JPH0196923A - Epitaxial growth method - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、エピタキシャル成長方法に関する。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to an epitaxial growth method.
本発明では、半導体基板をベークした後、この半導体基
板上に半導体層をエピタキシャル成長するようにしたエ
ピタキシャル成長方法において、上記ベークを減圧下に
おいて1100″C以上の温度で行うとともに、上記エ
ピタキシャル成長を減圧下において900℃以下の温度
で行うようにすることにより、半導体基板中の不純物の
半導体層へのオートドーピングを低減することができる
ようにしている。In the present invention, in an epitaxial growth method in which a semiconductor substrate is baked and then a semiconductor layer is epitaxially grown on the semiconductor substrate, the baking is performed at a temperature of 1100''C or higher under reduced pressure, and the epitaxial growth is performed under reduced pressure. By performing the process at a temperature of 900° C. or lower, autodoping of impurities in the semiconductor substrate into the semiconductor layer can be reduced.
従来、例えばバイポーラLSIのような半導体集積回路
装置の製造においては、シリコン(St)基板上に単結
晶Si層をエピタキシャル成長させる技術が用いられて
いる。この場合、通常、例えばヒ素のような不純物が高
濃度にドープされた埋込層を有するSi基板上に低不純
物濃度のSi層をエピタキシャル成長させる必要がある
。また、このエピタキシャル成長は、Si基板を水素(
H2)雰囲気中でベークすることにより表面を清浄化し
た後に行われる。これらのベーク及びエピタキシャル成
長は、従来、いずれも1000℃以上の高温で行われて
いた。Conventionally, in the manufacture of semiconductor integrated circuit devices such as bipolar LSIs, a technique has been used to epitaxially grow a single crystal Si layer on a silicon (St) substrate. In this case, it is usually necessary to epitaxially grow a Si layer with a low impurity concentration on a Si substrate having a buried layer heavily doped with an impurity such as arsenic. In addition, this epitaxial growth can also be performed on the Si substrate using hydrogen (
H2) Performed after cleaning the surface by baking in an atmosphere. Conventionally, both baking and epitaxial growth have been performed at a high temperature of 1000° C. or higher.
しかしながら、本発明者の検討によれば、上述の従来の
エピタキシャル成長方法は、エピタキシャル層への不純
物のオートドーピングが生じてしまうという問題があっ
た。すなわち、第5図に示すように、エピタキシャル層
へのこの不純物のオートドーピングの効果により、埋込
層に隣接する部分のエピタキシャル層中に遷移領域が形
成されてしまう。例えば、埋込層の不純物濃度が〜2×
1019cm−1、エピタキシャル層の不純物濃度が〜
2 X 10 ”cm−’である場合、この遷移領域の
幅は〜0.5μm以上にもなる。However, according to studies by the present inventors, the conventional epitaxial growth method described above has a problem in that autodoping of impurities into the epitaxial layer occurs. That is, as shown in FIG. 5, due to the effect of autodoping the epitaxial layer with this impurity, a transition region is formed in the epitaxial layer in a portion adjacent to the buried layer. For example, the impurity concentration of the buried layer is ~2×
1019cm-1, the impurity concentration of the epitaxial layer is ~
2 x 10 "cm", the width of this transition region can be ~0.5 μm or more.
