial wafer can be increased.

このとき、前記成長基板として、単結晶シリコン基板上にエピタキシャル層が形成された基板を用いるエピタキシャルウェーハの製造方法とすることができる。 At this time, the method for producing an epitaxial wafer may use, as the growth substrate, a substrate in which an epitaxial layer is formed on a single crystal silicon substrate.

これにより、得られるエピタキシャルウェーハの自由度を高くすることができる。 Thereby, the degree of freedom of the obtained epitaxial wafer can be increased.

このとき、前記エピタキシャル成長を行う前に、前記成長基板に対し、水素雰囲気、600℃以上かつ800℃以下の温度で、1分以上かつ60分以下の時間の熱処理を行うことにより、前記成長基板表面の自然酸化膜を除去するエピタキシャルウェーハの製造方法とすることができる。 At this time, before performing the epitaxial growth, the growth substrate is heat-treated in a hydrogen atmosphere at a temperature of 600° C. or more and 800° C. or less for a period of 1 minute or more and 60 minutes or less, so that the surface of the growth substrate is The present invention can be used as an epitaxial wafer manufacturing method for removing a natural oxide film.

このようにして自然酸化膜を除去すれば、より効果的に自然酸化膜を除去することができる。 If the natural oxide film is removed in this way, the natural oxide film can be removed more effectively.

このとき、前記エピタキシャル成長を行う前に、前記成長基板に対し、水素を含むプラズマによるプラズマ処理を行うことにより、前記成長基板表面の自然酸化膜を除去するエピタキシャルウェーハの製造方法とすることができる。 At this time, before performing the epitaxial growth, the growth substrate may be subjected to plasma treatment using plasma containing hydrogen to remove a natural oxide film on the surface of the growth substrate.

このようにして自然酸化膜を除去することによっても、より効果的に自然酸化膜を除去することができる。また、必ずしも加熱を行う必要がなく、さらに、エピタキシャル成長と並行して別の処理装置内で行うこともでき、生産性がより向上する。 By removing the natural oxide film in this manner, the natural oxide film can also be removed more effectively. Further, it is not necessary to perform heating, and furthermore, it can be performed in a separate processing apparatus in parallel with epitaxial growth, further improving productivity.

以上のように、本発明のエピタキシャル成長条件の設定方法によれば、低温で単結晶シリコンのエピタキシャルウェーハを製造する場合に、超高真空を必要としない真空度が低い領域を含む広い圧力範囲について、容易かつ迅速にエピタキシャル成長条件を設定することが可能となり、その結果生産性を向上することができる。 As described above, according to the method for setting epitaxial growth conditions of the present invention, when producing single-crystal silicon epitaxial wafers at low temperatures, it is possible to It becomes possible to easily and quickly set epitaxial growth conditions, and as a result, productivity can be improved.

本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法のフローを示す図である。1 is a diagram showing a flow of a method for manufacturing an epitaxial wafer according to the present invention. 成長温度T及びモノシラン分圧Pと結晶性の関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between growth temperature T, monosilane partial pressure P, and crystallinity. 実施例と比較例におけるエピタキシャルウェーハの断面の透過電子顕微鏡像である。2 is a transmission electron microscope image of a cross section of an epitaxial wafer in an example and a comparative example.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail, but the present invention is not limited thereto.

上述のように、低温で単結晶シリコンのエピタキシャルウェーハを製造する場合に、容易かつ迅速にエピタキシャル成長条件を設定でき、汎用的な減圧装置を用いた場合であっても生産性が高いエピタキシャル成長を可能とするエピタキシャル成長条件の設定方法が求められていた。 As mentioned above, when manufacturing single-crystal silicon epitaxial wafers at low temperatures, epitaxial growth conditions can be easily and quickly set, and epitaxial growth with high productivity can be achieved even when using a general-purpose decompression device. There was a need for a method for setting epitaxial growth conditions.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、反応容器内に、水素(H)で希釈したモノシラン(SiH)ガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長するときの、エピタキシャル成長条件の設定方法であって、前記エピタキシャル成長条件は、少なくとも、成長温度T(単位:℃)と反応容器内のモノシランガスの分圧P(単位:Pa)とを含み、前記成長温度Tを、500℃以上かつ800℃以下の範囲内から選択するとともに、前記反応容器内のモノシランガスの分圧Pと前記成長温度Tとが、
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
の関係を満たす条件を選択してエピタキシャル成長条件の設定を行うエピタキシャル成長条件の設定方法により、低温で単結晶シリコンのエピタキシャルウェーハを製造する場合に、超高真空を必要としない低真空領域を含む圧力範囲であっても、容易かつ迅速にエピタキシャル成長条件を設定できることを見出し、本発明を完成した。
As a result of intensive studies on the above-mentioned problem, the present inventors introduced monosilane (SiH 4 ) gas diluted with hydrogen (H 2 ) into the reaction vessel, and under reduced pressure reacted with group IV elements including silicon. A method of setting epitaxial growth conditions when epitaxially growing single crystal silicon on a growth substrate made of unit: Pa), the growth temperature T is selected from a range of 500°C or more and 800°C or less, and the partial pressure P of the monosilane gas in the reaction vessel and the growth temperature T are
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
The epitaxial growth conditions are set by selecting conditions that satisfy the following relationship. When manufacturing single-crystal silicon epitaxial wafers at low temperatures, the pressure range includes low vacuum regions that do not require ultra-high vacuum. However, the present invention has been completed based on the discovery that epitaxial growth conditions can be easily and quickly set.

