(57)【要約】【課題】高抵抗エピタキシャル層の連続成長時、炉内ガスパージ後に滞留した第１層用の成長ガスを原因としたオートドープを抑えて、高抵抗エピ層の深さ方向の抵抗率プロファイルダレが小さいＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】高抵抗エピタキシャル層成長時、反応容器の幅方向の中央部からの成長ガスの流量比を４０〜５５％としたので、高濃度ｎ形ドーパントを含む第１層用の成長ガスの炉内滞留量が減少する。その結果、滞留ガス中の高濃度ｎ形のドーパントが第２層へ回り込むオートドープが抑制され、第２層は成長当初から成長終了まで略均一なドーパント濃度となり、第２層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレが小さくなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度ｐ形のシリコンウェーハが水平配置される平面視して矩形状の横型の反応容器のうち、該反応容器の長さ方向の一端部でかつ該反応容器の幅方向の中央部および両端部に形成されたガス導入口から、前記反応容器の長さ方向の他端部に形成されたガス排気口に向かって、シリコンを含む反応ガスとキャリアガスとｎ形のドーパントガスとを混合した成長ガスを流すことで、前記シリコンウェーハの表面に対して、それぞれシリコンからなる高濃度ｎ形の低抵抗エピタキシャル層と低濃度ｎ形の高抵抗エピタキシャル層とを、下から順に連続して成長させるＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記高抵抗エピタキシャル層の成長の際には、前記反応容器の幅方向の中央部のガス導入口から供給される前記成長ガスの流量比を、全ての前記ガス導入口から供給される前記成長ガスの総量に対して４０〜５５％としたＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法、詳しくはＭＯＳＦＥＴをゲート部に組み込んだバイポーラトランジスタであるＩＧＢＴの形成用基板となるＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テイル電流の低減やオン電圧を低減するため、チャネル領域とコレクタ領域との間に、正孔などのキャリアを引き抜く制御ゲートを形成したＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が開発されている。
ＩＧＢＴ用の基板には、異なるドーパント濃度の２層のエピタキシャル層をシリコンウェーハの表面に成長させたエピタキシャルウェーハが採用されている。これは高濃度ｐ形（ｐ＋形）のシリコンウェーハの表面に、ｎ＋形伝導度変調層となる低抵抗エピタキシャル層と、ｎ−形伝導度変調層となる高抵抗エピタキシャル層とが、下から順に連続してエピタキシャル成長されたものである。
【０００３】
図６に、従来のエピタキシャル成長炉を示す（例えば特許文献１）。反応容器１００の一端部には、その幅方向の中央部と両端部とにガス導入口１０１〜１０３が形成されている。一方、反応容器１００の他端部の幅方向の中央部には、ガス排気口１０４が形成されている。各ガス導入口１０１〜１０３には、マスフローコントローラ１０９〜１１１が途中に設けられたガス配管１０６〜１０８が連通されている。
両エピタキシャル層の成長時には、反応容器１００内でサセプタ１０５に水平載置されたシリコンウェーハに対して、シリコンを含む反応ガスとキャリアガスとからなるプロセスガス（成長ガス）を、各ガス導入口１０１〜１０３からガス排気口１０４に向かって供給し、ウェーハ表面に単結晶シリコンのエピタキシャル層を成長させる。
【０００４】
すなわち、第１層となる低抵抗エピタキシャル層の成長時には、ｎ＋形（高濃度ｎ形）のドーパントを含む第１層用の成長ガスを、各ガス導入口１０１〜１０３からガス排気口１０４に向かって供給する。これにより、ウェーハ表面に低抵抗エピタキシャル層が成長される。その後、ガス導入口１０１〜１０３からパージガス（Ｈ２ガス）を炉内へ供給し、第１層用の反応ガスをパージする。
第２層となる高抵抗エピタキシャル層の成長時には、低濃度ｎ形（ｎ−形）の反応ガスを含む第２層用の成長ガスを、各ガス導入口１０１〜１０３からガス排気口１０４に向かって供給する。これにより、低抵抗エピタキシャル層の表面に高抵抗エピタキシャル層が成長される。