本発明者が行った実験結果に基づいて、このオートドー
ピングによる遷移領域の形成について説明する。第6図
は、従来のエピタキシャル成長方法により形成されたエ
ピタキシャル層中の不純物濃度分布を示すグラフである
。ここで、H2べ一り条件としては1090℃1100
Torrを用い、エピタキシャル成長条件としては10
20℃1100Torrを用いた。また、この実験に用
いた試料は、第7図に示すように、Si基板1の中央部
にヒ素の埋込N2を設け、このSi基板1上にSi層(
図示せず)をエピタキシャル成長させたものであり、こ
の埋込N2の端からの距離Xを変えて遷移領域の幅(Δ
d)の測定を行った。なお、この遷移領域の幅Δdは、
この遷移領域の不純物濃度がエピタキシャル層の不純物
濃度(例えば2X10”cm−3)に等しくなる深さの
位置とエピタキシャル層/Si基板界面との間の距離で
ある。この実験結果かられかるように、χ=0(埋込層
端)におけるΔd、 は約1.2μmと大きい。The formation of the transition region by autodoping will be explained based on the results of experiments conducted by the present inventor. FIG. 6 is a graph showing impurity concentration distribution in an epitaxial layer formed by a conventional epitaxial growth method. Here, the H2bench conditions are 1090℃ 1100℃
Using Torr, the epitaxial growth conditions were 10
A temperature of 20° C. and 1100 Torr was used. In addition, as shown in FIG. 7, the sample used in this experiment had arsenic embedded N2 in the center of the Si substrate 1, and a Si layer (
(not shown) is epitaxially grown, and the width of the transition region (Δ
d) was measured. Note that the width Δd of this transition region is
This is the distance between the epitaxial layer/Si substrate interface and the depth position where the impurity concentration of this transition region is equal to the impurity concentration of the epitaxial layer (for example, 2X10"cm-3).As can be seen from this experimental result. , Δd at χ=0 (buried layer end) is as large as approximately 1.2 μm.
このようにΔdが大きいと、次のような問題が生じる。When Δd is large in this way, the following problem occurs.
すなわち、例えばバイポーラLSIにおいては、Δdが
大きいとバイポーラトランジスタのコレクターベース間
耐圧が低下するため、これを避けるためにエピタキシャ
ル層の厚さを大きくする必要がある。ところが、このよ
うにエピタキシャル層の厚さを大きくするとコレクタの
直列抵抗が増大するため、バイポーラトランジスタの動
作速度を決定する因子の一つであるコレクタ充電時間τ
、゛が増大し、動作速度の低下を招く。−方、第6図に
おいて、例えばx=8mmにおけるΔd2が約1μmと
大きいことかられかるように、横方向(基板表面に平行
な方向)へのオートドーピングも大きいため、その影響
でトランジスタ間の分離を行うためのp゛層で不純物補
償が起きる。That is, in a bipolar LSI, for example, if Δd is large, the collector-base breakdown voltage of the bipolar transistor decreases, so in order to avoid this, it is necessary to increase the thickness of the epitaxial layer. However, increasing the thickness of the epitaxial layer increases the series resistance of the collector, which reduces the collector charging time τ, which is one of the factors that determines the operating speed of bipolar transistors.
, ゛ increases, leading to a decrease in operating speed. - On the other hand, as can be seen from the large Δd2 of about 1 μm at x=8 mm in Figure 6, autodoping in the lateral direction (direction parallel to the substrate surface) is also large; Impurity compensation occurs in the p layer for separation.
これを防止するためには、このp゛層の不純物濃度を高
くすればよいが、このようにするとコレクター基板間の
寄生容M Cr sが増大し、結果としてトランジスタ
の動作速度の低下を招くという問題があった。これらの
理由により、バイポーラLSIの動作速度の向上が妨げ
られていた。In order to prevent this, it is possible to increase the impurity concentration of this p layer, but this increases the parasitic capacitance M Cr between the collector substrate and results in a decrease in the operating speed of the transistor. There was a problem. For these reasons, improvement in the operating speed of bipolar LSIs has been hindered.
このオートドーピングは、LSIがますます微細化及び
高速化されるのに伴い、必要とされるエピタキシャル層
の厚さが薄くなるにつれて重大な問題になってきている
。This autodoping is becoming a serious problem as LSIs become smaller and faster, and the thickness of the required epitaxial layer becomes thinner.
従って、本発明の目的は、半導体基板中の不純物のエピ
タキシャル層へのオートド−ピンクラ低減することがで
きるエピタキシャル成長方法を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide an epitaxial growth method capable of reducing autodoping problems of impurities in a semiconductor substrate into an epitaxial layer.