以下、本発明の一実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法について、図1,2を参照しながら説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing an epitaxial wafer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1に、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造フローを示す。図1のS10の工程において、エピタキシャル成長条件を設定する。図1のS11の工程は、成長基板としてシリコンを含むIV族の元素からなるウェーハを準備する工程である。図1のS12は、単結晶シリコンをエピタキシャル成長させる工程である。なお、図1においては、S10、S11、S12の順の工程フローが記載されているが、エピタキシャル成長条件の設定(S10)はエピタキシャル成長(S12)を行う前に実施すれば良く、特に、S10とS11の順番は限定されない。以下、各工程について、詳細に説明する。 FIG. 1 shows a manufacturing flow of an epitaxial wafer according to the present invention. In the step S10 of FIG. 1, epitaxial growth conditions are set. The step S11 in FIG. 1 is a step of preparing a wafer made of a group IV element including silicon as a growth substrate. S12 in FIG. 1 is a step of epitaxially growing single crystal silicon. In addition, although the process flow in the order of S10, S11, and S12 is described in FIG. 1, setting of epitaxial growth conditions (S10) may be performed before performing epitaxial growth (S12), and in particular The order is not limited. Each step will be explained in detail below.

[エピタキシャル成長条件の設定]
まず、図1のS10の工程におけるエピタキシャル成長条件の設定方法について説明する。
[Setting epitaxial growth conditions]
First, a method of setting epitaxial growth conditions in the step S10 in FIG. 1 will be described.

本発明に係るエピタキシャル成長では、原料ガスとして水素(H)で希釈したモノシラン(SiH)ガスを用いる。希釈ガスとして水素を用いることで、高真空環境を必要とせず、真空度の低い環境下での成膜も行えるようになる。その理由としては以下の2つが考えられる。 In the epitaxial growth according to the present invention, monosilane (SiH 4 ) gas diluted with hydrogen (H 2 ) is used as a source gas. By using hydrogen as a diluent gas, a high vacuum environment is not required, and film formation can be performed in a low vacuum environment. There are two possible reasons for this.

1つ目は、モノシランの過剰な分解の抑制である。圧力が高い場合には、モノシラン同士が衝突して欠陥や多結晶シリコンの形成の原因となる微小シリコンが形成されるが、水素によりモノシランの分解が抑制されることで微小シリコンの形成を抑えることができる。このため、分子の衝突頻度の少ない高真空環境を必要とせず低真空環境で成膜できるようになる。 The first is to suppress excessive decomposition of monosilane. When pressure is high, monosilanes collide with each other, forming microscopic silicon that causes defects and the formation of polycrystalline silicon.Hydrogen suppresses the decomposition of monosilane, thereby suppressing the formation of microscopic silicon. I can do it. For this reason, it becomes possible to form a film in a low vacuum environment without requiring a high vacuum environment where the frequency of molecular collisions is low.

2つ目は、SiO(x:1~2の数字)の発生の抑制である。エピタキシャル成長に用いるガスに含まれる酸素を完全には無くすことができないため、原料ガスには微量な酸素が含まれる。また、成膜装置のメンテナンスで反応容器を開放した際には酸素や水分が反応容器内に付着し、それらが成膜中に徐々に反応容器から脱離して成膜中に酸素が混入することがある。キャリアガスに不活性雰囲気(窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなど)を用いた場合には、酸素とモノシランが反応して欠陥の核となるSiOが発生し問題となる。一方で、キャリアガスに水素を用いた場合には、酸素と水素が反応して水として排気されるので、SiOの発生を抑えることができる。 The second is to suppress the generation of SiO x (x: a number from 1 to 2). Since oxygen contained in the gas used for epitaxial growth cannot be completely eliminated, the source gas contains a trace amount of oxygen. In addition, when the reaction vessel is opened for maintenance of the film deposition equipment, oxygen and moisture adhere to the inside of the reaction vessel, and these gradually desorb from the reaction vessel during film formation, resulting in oxygen being mixed in during film formation. There is. When an inert atmosphere (nitrogen, helium, neon, argon, etc.) is used as a carrier gas, oxygen and monosilane react to generate SiO x which becomes the nucleus of defects, which poses a problem. On the other hand, when hydrogen is used as the carrier gas, oxygen and hydrogen react and are exhausted as water, so it is possible to suppress the generation of SiO x .

