JPH0817737A - エピタキシャル成長法及びエピタキシャル成長基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エピタキシャル成長の際、ウエハ側からエピタ
キシャル層側にドーパントが拡散してくる、いわゆるオ
ートドープで遷移領域の抵抗率がだれるのを防ぐ。 【構成】半導体ウエハ面にエピタキシャル層を形成する
際、成長用ガス中のドーパント濃度を成長開始時点から
段階的および／または連続的に増加させ、設定濃度に達
した時点以降は一定に維持して成長を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエピタキシャル層の形成
方法及びエピタキシャル成長基板に係り、とくにウエハ
側に含まれるドーパントがエピタキシャル層に拡散す
る、いわゆるオートドピングの影響を利用して遷移領域
における抵抗率変化を急峻なものにするための技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ、たとえばシリコンウエハ
面にエピタキシャル成長させるとき、エピタキシャル層
にウエハ側からのドーパントが拡散してくる、いわゆる
オートドーピング現象がみられる。ウエハとエピタキシ
ャル層との界面（遷移領域）ではドーパント分布あるい
は抵抗率ができるだけ急峻に変化することが理想である
が、このオートドーピングのためどうしても抵抗率変化
が緩慢なカーブを描いてしまう。これを防止するため従
来はたとえば、成長温度を変化させたり（特開平５−１
６６７２１号公報）、紫外光を成長面に照射してドーパ
ント濃度を制御したりしていた（特開平３−１８０１４
号公報）。特開平３−１８０１４号公報には、成長用ガ
スに含まれるドーパントガスの分圧や流量を変化させる
ことが示唆されているが、具体的な手法ついては開示さ
れていない。あるいはまた、一旦ドーパントを含まぬ層
をエピタキシャル成長させておいて緩衝域を作り、この
上にドーパントを含む本来のエピタキシャル層を成長さ
せるやり方も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】成長温度を変化させる
やり方は当然成長速度に影響して生産性を損なうおそれ
があり、また、紫外光の照射によるものは新たな装置付
加が要求される。一旦不純物を含まぬ層を成長させるも
のは制御性に難点があり、遷移領域の抵抗率がときとし
て本来のエピタキシャル層が有すべき設定された値を越
えてしまうようなことがあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】第一の発明は、半導体ウ
エハ面にエピタキシャル層を形成する際、成長用ガス中
のドーパント濃度を成長開始時点から段階的および／ま
たは連続的に増加させ、設定濃度に達した時点以降は一
定に維持して成長を行なうことを特徴としている。

【０００５】第二の発明は、導電型を与えるためのドー
パントとしてヒ素を含んだ半導体シリコンウエハ面に、
導電型を与えるためのドーパントとしてリン化合物を含
む成長用ガスを用いてエピタキシャル層を形成する際、
前記ガス中のリン化合物の濃度を成長開始時点から段階
的および／または連続的に増加させ、設定濃度に達した
時点以降は一定に維持して成長を行なうことを特徴とし
ている。

【０００６】第三の発明は、成長用ガスから取り込まれ
たエピタキシャル層中のドーパントの濃度が、設定され
た一定濃度に達するまではエピタキシャル下層から上層
に向かって段階的および／または連続的に増加している
エピタキシャル成長基板であることを特徴としている。

【０００７】第四の発明は、導電型を与えるためのドー
パントとしてヒ素を含んだ半導体シリコンウエハ面にエ
ピタキシャル成長した基板であって、導電型を与えるた
めのドーパントとしてリン化合物を含む成長用ガスから
取り込まれたエピタキシャル層中のリンの濃度が、設定
された一定濃度に達するまではエピタキシャル下層から
上層に向かって段階的および／または連続的に増加して
いるエピタキシャル成長基板であることを特徴としてい
る。これらの様子を図１および図２に示す。