両成長ガスは、低抵抗エピタキシャル層と、高抵抗エピタキシャル層とのウェーハ面内での膜厚均一化を図るため、マスフローコントローラ１０９〜１１１により、３つのガス導入口１０１〜１０３を通過する流量が制御されていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８１０７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来では、両エピタキシャル層のウェーハ面内での膜厚を均一化するため、マスフローコントローラ１０９〜１１１を使用し、各ガス導入口１０１〜１０３からの反応ガスを含む成長ガスの流量を制御していた。しかしながら、各ガス導入口から供給される反応ガスの流量比については、制限がなかった。
そのため、高抵抗エピタキシャル層の成長時において、反応容器の幅方向の中央部から供給される成長ガスの流量比を、前記全成長ガス量の例えば７０％とした場合、図６の矢印に示すように、反応容器１００の両側部内で成長ガスの渦流が発生し易かった。その結果、前記パージ工程で排除しきれなかった第１層用ガスが、第２層の成長工程の前半において、炉内に残存し易くなっていた。
【０００７】
これにより、第２層の成長時、炉内に滞留した第１層用成長ガス中の高濃度なｎ形のドーパントが第２層へ回り込むオートドープ現象が発生していた。その結果、第２層のドーパント濃度は成長終了時より成長当初の方が高く、高抵抗エピタキシャル層の深さ方向の抵抗率プロファイルにダレが生じていた。よって、高抵抗エピタキシャル層の抵抗率が低下し、これを原因としてゲート酸化膜耐圧が低下するなど、デバイス特性に不具合が発生していた。
【０００８】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、第２層の高抵抗エピタキシャル層の成長時に、反応容器の幅方向の中央部から供給される成長ガスの流量比を４０〜５５％に制限すれば、第１層成長時に使用された高濃度ｎ形のドーパントガスを含む成長ガスの反応容器内での滞留量が減少することを知見した。これにより、この炉内滞留を原因とした第１層用の成長ガスに含まれる高濃度ｎ形のドーパントの第２層へのオートドープ現象が抑制され、２層目の高抵抗エピタキシャル層は成長当初から成長終了まで略均一なドーパント濃度となり、高抵抗エピタキシャル層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレの発生を防止できることを突き止め、この発明を完成させた。
【０００９】
この発明は、低抵抗エピタキシャル層上に高抵抗エピタキシャル層を連続成長させる際、炉内に滞留した第１層用の成長ガスに含まれる高濃度ｎ形のドーパントによるオートドープを抑制し、高抵抗エピタキシャル層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレを防止することができるＩＧＢＴ用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している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、高濃度ｐ形のシリコンウェーハが水平配置される平面視して矩形状の横型の反応容器のうち、該反応容器の長さ方向の一端部でかつ該反応容器の幅方向の中央部および両端部に形成されたガス導入口から、前記反応容器の長さ方向の他端部に形成されたガス排気口に向かって、シリコンを含む反応ガスとキャリアガスとｎ形のドーパントガスとを混合した成長ガスを流すことで、前記シリコンウェーハの表面に対して、それぞれシリコンからなる高濃度ｎ形の低抵抗エピタキシャル層と低濃度ｎ形の高抵抗エピタキシャル層とを、下から順に連続して成長させるＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法において、前記高抵抗エピタキシャル層の成長の際には、前記反応容器の幅方向の中央部のガス導入口から供給される前記成長ガスの流量比を、全ての前記ガス導入口から供給される前記成長ガスの総量に対して４０〜５５％としたＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、下層の低抵抗エピタキシャル層の成長に連続して行われる上層の高抵抗エピタキシャル層の成長時において、反応容器の幅方向の中央部から供給される成長ガスの流量比を４０〜５５％に制限する。これにより、第１層のエピタキシャル成長に使用した高濃度ｎ形のドーパントガスを含む成長ガスの炉内での滞留量が減少する。これは、炉内へ導入される各孔からのガス速度の差により生じていた逆流が減少するためである。その結果、第２層の高抵抗エピタキシャル層のエピタキシャル成長工程では、炉内に滞留した第１層用の成長ガス中の高濃度ｎ形のドーパントが第２層へ回り込むオートドープが抑制され、高抵抗エピタキシャル層の成長当初から成長終了まで略均一化したドーパント濃度が実現し、高抵抗エピタキシャル層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレを小さくすることができる。これにより、このダレを原因としたゲート酸化膜耐圧の低下など、デバイス特性の劣化を解消することができる。