また、成長温度Tを、500℃以上かつ800℃以下の範囲内とする理由の一つは、オートドーピングを抑制した単結晶シリコンの成膜を可能とするためである。また、原子の拡散を抑えられることから、δドープ層を形成する場合においても有効である。δドープ層とは母材と異なる元素を単原子層程度導入した層のことである。例えば、シリコン基板上に単原子層(1.36×1015atoms/cm)未満の酸素や炭素を導入した場合が該当する。 Further, one of the reasons why the growth temperature T is set within the range of 500° C. or more and 800° C. or less is to enable formation of a single crystal silicon film with suppressed autodoping. Furthermore, since diffusion of atoms can be suppressed, it is also effective when forming a δ-doped layer. A δ-doped layer is a layer in which an element different from that of the base material is introduced to the extent of a monoatomic layer. For example, this applies to the case where less than a monoatomic layer (1.36×10 15 atoms/cm 2 ) of oxygen or carbon is introduced onto a silicon substrate.

成長温度が高いほどエピタキシャル成長レートは高くなるため、高温で成膜することで厚いエピタキシャル層を短時間で形成することができる。一方で、薄いエピタキシャル層を形成したい場合には低温で成膜すればよい。このように、目的とするエピタキシャル層の厚さに応じて成長温度を変えることができる。また、基板に耐熱性が低いGe及びSnを含む場合には、結晶性が低下するのを防ぐために低温で成膜することが望ましい。 Since the higher the growth temperature, the higher the epitaxial growth rate, a thick epitaxial layer can be formed in a short time by forming a film at a high temperature. On the other hand, if a thin epitaxial layer is desired to be formed, the film may be formed at a low temperature. In this way, the growth temperature can be changed depending on the desired thickness of the epitaxial layer. Furthermore, when the substrate contains Ge and Sn, which have low heat resistance, it is desirable to form the film at a low temperature to prevent the crystallinity from deteriorating.

本発明者らがエピタキシャル層の結晶性の関係を調査した結果を、図2に示す。本発明者らは、反応容器内に、水素で希釈したモノシランガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長するときのエピタキシャル成長条件について、鋭意調査を行ったところ、図2に示されるように、エピタキシャル成長時のモノシランガスの分圧P(Pa)と成長温度T(℃)の関係が、
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
を満たす場合に、単結晶シリコンのエピタキシャル層を形成できることを明らかにした。このような条件は、従来検討が行われてこなかった真空度の低い汎用的な減圧装置を用いた成長の場合に特に有効であり、上記の条件を満たす限り、成長温度T及びモノシラン分圧Pを任意に設定することができ、目的に応じた条件の設定が容易になる。但し、上記の成長温度T及びモノシラン分圧Pの条件は、従来のような高真空下での成長にも適用可能である。
FIG. 2 shows the results of an investigation by the present inventors on the relationship between the crystallinity of the epitaxial layer. The present inventors have conducted extensive research on the epitaxial growth conditions for epitaxially growing single crystal silicon on a growth substrate made of group IV elements including silicon under reduced pressure by introducing monosilane gas diluted with hydrogen into a reaction vessel. The investigation revealed that the relationship between the partial pressure P (Pa) of monosilane gas during epitaxial growth and the growth temperature T (°C) is as shown in Figure 2.
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
It was revealed that it is possible to form an epitaxial layer of single crystal silicon when the following conditions are satisfied. Such conditions are particularly effective in the case of growth using a general-purpose decompression device with a low degree of vacuum, which has not been studied in the past.As long as the above conditions are met, the growth temperature T and monosilane partial pressure P can be set arbitrarily, making it easy to set conditions according to the purpose. However, the conditions of the growth temperature T and monosilane partial pressure P described above are also applicable to growth under a conventional high vacuum.

上記式を満たすような条件では、表面に付着した分子が十分に表面上を拡散できるので、単結晶シリコンを形成することができる。一方で、前記の条件を満たさない場合にはアモルファスシリコンかポリシリコンが形成される。これは、付着した分子が十分に拡散しない状態で、分子が付着するために生じる。低温の場合にはアモルファスシリコンとなり、高温の場合にはポリシリコンとなる。このとき、付着する分子としては、モノシランから水素が解離したSiHやSiHが考えられる。 Under conditions that satisfy the above formula, molecules attached to the surface can sufficiently diffuse on the surface, so that single crystal silicon can be formed. On the other hand, if the above conditions are not met, amorphous silicon or polysilicon is formed. This occurs because the attached molecules do not diffuse sufficiently. At low temperatures, it becomes amorphous silicon, and at high temperatures, it becomes polysilicon. At this time, the attached molecules may be SiH 3 or SiH 2 in which hydrogen is dissociated from monosilane.

したがって、上記の関係式を満たすモノシランガスの分圧Pと成長温度Tの条件を選択してエピタキシャル成長条件を設定すれば、従来よりも高い圧力(低い真空度)でエピタキシャル成長を行う場合であっても、試行錯誤を要することなく、簡便かつ迅速に、単結晶シリコンをエピタキシャル成長させることが可能な条件を設定できる。 Therefore, if epitaxial growth conditions are set by selecting conditions for monosilane gas partial pressure P and growth temperature T that satisfy the above relational expression, even if epitaxial growth is performed at a higher pressure (lower degree of vacuum) than before, Conditions that enable epitaxial growth of single crystal silicon can be set simply and quickly without the need for trial and error.