【０００８】

【作用】第一および第二の発明においては、成長用のガ
スに含まれるドーパントが予め設定した濃度までエピタ
キシャル成長開始時点から次第に増加してくる。このた
め最終的に成長用ガスから取り込まれたエピタキシャル
成長層の深さ方向のドーパント濃度の分布は、成長初期
から設定濃度のところまでは傾きをもったものににな
る。しかし、エピタキシャル層に導電型を与えるドーパ
ントは種類を問わなければ、実際にはウエハ側からも拡
散してくるので総ドーパントとしてはきわめて急峻な傾
きになる。なぜなら、ウエハ側から拡散してくるドーパ
ントは、成長用ガス中から取り込まれてくるドーパント
の濃度の増加傾きとは逆の減少傾きとなるから、ウエハ
側からのドーパントの減少を成長用ガスからのドーパン
トが補完する。すなわち、遷移領域の総ドーパント濃度
は結局、エピタキシャル層が本来有すべきドーパントの
濃度とほとんどずれを生じない。

【０００９】第三および第四の発明においては、第一お
よび第二の発明の方法により製造されたエピタキシャル
成長基板であることから、同様に遷移領域における総ド
ーパント濃度の分布の傾きは急峻なものになる。以下、
実施例に基づいて本発明をさらに詳説する。

【００１０】

【実施例１】縦型エピタキシャル成長炉に、直径５イン
チ、導電型Ｎ型（Ａｓドープ）、抵抗率０．００１〜
０．００４５Ω−cm、結晶方位＜１００＞のシリコンウ
エハを２０枚フルに装填し、モノシランを成長用ガスと
して、約２０分供給し１０６０℃でエピタキシャル成長
させた。エピタキシャル層の厚みとしては５．７５μｍ
を狙い、成長用ガスの流量は３５０ｃｃ／ｍｉｎ．の一
定とした。エピタキシャル層に導電型（Ｎ型）を与える
ドーパントとしての成長用ガス中のホスフィン（Ｐ
Ｈ₃）の流量は、定常状態でのドーパントガス供給流量
１６０ｃｃ／ｍｉｎ．まで１０ｃｃずつ１６段階で下記
それぞれ３つの異なるＲｕｎ-No.毎に、時間とともに段
階的に増加させた。 ・Ｒｕｎ-No.１・・・１０秒間隔 ・Ｒｕｎ-No.２・・・２０秒間隔 ・Ｒｕｎ-No.３・・・３０秒間隔 それぞれの供給プロファイルは、図３乃至図５に示し
た。これらの図からも分かるように定常ドーパント供給
流量１６０ｃｃ／ｍｉｎ．に達するには、Ｒｕｎ−No.
１（図３）では２分４０秒、Ｒｕｎ−No.２（図４）で
は５分２０秒、Ｒｕｎ−No.３（図５）では８分ちょう
どを要することになる。本実施例で得られたエピタキシ
ャル成長基板の抵抗率変化を調べた結果を図６に示す。
図６で縦軸は抵抗率、横軸はエピタキシャル成長基板表
面からの深さを示す。これからも分かるように、本実施
例ではＲｕｎ−No.２（図６中、符合ｂで示された曲
線）の２０秒間隔でドーパントガス流量を増加したもの
が、定常流量で最初から供給する従来のもの（図６中、
符合ｄで示された曲線）に比べ遷移領域での抵抗率の立
ち上がりが急峻で、また狙い抵抗値へスムーズへ移行し
ている。