【００１２】
シリコンウェーハとしては、高濃度ｐ形の単結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。ｐ形のドーパントとしては、例えばＢ（ホウ素）などを採用することができる。
「高濃度ｎ形の低抵抗エピタキシャル層」とは、ｎ形ドーパントが高濃度（１×１０１６〜１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）にドープされたエピタキシャル層をいう。また、「低濃度ｎ形の高抵抗エピタキシャル層」とは、ｎ形ドーパントが低濃度（１×１０１３〜１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）にドープされたエピタキシャル層をいう。
また、高濃度エピタキシャル層は１×１０１８〜５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３で、低濃度エピタキシャル層は１×１０１３〜１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の方が本発明による好ましい効果が得られる。
【００１３】
「低抵抗エピタキシャル層と高抵抗エピタキシャル層とを下から順に連続して成長させる」とは、低抵抗エピタキシャル層と高抵抗エピタキシャル層との間に別の層の介在がなく、低抵抗エピタキシャル層の表面に一体的に高抵抗エピタキシャル層が成長されることをいう。低抵抗エピタキシャル層の成長工程と高抵抗エピタキシャル層の成長工程との間には、通常、第１層用の成長ガスのパージ工程が存在する。
「中央部」とは、矩形のエピタキシャル反応容器の幅方向の中央で、かつ１／４〜１／３の幅に設置された導入口をいう。
【００１４】
エピタキシャル成長炉としては、例えば、シリコンウェーハがそれぞれ水平に配置される枚葉式またはバッチ式の気相エピタキシャル成長炉などを採用することができる。
ガス導入口の形成数は、反応容器の一端部（上流部）の幅方向の中央部および両側部に１つずつまたは２つ以上ずつでもよい。ただし、反応容器の一端部の幅方向の中央部および両側部において、成長ガスの流量が調整可能な開口形状、ガス導入口の個数配置でなければならない。
ガス排気口の形成数は、例えば、反応容器の他端部（下流部）の幅方向の中央部に１つでも、複数に分岐してもよい。
反応ガスとしては、例えばＳｉＣｌ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＨ４ガスなどを採用することができる。また、キャリアガスとしては、例えば水素ガスなどを採用することができる。ｎ形のドーパントガスとしては、例えばＰＨ３（フォスフィン），ＡｓＨ３（アルシン）などを採用することができる。
【００１５】
低抵抗エピタキシャル層の成長の際には、３つのガス導入口から反応容器に供給される成長ガスの流量比に制限はない。例えば低抵抗エピタキシャル層のウェーハ面内の厚さが均一となるように、各ガス導入口から供給される成長ガスの流量比を任意に変更することができる。
一方、高抵抗エピタキシャル層の成長の際には、反応容器の幅方向の中央部から供給される成長ガスの流量比を４０〜５５％とする。４０％未満の場合および５５％を超えた場合には、高抵抗エピタキシャル層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレが大きくなる。反応容器の幅方向の中央部から供給される成長ガスの好ましい流量比は４５〜５３％である。この範囲であれば、炉内ガス逆流によって生じるシリコン生成物の炉壁への付着が低減し、ウェーハ表面清浄度が高まる。
【００１６】
左側部のガス導入口から供給される成長ガスの流量比と、右側部のガス導入口から供給される成長ガスの流量比とは、第１層成長時および第２層成長時に限らず、同一とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、低抵抗エピタキシャル層（第１層）に連続成長される高抵抗エピタキシャル層（第２層）の成長時、反応容器の幅方向の中央部から供給される第２層用の成長ガスの流量比を４０〜５５％に制限した。これにより、第１層成長時に使用した高濃度ｎ形のドーパントガスを含む成長ガスの反応容器内での滞留量が減少する。その結果、第２層成長工程では、第１層用の成長ガス中に含まれる高濃度ｎ形のドーパントによるオートドープが抑制され、高抵抗エピタキシャル層の成長当初から成長終了まで略均一なドーパント濃度を実現することができる。その結果、高抵抗エピタキシャル層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレが小さくなる。そのため、このダレを原因としたゲート酸化膜耐圧の低下など、デバイス特性の劣化を解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１〜図４を参照して、この発明の実施例１に係るＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法を説明する。まず、エピタキシャル成長炉を説明する。