本発明者は、上述の問題を解決すべく種々検討を行った
結果、次のような事実を見い出した。すなわち、不純物
のオートドーピングは、埋込層の不純物濃度が高い程大
きい。また、このオートドーピングは、エビ多キシャル
成長温度が高い程、エピタキシャル成長時の圧力が低い
程及びH!ベークを減圧下において高い温度で行う程、
少ないことがわかった。The inventor of the present invention conducted various studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, discovered the following facts. That is, the autodoping of impurities increases as the impurity concentration of the buried layer increases. Moreover, this autodoping becomes more pronounced as the epitaxial growth temperature is higher, the pressure during epitaxial growth is lower, and H! The higher the baking temperature is under reduced pressure,
It turns out that there are few.
以上の事実から、ヒ素のオートドーピングについては次
のように考えられる。Based on the above facts, the autodoping of arsenic can be considered as follows.
■半導体基板中の埋込層から蒸発したヒ素がオートドー
ピングの原因となっている。■Arsenic evaporated from the buried layer in the semiconductor substrate causes autodoping.
■ヒ素はH2ベークなどにより蒸発した後、半導体基板
の表面に吸着して捕らえられ、これがエピタキシャル成
長時にエピタキシャル層中に取り込まれる。(2) After arsenic is evaporated by H2 baking or the like, it is adsorbed and captured on the surface of the semiconductor substrate, and is incorporated into the epitaxial layer during epitaxial growth.
■ヒ素の蒸発はかなり容易に起こり、高温(900〜1
100℃)下では蒸気圧がほぼ飽和の傾向を示す。■ Evaporation of arsenic occurs fairly easily and at high temperatures (900 to 1
(100°C), the vapor pressure tends to be almost saturated.
■半導体基板へのヒ素の吸着は高温程及び低圧である程
起こりにくくなる。■The higher the temperature and the lower the pressure, the less adsorption of arsenic to the semiconductor substrate occurs.
本発明者は、以上の検討に基づいてベーク条件及びエピ
タキシャル成長条件の最適化を行った結果、本発明を案
出するに至った。The present inventors optimized the baking conditions and epitaxial growth conditions based on the above studies, and as a result, they came up with the present invention.
すなわち、本発明は、半導体基板をベークした後、この
半導体基板上に半導体層をエピタキシャル成長するよう
にしたエピタキシャル成長方法において、ベークを減圧
下において1100℃以上の温度で行うとともに、エピ
タキシャル成長を減圧下において900℃以下の温度で
行うようにしている。That is, the present invention provides an epitaxial growth method in which a semiconductor substrate is baked and then a semiconductor layer is epitaxially grown on the semiconductor substrate, in which the baking is performed at a temperature of 1100° C. or higher under reduced pressure, and the epitaxial growth is performed at a temperature of 900° C. or higher under reduced pressure. I try to do it at a temperature below ℃.
上記した手段によれば、ベークを減圧下において110
0℃以上の温度で行うことにより、このベークによって
半導体基板から蒸発する不純物がこの半導体基板の表面
に吸着する確率を小さくすることができる。また、引き
続いて行われるエピタキシャル成長を減圧下において9
00″C以下の温度で行うことにより、半導体基板表面
への不純物の吸着が進行するのを防止することができる
。According to the above-mentioned means, baking is performed under reduced pressure for 110 minutes.
By performing baking at a temperature of 0° C. or higher, it is possible to reduce the probability that impurities evaporated from the semiconductor substrate by this baking will be adsorbed to the surface of the semiconductor substrate. In addition, the subsequent epitaxial growth was performed under reduced pressure at 90°C.
By carrying out the process at a temperature of 00''C or less, it is possible to prevent the progress of adsorption of impurities onto the surface of the semiconductor substrate.