エピタキシャル成長条件として、モノシランガスと水素の流量比(SiH流量/H流量)を設定することもできる。このとき、モノシランガスと水素の流量比(SiH流量/H流量)を、1.2×10-2以上かつ1.0以下の範囲内から選択することが好ましい。このような流量比とすることで、より安定して欠陥を発生させることなく十分な成膜レートでエピタキシャル成長を行うことができる。流量比が1.2×10-2以上であれば、モノシランの解離がより促進されるため安定的な成膜が可能となる。一方で、流量比1.0以下であれば、水素が十分な量となるためモノシランの気相反応を有効に抑制でき、欠陥の形成をより安定的に抑制できる。 The flow rate ratio of monosilane gas and hydrogen (SiH 4 flow rate/H 2 flow rate) can also be set as the epitaxial growth condition. At this time, it is preferable to select the flow rate ratio of monosilane gas and hydrogen (SiH 4 flow rate/H 2 flow rate) from a range of 1.2×10 −2 or more and 1.0 or less. By setting such a flow rate ratio, epitaxial growth can be performed more stably at a sufficient film formation rate without generating defects. If the flow rate ratio is 1.2×10 −2 or more, the dissociation of monosilane is further promoted and stable film formation becomes possible. On the other hand, if the flow rate ratio is 1.0 or less, the amount of hydrogen is sufficient, so that the gas phase reaction of monosilane can be effectively suppressed, and the formation of defects can be suppressed more stably.

エピタキシャル成長条件として、反応容器内の圧力を設定することもできる。このとき、反応容器内の圧力を、1.33×10Pa以上かつ1.33×10 Pa以下の範囲内から選択することが好ましい。このような圧力範囲であれば、成膜レートがより十分高く安定するとともに、欠陥の形成をより安定的に抑制できる。 The pressure inside the reaction vessel can also be set as the epitaxial growth condition. At this time, it is preferable to select the pressure inside the reaction vessel from a range of 1.33×10 2 Pa or more and 1.33×10 4 Pa or less. With such a pressure range, the film formation rate is sufficiently high and stable, and the formation of defects can be suppressed more stably.

エピタキシャル成長条件として、モノシランガスのシリコン同位体の組成を設定することもできる。このとき、モノシランガスとして、モノシランガスにおけるシリコンに占める28Siの含有量が99.9%以上の組成を有するモノシランガスを選択することが好ましい。シリコンの安定同位体には、28Si、29Si、30Siの3つがあり、それらの天然存在比は92.23%、4.67%、3.1%であるが、28Siの含有量が99.9%以上であるモノシランガスを用いて、28Siエピタキシャル層を形成することで、以下の2つの効果が得られる。 The composition of silicon isotope in monosilane gas can also be set as the epitaxial growth conditions. At this time, it is preferable to select, as the monosilane gas, a monosilane gas having a composition in which the content of 28 Si relative to silicon in the monosilane gas is 99.9% or more. There are three stable isotopes of silicon: 28 Si, 29 Si, and 30 Si, and their natural abundance ratios are 92.23%, 4.67%, and 3.1%, but the content of 28 Si By forming a 28 Si epitaxial layer using a monosilane gas having a concentration of 99.9% or more, the following two effects can be obtained.

1つ目は、熱伝導率の向上である。天然存在比のシリコンエピタキシャルウェーハにおいては、29Si及び30Siがフォノンの散乱源となり熱伝導率を悪化させているので、28Siのみにすることで熱伝導率を向上させることができる。熱伝導率の向上によりデバイスで発生した熱をデバイス領域から逃がしやすくなれば、デバイス特性を向上させることができる。 The first is an improvement in thermal conductivity. In a silicon epitaxial wafer with a natural abundance ratio, 29 Si and 30 Si serve as phonon scattering sources and deteriorate thermal conductivity, so by using only 28 Si, thermal conductivity can be improved. If heat generated in a device can be easily dissipated from the device region by improving thermal conductivity, device characteristics can be improved.

2つ目は、核スピンの影響を無くすことができることにある。量子コンピューティングにおいては、外乱(熱、電場、磁場など)の影響を無くすことが安定動作のために重要である。28Siと30Siは核スピンをもたないが、29Siは核スピンをもつため、29Siが含まれたシリコンエピタキシャルウェーハ上に量子コンピュータの基本素子である量子ビットを形成した場合には、核スピンの影響で量子状態が破壊されるまでの時間(デコヒーレンス時間)が短くなるという問題がある。このため、29Siをほとんど含まない28Siの含有量が99.9%以上であるモノシランガスを用いて作製したエピタキシャル層を含むウェーハを用いることで、安定した量子コンピューティングが可能となる。ここで、シリコンエピタキシャルウェーハ上に形成する量子ビットの例としては、超電導量子ビット、半導体の電子を用いた量子ビットがある。 The second reason is that the influence of nuclear spin can be eliminated. In quantum computing, eliminating the influence of disturbances (heat, electric fields, magnetic fields, etc.) is important for stable operation. 28 Si and 30 Si do not have nuclear spin, but 29 Si has nuclear spin, so when a quantum bit, which is the basic element of a quantum computer, is formed on a silicon epitaxial wafer containing 29 Si, There is a problem in that the time it takes for a quantum state to be destroyed (decoherence time) becomes shorter due to the influence of nuclear spin. Therefore, by using a wafer including an epitaxial layer made using a monosilane gas containing almost no 29 Si and having a 28 Si content of 99.9% or more, stable quantum computing becomes possible. Examples of quantum bits formed on silicon epitaxial wafers include superconducting quantum bits and quantum bits using semiconductor electrons.