【００１１】

【実施例２】実施例１ではウエハの装填枚数をフル２０
枚で行なったが、通常オートドープ量はウエハの装填枚
数が多いほど多いから、装填枚数が少なくなると実施例
１とは異なる結果になることが予想される。そこで、本
実施例では装填枚数を実験的にサセプタ中段の１枚のみ
とし、それ以外は実施例１と全く同様にしてエピタキシ
ャル成長を行なった。Ｒｕｍ−Ｎｏ．への対応は以下の
通りである。 ・Ｒｕｎ-No.４・・・１０秒間隔 ・Ｒｕｎ-No.５・・・２０秒間隔 ・Ｒｕｎ-No.６・・・３０秒間隔 本実施例で得られたエピタキシャル成長基板の抵抗率変
化を調べた結果を図７に示す。これからも分かるよう
に、本実施例ではＲｕｎ−No.４（図７中、符合ｅで示
された曲線）の１０秒間隔でドーパントガス流量を増加
したものが、定常流量で最初から供給する従来のもの
（図７中、符合ｈで示された曲線）に比べ遷移領域での
抵抗率の立ち上がりが急峻で、また狙い抵抗値へスムー
ズへ移行している。この２つの実施例でも分かるよう
に、成長条件が異なればドーパントの流量の増加率も変
える必要はあるが、基本的には次第にドーパント濃度を
増加していく手法の本発明の技術的思想を採用すれば、
遷移領域において従来より急峻な抵抗傾きをもつエピタ
キシャルウエハを得ることができる。以上の実施例はド
ーパントガスの流量を段階的に増加させるものであった
が、もちろん連続的に変化させることもできる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば作用の項でも述べたよう
に、成長用ガスから取り込まれるエピタキシャル成長層
の深さ方向のドーパント濃度の分布は、成長初期から設
定濃度のところまでは次第に増加していく傾きをもった
ものになるが、エピタキシャル層に導電型を与えるドー
パントは、種類を問わなければ実際にはウエハ側からも
拡散してくるので総ドーパント濃度としては遷移領域で
きわめて急峻な傾きをもつ。このため、結果的に遷移領
域の総ドーパント濃度はエピタキシャル層が本来有すべ
きドーパントの濃度とほとんどずれを生じないで、抵抗
率の急峻な変化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を示す図。

【図２】本発明の概念を示す図。

【図３】本発明のエピタキシャル成長法の一実施例を示
す図。

【図４】本発明のエピタキシャル成長法の異なる一実施
例を示す図。

【図５】本発明のエピタキシャル成長法のさらに異なる
一実施例を示す図。

【図６】エピタキシャル成長基板の遷移領域付近の抵抗
率変化を示す図。

【図７】エピタキシャル成長基板の遷移領域付近の抵抗
率変化を示す図。

【符合の説明】

ａ 本発明による遷移領域近傍の抵抗率分布曲線 ｂ 本発明による遷移領域近傍の最も望ましい抵抗率分
布曲線 ｃ 本発明による遷移領域近傍の抵抗率分布曲線 ｄ 従来法による遷移領域近傍の抵抗率分布曲線 ｅ 本発明による遷移領域近傍の最も望ましい抵抗率分
布曲線 ｆ 本発明による遷移領域近傍の抵抗率分布曲線 ｇ 本発明による遷移領域近傍の抵抗率分布曲線 ｈ 従来法による遷移領域近傍の抵抗率分布曲線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハ面にエピタキシャル層を形成
   する際、成長用ガス中のドーパント濃度を成長開始時点
   から段階的および／または連続的に増加させ、設定濃度
   に達した時点以降は一定に維持して成長を行なうことを
   特徴とするエピタキシャル成長法。
2. 【請求項２】導電型を与えるための不純物としてヒ素を
   含んだ半導体シリコンウエハ面に、導電型を与えるため
   の不純物としてリン化合物を含む成長用ガスを用いてエ
   ピタキシャル層を形成する際、前記ガス中のリン化合物
   の濃度を成長開始時点から段階的および／または連続的
   に増加させ、設定濃度に達した時点以降は一定に維持し
   て成長を行なうことを特徴とするエピタキシャル成長
   法。
3. 【請求項３】成長用ガスから取り込まれたエピタキシャ
   ル層中のドーパントの濃度が、設定された一定濃度に達
   するまではエピタキシャル下層から上層に向かって段階
   的および／または連続的に増加して成ることを特徴とす
   るエピタキシャル成長基板。
4. 【請求項４】導電型を与えるための不純物としてヒ素を
   含んだ半導体シリコンウエハ面にエピタキシャル成長し
   た基板であって、導電型を与えるための不純物としてリ
   ン化合物を含む成長用ガスから取り込まれたエピタキシ
   ャル層中のリンの濃度が、設定された一定濃度に達する
   まではエピタキシャル下層から上層に向かって段階的お
   よび／または連続的に増加して成ることを特徴とするエ
   ピタキシャル成長基板。