これによって、エピタキシャル成長される半導体層中に
取り込まれる不純物量を低減することができ、従って半
導体基板中の不純物の半導体層へのオートドーピングを
低減することができる。This makes it possible to reduce the amount of impurities incorporated into the epitaxially grown semiconductor layer, and thus to reduce autodoping of impurities in the semiconductor substrate into the semiconductor layer.
(実施例〕
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described with reference to the drawings.
第2図に示すように、まず例えばp型のSi基板1に例
えばヒ素をイオン注入や拡散によりドープして例えば不
純物濃度が2 X 10 ”cm−’のn゛型の埋込層
2を形成する0次に、このSi基板1を図示省略した例
えばバレル炉型のエピタキシャル成長装置内に入れ、こ
のSi基板1を例えば1100℃、23Torrの条件
で5分間H2ベークする。これによって、上記埋込層2
からヒ素が蒸発するが、高温かつ減圧下であるので、こ
のヒ素はSi基板1の表面に殆ど吸着しない。As shown in FIG. 2, first, for example, a p-type Si substrate 1 is doped with, for example, arsenic by ion implantation or diffusion to form an n-type buried layer 2 with an impurity concentration of, for example, 2×10 cm. Next, this Si substrate 1 is placed in, for example, a barrel furnace type epitaxial growth apparatus (not shown), and this Si substrate 1 is baked in H2 for 5 minutes at, for example, 1100° C. and 23 Torr. 2
Although arsenic evaporates from the Si substrate 1, this arsenic is hardly adsorbed on the surface of the Si substrate 1 because the temperature is high and the pressure is reduced.
次に第3図に示すように、このSi基板l上に例えば不
純物濃度が2 X 10 ”cm−”のn型のsiエピ
タキシャル層3をエピタキシャル成長させる。このエピ
タキシャル成長は、反応ガスとしてシラン゛ (Si
H4)、ジクロルシラン(SiHzClx)等を用い、
例えば900℃、32〜34Torrの条件で行う、こ
れによって、Si基板30表面へのヒ素の吸着は殆ど進
行しない。Next, as shown in FIG. 3, an n-type Si epitaxial layer 3 having an impurity concentration of 2.times.10 "cm-", for example, is epitaxially grown on this Si substrate 1. Then, as shown in FIG. This epitaxial growth is performed using silane (Si
H4), dichlorosilane (SiHzClx), etc.
For example, the adsorption of arsenic onto the surface of the Si substrate 30 hardly progresses by performing it under conditions of 900° C. and 32 to 34 Torr.
第1図は、このようにして形成されたSiエピタキシャ
ル層3中の不純物濃度分布を示す。FIG. 1 shows the impurity concentration distribution in the Si epitaxial layer 3 formed in this manner.
第1図に示すように、埋込層2から蒸発したヒ素による
Siエピタキシャル層3へのオートドーピング量は少な
く、x−Omo+における遷移領域の幅Δd4は、不純
物濃度2X I Q ”c1++−”の所で測って約0
.26μ糟である。この値は、従来のエピタキシャル成
長方法を用いた場合に比べて約半分以下の極めて小さな
値である。また、埋込層2か −らの距離x=0.8a
sS 1.6ms、2.4mll1のデータかられかる
ように、横方向のオートドーピングは観察されない。As shown in FIG. 1, the amount of autodoping into the Si epitaxial layer 3 by arsenic evaporated from the buried layer 2 is small, and the width Δd4 of the transition region at x-Omo+ is equal to the impurity concentration 2X IQ "c1++-". Approximately 0 when measured at the place
.. It is 26 μm. This value is extremely small, about half or less compared to the case where conventional epitaxial growth methods are used. Also, the distance from the buried layer 2 - x = 0.8a
No lateral autodoping is observed as seen from the sS 1.6 ms, 2.4 ml1 data.