なお、このようなモノシランガスは、例えば天然Si同位体組成から成るモノシランガスを遠心分離することで製造できる。 Note that such monosilane gas can be produced, for example, by centrifuging monosilane gas having a natural Si isotope composition.

[エピタキシャルウェーハの製造]
次に、エピタキシャルウェーハの製造について説明する。上述のようにしてエピタキシャル成長条件を設定したら、エピタキシャルウェーハを製造する。
[Manufacture of epitaxial wafers]
Next, manufacturing of epitaxial wafers will be explained. After epitaxial growth conditions are set as described above, epitaxial wafers are manufactured.

(成長基板)
まず、成長基板(図1のS11)について説明する。本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法では、成長基板はシリコンを含むIV族の元素からなるウェーハであれば特に限定はされない。例えば、単結晶シリコン、SiGe、SiGeCを用いることができる。
(growth substrate)
First, the growth substrate (S11 in FIG. 1) will be explained. In the epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention, the growth substrate is not particularly limited as long as it is a wafer made of a group IV element including silicon. For example, single crystal silicon, SiGe, or SiGeC can be used.

ここで、成長基板の製造方法は特に限定されない。CZ法により製造された基板を用いても良いし、FZ法により製造された基板を用いても良い。 Here, the method for manufacturing the growth substrate is not particularly limited. A substrate manufactured by the CZ method or a substrate manufactured by the FZ method may be used.

特に、シリコンを含むIV族の元素からなる基板として、単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。単結晶シリコン基板を用いることで、汎用性が高くなる。このとき、シリコン基板としては、イオン注入及び熱処理が施された基板を用いてもよい。 In particular, it is preferable to use a single crystal silicon substrate as the substrate made of a group IV element containing silicon. Use of a single crystal silicon substrate increases versatility. At this time, a substrate subjected to ion implantation and heat treatment may be used as the silicon substrate.

また、シリコンを含むIV族の元素からなる基板として、単結晶シリコン基板上にエピタキシャル層が形成された基板を用いることも好ましい。このような成長基板を用いることで、自由度が高くなる。例えば、CZ法及びFZ法により製造された単結晶シリコン基板上に単結晶シリコンエピタキシャル層が形成された基板を用いても良い。 Further, as the substrate made of a group IV element containing silicon, it is also preferable to use a substrate in which an epitaxial layer is formed on a single crystal silicon substrate. The use of such a growth substrate increases the degree of freedom. For example, a substrate in which a single crystal silicon epitaxial layer is formed on a single crystal silicon substrate manufactured by the CZ method or the FZ method may be used.

さらに、単結晶シリコン基板上に単結晶SiGe層が形成された基板を用いることも好ましい。本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は低温(500~800℃)でエピタキシャル成長を行う方法であるため、このように耐熱性が低いSiGe上にシリコンを形成する場合に特に有効である。シリコン基板上にSiGe、シリコンを順に形成した構造は、量子井戸として使用することができる。例えば、このような量子井戸はSiGe層にキャリアを閉じ込めることができるので、SiGe層に閉じ込めた電子のスピンを外部から操作することにより、量子ビットとして動作させることができる。 Furthermore, it is also preferable to use a substrate in which a single crystal SiGe layer is formed on a single crystal silicon substrate. Since the epitaxial wafer manufacturing method according to the present invention is a method of epitaxial growth at a low temperature (500 to 800° C.), it is particularly effective when forming silicon on SiGe, which has such low heat resistance. A structure in which SiGe and silicon are sequentially formed on a silicon substrate can be used as a quantum well. For example, since such a quantum well can confine carriers in the SiGe layer, it can be operated as a quantum bit by externally manipulating the spin of electrons confined in the SiGe layer.

また、単結晶シリコン基板上に、単結晶SiGe層と単結晶シリコンエピタキシャル層を交互に成膜した超格子を作製することができる。特に、ゲートオールアラウンドFET(Field Effect Transistor)を形成する場合に有効である。水平型のゲートオールアラウンドFETにおいては、シリコンとSiGeの超格子を作製した後にSiGe層をエッチングで除去することによりシリコンからなるチャネルを形成することができる。特に、SiGe層が形成された基板上に単結晶シリコンを低温エピタキシャル成長することにより、SiGe層のGeがSi層に拡散するのを防止することができる。 Furthermore, a superlattice in which single-crystal SiGe layers and single-crystal silicon epitaxial layers are alternately formed on a single-crystal silicon substrate can be fabricated. This is particularly effective when forming a gate all-around FET (Field Effect Transistor). In a horizontal gate all-around FET, a channel made of silicon can be formed by creating a superlattice of silicon and SiGe and then removing the SiGe layer by etching. In particular, by low-temperature epitaxial growth of single crystal silicon on a substrate on which a SiGe layer is formed, it is possible to prevent Ge in the SiGe layer from diffusing into the Si layer.