このように、本実施例によれば、H2ベークを1100
℃、23Torrの条件で行うとともに、エピタキシャ
ル成長を900℃、32〜34Torrの条件で行って
いるので、横方向のオートドーピングは実質的に解消さ
れ、オートドーピングの影響が生じる領域は埋込層2の
部分に限定されるとともに、この埋込層2の部分のオー
トドーピングも少なく、遷移領域の幅を従来の約半分以
下に低減することができる。このため、本実施例による
エピタキシャル成長方法を例えばバイポーラLSIの製
造に適用した場合、従来に比べてSiエピタキシャル層
3の厚さを小さくすることができるので、コレクタの直
列抵抗を小さくすることができ、従ってコレクタ充電時
間τ、′を小さくすることができる。また、横方向のオ
ートドーピングが解消されたことにより、コレクター基
板間の寄生容量CtSも低減することができる。この結
果、バイポーラトランジスタの動作速度を向上させるこ
とができ、従ってバイポーラLSIの動作速度を向上さ
せることができる。In this way, according to this embodiment, the H2 bake is performed at 1100
℃ and 23 Torr, and the epitaxial growth is performed at 900℃ and 32 to 34 Torr, so lateral autodoping is virtually eliminated, and the region where autodoping is affected is in the buried layer 2. In addition, the autodoping in this buried layer 2 portion is also small, and the width of the transition region can be reduced to about half or less of the conventional width. Therefore, when the epitaxial growth method according to this embodiment is applied to, for example, the manufacture of bipolar LSI, the thickness of the Si epitaxial layer 3 can be made smaller than that of the conventional method, so the series resistance of the collector can be made small. Therefore, the collector charging time τ,' can be reduced. Moreover, since lateral autodoping is eliminated, the parasitic capacitance CtS between the collector substrates can also be reduced. As a result, the operating speed of the bipolar transistor can be improved, and therefore the operating speed of the bipolar LSI can be improved.
一方、第4図は本実施例との比較のために行った実験の
データであり、H2ベークの温度のみ950℃とし、他
の条件は本実施例と同じにして、H2ベーク及びエピタ
キシャル成長を行った場合のデータを示す。この結果か
ら明らかなように、H2ベーク温度を950℃とすると
、x=ommにおけるΔd5は約1.7μmと極めて大
きくなり、従ってこの程度のベーク温度ではオートドー
ピングを防止することができないことがわかる。On the other hand, FIG. 4 shows the data of an experiment conducted for comparison with this example, in which H2 bake and epitaxial growth were performed with only the H2 bake temperature being 950°C and the other conditions being the same as in this example. The data is shown below. As is clear from this result, when the H2 bake temperature is 950°C, Δd5 at x=omm becomes extremely large, approximately 1.7 μm, and it is therefore clear that autodoping cannot be prevented at this bake temperature. .
以上、本発明の実施例について具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.
例えば、H22ベーク及びエピタキシャル成長時の圧力
は上述の実施例と異なる圧力としてもよく、例えば50
Torr程度の圧力としてもよい。For example, the pressure during H22 baking and epitaxial growth may be different from that in the above embodiments, for example, 50
The pressure may be approximately Torr.
また、本発明は、バイポーラLSIの他にバイポーラ−
CMO3LSIその他のエピタキシャル層を用いる各種
の半導体集積回路装置の製造に適用することができる。Furthermore, the present invention is applicable to bipolar LSIs as well as bipolar LSIs.
It can be applied to manufacturing various semiconductor integrated circuit devices using CMO3LSI and other epitaxial layers.
本発明によれば、ベークを減圧下において1100℃以
上の温度で行うとともに、エピタキシャル成長を減圧下
において900℃以下の温度で行うようにしたことによ
り、半導体基板中の不純物のエピタキシャル層へのオー
トドーピングを低減することができる。According to the present invention, by performing baking at a temperature of 1100°C or higher under reduced pressure and performing epitaxial growth at a temperature of 900°C or lower under reduced pressure, autodoping of impurities in the semiconductor substrate into the epitaxial layer is achieved. can be reduced.