(エピタキシャル成長方法)
次に、図1のS12の単結晶シリコンをエピタキシャル成長させる工程について説明する。
(Epitaxial growth method)
Next, the step of epitaxially growing single crystal silicon in S12 of FIG. 1 will be described.

エピタキシャル成長で使用するエピタキシャル成長装置としては、減圧可能であり、所定の温度に加熱できるものであれば特に限定されず、バッチ式を使用しても良いし、枚葉式を使用しても良い。 The epitaxial growth apparatus used for epitaxial growth is not particularly limited as long as it can reduce pressure and heat to a predetermined temperature, and a batch type or single wafer type may be used.

反応容器内に成長基板を移送する際の温度は、成長温度と同じとすることが好ましい。このようにすることで、成長基板を移送してから反応容器内の温度を昇降温する時間がなくなり、生産性がよくなる。また、本発明に係るエピタキシャル成長方法では成長温度が500~800℃であり、反応容器内の温度は低温なため、成長基板にスリップは発生しない。 The temperature at which the growth substrate is transferred into the reaction container is preferably the same as the growth temperature. By doing so, there is no time to raise or lower the temperature in the reaction container after transferring the growth substrate, improving productivity. Further, in the epitaxial growth method according to the present invention, the growth temperature is 500 to 800° C., and the temperature inside the reaction vessel is low, so no slip occurs on the growth substrate.

(自然酸化膜の除去)
成長基板の表面に自然酸化膜が存在する場合には、まず、自然酸化膜を除去する前処理を行うことが好ましい。自然酸化膜を除去することができれば特に限定されないが、例えば、エピタキシャル成長前に水素雰囲気で600℃以上かつ800℃以下の温度で1分以上かつ60分以下の時間の熱処理を行ってもよい。このような条件で自然酸化膜を除去することにより、欠陥の発生を防止することができる。なお、水素雰囲気で処理する前(成長基板を成長装置に導入する前)に、フッ酸洗浄などにより自然酸化膜を除去しておくとより効果的である。
(Removal of natural oxide film)
If a natural oxide film exists on the surface of the growth substrate, it is preferable to first perform a pretreatment to remove the natural oxide film. Although there is no particular limitation as long as the natural oxide film can be removed, for example, heat treatment may be performed in a hydrogen atmosphere at a temperature of 600° C. or more and 800° C. or less for 1 minute or more and 60 minutes or less before epitaxial growth. By removing the natural oxide film under such conditions, defects can be prevented from occurring. Note that it is more effective to remove the natural oxide film by cleaning with hydrofluoric acid or the like before processing in a hydrogen atmosphere (before introducing the growth substrate into the growth apparatus).

また、成長基板表面の自然酸化膜を除去するために、エピタキシャル成長前に水素を含むプラズマを用いたプラズマ処理を行うことも好ましい。この場合には、水素を含む雰囲気で加熱することにより自然酸化膜を除去する場合と比べて低温で自然酸化膜を除去することができる。そのため、特に耐熱性が低いGe及びSnが成長基板に含まれる場合に有効である。例えば、SiGeの場合にはGeの比率が高くなるほど耐熱温度が低下する。なお、水素を含むプラズマを用いることにより自然酸化膜を除去する場合には、基板の温度は室温のまま自然酸化膜を除去しても良いし、加熱して自然酸化膜を除去しても良い。このような自然酸化膜の除去方法によっても、より効果的に自然酸化膜を除去することができる。また、エピタキシャル成長と並行して別の処理装置内で行うこともでき、生産性がより向上する。このとき、例えば、SiGeをエピタキシャル成長後にSiをエピタキシャル成長するような、エピタキシャル成長を連続して行う場合は、自然酸化膜が形成されないので、自然酸化膜を除去する工程を行う必要がない。 Furthermore, in order to remove a native oxide film on the surface of the growth substrate, it is also preferable to perform plasma treatment using plasma containing hydrogen before epitaxial growth. In this case, the natural oxide film can be removed at a lower temperature than when the natural oxide film is removed by heating in an atmosphere containing hydrogen. Therefore, it is particularly effective when the growth substrate contains Ge and Sn, which have low heat resistance. For example, in the case of SiGe, the higher the Ge ratio, the lower the allowable temperature limit. Note that when removing the natural oxide film by using plasma containing hydrogen, the natural oxide film may be removed while the substrate temperature is at room temperature, or the natural oxide film may be removed by heating. . The natural oxide film can also be removed more effectively by this natural oxide film removal method. Furthermore, it can be performed in a separate processing device in parallel with epitaxial growth, further improving productivity. At this time, for example, when epitaxial growth is performed successively, such as epitaxially growing SiGe and then epitaxially growing Si, a natural oxide film is not formed, so there is no need to perform a process for removing the natural oxide film.

(エピタキシャル成長)
必要に応じて上記の前処理を行った後に、上述のようにして設定した成長条件を用いて、水素で希釈したモノシランガスを導入して、成長基板上に単結晶シリコンのエピタキシャル成長を行う。
(epitaxial growth)
After performing the above pretreatment as necessary, monosilane gas diluted with hydrogen is introduced using the growth conditions set as described above to perform epitaxial growth of single crystal silicon on the growth substrate.

エピタキシャル成長中にドーピングガスを導入してもよい。例えば、ボロンをドーピングする場合にはジボラン、リンをドーピングする場合にはフォスフィンを使うことができる。 Doping gas may be introduced during epitaxial growth. For example, diborane can be used when doping boron, and phosphine can be used when doping phosphorus.

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

まず、以下に説明する実施例、比較例で使用する成長基板を準備した。準備した成長基板は単結晶シリコン基板であり、その導電型、直径、結晶面方位は、以下のとおりである。
基板の導電型 : p型
直径 : 300mm
結晶面方位 : (100)
First, growth substrates used in Examples and Comparative Examples described below were prepared. The prepared growth substrate was a single crystal silicon substrate, and its conductivity type, diameter, and crystal plane orientation were as follows.
Substrate conductivity type: p type Diameter: 300mm
Crystal plane orientation: (100)

別途、単結晶Siのエピタキシャル成長条件の設定を行った。原料ガスは、モノシランとキャリアガス(希釈ガス)の水素である。成長温度T(℃)は525~750℃の範囲から、T=600,650,700,750℃を選択した。モノシラン分圧Pは22~199Paの範囲から、P=22,66,199Paを選択し、
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
を満たすか否かにより、実施例、比較例とした。具体的には、以下のとおりである。
Separately, conditions for epitaxial growth of single crystal Si were set. The raw material gases are monosilane and hydrogen as a carrier gas (diluent gas). As the growth temperature T (°C), T=600, 650, 700, and 750°C were selected from the range of 525 to 750°C. Monosilane partial pressure P is selected from the range of 22 to 199 Pa, P = 22, 66, 199 Pa,
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
Examples and comparative examples were determined depending on whether the conditions were satisfied or not. Specifically, it is as follows.

(実施例)
T=600℃、P=22,66,199Pa、
T=650℃、P=22,66Pa、
T=700℃、P=22,66Pa、
T=750℃、P=22Pa、
の各条件である。
(Example)
T=600℃, P=22,66,199Pa,
T=650℃, P=22,66Pa,
T=700℃, P=22,66Pa,
T=750℃, P=22Pa,
These are each condition.

(比較例)
T=650℃、P=199Pa、
T=700℃、P=199Pa、
T=750℃、P=66,199Pa、
の各条件である。
(Comparative example)
T=650℃, P=199Pa,
T=700℃, P=199Pa,
T=750℃, P=66,199Pa,
These are each condition.

なお、実施例、比較例ともに、SiH流量/H流量比を0.04とした。成膜時間は温度とモノシラン分圧に応じて変えた。 In addition, in both Examples and Comparative Examples, the SiH 4 flow rate/H 2 flow rate ratio was set to 0.04. The film formation time was varied depending on the temperature and monosilane partial pressure.

次に、準備した単結晶シリコン基板をHF洗浄してから、反応装置内に搬入し、自然酸化膜を除去するために水素ベークを行った。このときの温度は800℃とし、時間は15分とした。 Next, the prepared single crystal silicon substrate was cleaned with HF, then carried into a reaction apparatus, and subjected to hydrogen baking to remove the natural oxide film. The temperature at this time was 800°C and the time was 15 minutes.

その後、設定した成長条件にしたがって、単結晶Siのエピタキシャル成長を行った。静電容量式の膜厚測定器により、エピタキシャル成長して得たエピタキシャル層厚を評価した結果、エピタキシャル層厚は成長温度とモノシラン分圧に応じて変化するが、70~1700nmのエピタキシャル層が形成されていることを確認した。 Thereafter, epitaxial growth of single crystal Si was performed according to the set growth conditions. As a result of evaluating the epitaxial layer thickness obtained by epitaxial growth using a capacitive film thickness measuring device, it was found that an epitaxial layer with a thickness of 70 to 1700 nm was formed, although the epitaxial layer thickness varies depending on the growth temperature and monosilane partial pressure. I confirmed that

また、結晶性を評価するために、断面TEM(Transmission Electron Microscopy)観察を行った。図3に観察結果を示す。成長温度T(単位:℃)と反応容器内のモノシランガスの分圧P(単位:Pa)とが、
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
の関係を満たさない比較例の場合にはポリシリコン層が形成されているが、上記関係式の関係を満たす実施例の条件では単結晶シリコンが形成できていることがわかる。
Further, in order to evaluate crystallinity, cross-sectional TEM (Transmission Electron Microscopy) observation was performed. Figure 3 shows the observation results. The growth temperature T (unit: °C) and the partial pressure P (unit: Pa) of monosilane gas in the reaction vessel are
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
It can be seen that a polysilicon layer is formed in the comparative example that does not satisfy the above relationship, but single crystal silicon is formed under the conditions of the example that satisfies the above relationship.

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。 Note that the present invention is not limited to the above embodiments. The above-mentioned embodiments are illustrative, and any embodiment that has substantially the same configuration as the technical idea stated in the claims of the present invention and has similar effects is the present invention. covered within the technical scope of.