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるエピタキシャル成長方
法により形成されたエピタキシャル層中の不純物濃度分
布を示すグラフ、第2図及び第3図は本発明の一実施例
によるエピタキシャル成長方法を工程順に示す断面図、
第4図は本発明の一実施例によるエピタキシャル成長方
法との比較のために行った実験結果を示すグラフ、第5
図は従来のエピタキシャル成長方法を用いた場合のオー
トドーピングの現象を説明するためのグラフ、第6図は
従来のエピタキシャル成長方法により形成されたエピタ
キシャル層中の不純物濃度分布を示すグラフ、第7図は
オートドーピングを調べるための実験で用いた半導体基
板を示す平面図である。
図面における主要な符号の説明
1:Si基板(半導体基板)、2:埋込層、3:Siエ
ピタキシャル層(半導体層)。
代理人 弁理士 杉 浦 正 知
ジ
エビ5〜シVル1のi+JT]5\うの>’!%/’
m)第1図
第3図
エピタキシャル層のA、狛力゛らのジζさ(qm)第4
図
エピタルシャツv4のに+Tnかかy>”Jざ第5図
エピタキ゛ンでル層のAlB 6’うケ塚や(、Llm
)第6図[Brief Description of the Drawings] FIG. 1 is a graph showing the impurity concentration distribution in an epitaxial layer formed by an epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are graphs according to an embodiment of the present invention. Cross-sectional views showing the epitaxial growth method step by step,
FIG. 4 is a graph showing the results of an experiment conducted for comparison with an epitaxial growth method according to an embodiment of the present invention;
The figure is a graph to explain the phenomenon of auto-doping when a conventional epitaxial growth method is used. Figure 6 is a graph showing the impurity concentration distribution in an epitaxial layer formed by a conventional epitaxial growth method. Figure 7 is an auto-doping graph. FIG. 2 is a plan view showing a semiconductor substrate used in an experiment to investigate doping. Explanation of main symbols in the drawings 1: Si substrate (semiconductor substrate), 2: buried layer, 3: Si epitaxial layer (semiconductor layer). Agent Patent Attorney Tadashi Sugiura Chijiebi 5 ~ Shivru 1 no i+JT] 5\Uno>'! %/'
m) Figure 1 Figure 3 Dimensions (qm) of epitaxial layer A, strength, etc. 4th
Figure 5 Epitaxial layer of AlB 6' Ugezuka (, Llm
) Figure 6
Claims (1)
体層をエピタキシャル成長するようにしたエピタキシャ
ル成長方法において、上記ベークを減圧下において11
00℃以上の温度で行うとともに、上記エピタキシャル
成長を減圧下において900℃以下の温度で行うように
したことを特徴とするエピタキシャル成長方法。In an epitaxial growth method in which a semiconductor substrate is baked and then a semiconductor layer is epitaxially grown on the semiconductor substrate, the baking is performed under reduced pressure for 11 days.
An epitaxial growth method characterized in that the epitaxial growth is performed at a temperature of 00°C or higher, and the epitaxial growth is performed under reduced pressure at a temperature of 900°C or lower.
Priority Applications (1)
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JP25526687A JPH0196923A (en) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | Epitaxial growth method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25526687A JPH0196923A (en) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | Epitaxial growth method |
Publications (1)
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JPH0196923A true JPH0196923A (en) | 1989-04-14 |
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ID=17276360
Family Applications (1)
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JP (1) | JPH0196923A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH0227157U (en) * | 1989-08-18 | 1990-02-22 | ||
JPH0227158U (en) * | 1989-08-18 | 1990-02-22 | ||
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CN102851735A (en) * | 2011-06-28 | 2013-01-02 | 上海华虹Nec电子有限公司 | Silicon epitaxial growth method via chemical vapor deposition (CVD) |
JP2015204325A (en) * | 2014-04-11 | 2015-11-16 | 信越半導体株式会社 | Epitaxial wafer manufacturing method |
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1987
- 1987-10-09 JP JP25526687A patent/JPH0196923A/en active Pending
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