Claims (6)

反応容器内に、水素(H)で希釈したモノシラン(SiH)ガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンをエピタキシャル成長するときの、エピタキシャル成長条件の設定方法であって、
前記成長基板を単結晶シリコン基板とし、
前記エピタキシャル成長条件は、少なくとも、成長温度T(単位:℃)と反応容器内のモノシランガスの分圧P(単位:Pa)と、前記モノシランガスと前記水素の流量比(SiH 流量/H 流量)を含み、
前記成長温度Tを、500℃以上かつ800℃以下の範囲内から選択するとともに、
前記反応容器内のモノシランガスの分圧Pと前記成長温度Tとが、
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
の関係を満たす条件を選択し
さらに、前記モノシランガスと前記水素の流量比(SiH 流量/H 流量)を、1.2×10 -2 以上かつ1.0以下の範囲内から選択してエピタキシャル成長条件の設定を行うことを特徴とするエピタキシャル成長条件の設定方法。
Epitaxial growth when monosilane (SiH 4 ) gas diluted with hydrogen (H 2 ) is introduced into a reaction vessel to epitaxially grow single crystal silicon on a growth substrate made of group IV elements including silicon under reduced pressure. A method of setting conditions,
The growth substrate is a single crystal silicon substrate,
The epitaxial growth conditions include at least the growth temperature T (unit: °C), the partial pressure P (unit: Pa) of the monosilane gas in the reaction vessel , and the flow rate ratio of the monosilane gas and the hydrogen (SiH 4 flow rate/H 2 flow rate). including,
The growth temperature T is selected from a range of 500° C. or higher and 800° C. or lower, and
The partial pressure P of the monosilane gas in the reaction vessel and the growth temperature T are
P<0.0017exp(10500/(T+273.15))
Select the conditions that satisfy the relationship ,
Further, the epitaxial growth conditions are set by selecting a flow rate ratio of the monosilane gas and the hydrogen (SiH 4 flow rate/H 2 flow rate) from a range of 1.2×10 −2 or more and 1.0 or less. How to set epitaxial growth conditions.
前記エピタキシャル成長条件は、さらに、前記反応容器内の圧力を含み、
前記反応容器内の圧力を、1.33×10Pa以上かつ1.33×10Pa以下の範囲内から選択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成長条件の設定方法。
The epitaxial growth conditions further include a pressure within the reaction vessel,
2. The method for setting epitaxial growth conditions according to claim 1 , wherein the pressure in the reaction vessel is selected from a range of 1.33×10 2 Pa or more and 1.33×10 4 Pa or less.
前記エピタキシャル成長条件は、さらに、前記モノシランガスのシリコン同位体の組成を含み、
前記モノシランガスとして、前記モノシランガスにおけるシリコンに占める28Siの含有量が99.9%以上の組成を有するモノシランガスを選択することを特徴とする請求項1又は2に記載のエピタキシャル成長条件の設定方法。
The epitaxial growth conditions further include a silicon isotope composition of the monosilane gas,
3. The method for setting epitaxial growth conditions according to claim 1 , wherein a monosilane gas having a composition in which the content of 28 Si in silicon in the monosilane gas is 99.9% or more is selected as the monosilane gas.
反応容器内に、水素で希釈したモノシランガスを導入して、減圧下でシリコンを含むIV族の元素からなる成長基板上に単結晶シリコンのエピタキシャル成長を行うエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記成長基板として、単結晶シリコン基板を用い、
請求項1~のいずれか一項に記載のエピタキシャル成長条件の設定方法により設定したエピタキシャル成長条件を用いてエピタキシャル成長を行う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 producing an epitaxial wafer in which monosilane gas diluted with hydrogen is introduced into a reaction vessel and single crystal silicon is epitaxially grown on a growth substrate made of a group IV element including silicon under reduced pressure, the method comprising:
Using a single crystal silicon substrate as the growth substrate,
A method for manufacturing an epitaxial wafer, comprising performing epitaxial growth using epitaxial growth conditions set by the method for setting epitaxial growth conditions according to any one of claims 1 to 3 .
前記エピタキシャル成長を行う前に、前記成長基板に対し、水素雰囲気、600℃以上かつ800℃以下の温度で、1分以上かつ60分以下の時間の熱処理を行うことにより、前記成長基板表面の自然酸化膜を除去することを特徴とする請求項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 Before performing the epitaxial growth, the growth substrate is heat-treated in a hydrogen atmosphere at a temperature of 600° C. or more and 800° C. or less for a period of 1 minute or more and 60 minutes or less, thereby reducing the natural oxidation of the surface of the growth substrate. 5. The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 4 , further comprising removing the film. 前記エピタキシャル成長を行う前に、前記成長基板に対し、水素を含むプラズマによるプラズマ処理を行うことにより、前記成長基板表面の自然酸化膜を除去することを特徴とする請求項4又は5に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 6. The epitaxial method according to claim 4, wherein, before performing the epitaxial growth, the growth substrate is subjected to plasma treatment using plasma containing hydrogen to remove a natural oxide film on the surface of the growth substrate. Wafer manufacturing method.
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