図１および図２に示すエピタキシャル成長炉１０は、ウェーハ表面にエピタキシャル層を成長させる炉で、チャンバ内に水平に設置された横長な反応容器１１を本体とする。反応容器１１の長さ方向の中間部内には、水平な円板形状のサセプタ（ウェーハ保持部材）１２が配置されている。
サセプタ１２の上面には、サセプタ１２の中心軸を中心として複数のザグリ部が等角配置されている。各ザグリ部には、高濃度ｐ形（ｐ+ 形）、＜１００＞のシリコンウェーハ１３が水平に収納されている。
【００２０】
反応容器１１の下方には、サセプタ１２に載置された各シリコンウェーハ１３を加熱する誘導加熱コイル１４が設けられている。誘導加熱コイル１４はサセプタ１２を誘導加熱し、サセプタ１２上の各シリコンウェーハ１３を間接的に加熱する。
反応容器１１の一端部には、反応容器１１の幅方向の中央部と、反応容器１１の幅方向の両側部とに、合計３つのガス導入口１５，１６，１７が配設されている。一方、反応容器１１の一端部に対向する他端部には、反応容器１１の幅方向の中央部に、反応容器１１に供給されたガスを炉外へ排出するガス排気口１８が１つだけ形成されている。また、前記中央部側のガス導入口１５には、途中にガスの流量を制御するマスフローコントローラ２２が設けられたガス配管１９が連通されている。左側のガス導入口２０には、途中に別のマスフローコントローラ２３が設けられたガス配管２０が連通されている。さらに、右側のガス導入口１７には、途中にさらに別のマスフローコントローラ２４が設けられたガス配管２１が連通されている。
【００２１】
次に、エピタキシャル成長炉１０を用いた第１層の低抵抗エピタキシャル層２５と第２層の高抵抗エピタキシャル層２６の連続成長工程を説明する。
第１層の低抵抗エピタキシャル層２５の成長時には、反応容器１１の各ガス導入口１５〜１７から、ウェーハ面内の低膜厚が均一化するように、各マスフローコントローラ２２〜２４からの流量を調整し、第１層用の成長ガスを反応容器１１に３分間供給する。第１層用の成長ガスは、反応ガス（ＳｉＨ４ガス）と、キャリアガス（水素ガス）と、ｎ形のドーパントガス（フォスフィンガス）との混合ガスである。
【００２２】
すなわち、ガス導入口１５からは、第１層用の成長ガスが１０８リットル／分（流量比６０％）で、反応容器１１の中央部に供給される。一方、両ガス導入口１６，１７からは、第１層用の成長ガスが、それぞれ３６リットル／分（流量比２０％）で、反応容器１１の両端部に供給される。これにより、シリコンウェーハ１３の表面に膜厚がウェーハ面内において１０μｍで略均一化した低抵抗エピタキシャル層２５が成長される。
その後、各マスフローコントローラ２２〜２４により、反応容器１１への第１層用のプロセスガスの供給を停止し、各ガス導入口１５〜１７から炉内にパージガス（Ｈ２ガス）を、１５０リットル／分で２分間だけ供給する。これにより、炉内に滞留した第１層用の成長ガスが炉外へパージされる。しかしながら、第１層用の成長ガスの一部はパージしきれず、反応容器１１に残留することになる。
【００２３】
次に、これに連続して、第２層の高抵抗エピタキシャル層２６のエピタキシャル成長工程が行われる。
各ガス導入口１５〜１７からは、ウェーハ面内の低抵抗エピタキシャル層２５の膜厚が均一化し、かつ高抵抗エピタキシャル層２６の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレが小さくなるように、各マスフローコントローラ２２〜２４からの流量を調整し、ドーパントが低濃度のｎ形のドーパントガスを含む第２層用の成長ガスを、反応容器１１に供給する。第２層用の成長ガスは、反応ガス（ＳｉＨ４ガス）と、キャリアガス（水素ガス）と、ｎ形のドーパントガス（フォスフィンガス）との混合ガスである。
【００２４】
具体的には、中央部のガス導入口１５から第２層用の成長ガスを９０リットル／分（流量比５０％）で、反応容器１１の中央部へ供給する。一方、両側部のガス導入口１６，１７からは、第２層用の成長ガスをそれぞれ４５リットル／分（流量比２５％）で、反応容器１１の両端部に供給する。これにより、炉内に滞留した第１層用の成長ガスを、短時間のうちに略完全にパージし、全てを第２層用の成長ガスとすることができる。これにより、ウェーハ面内での厚さが３０μｍで略均一化し、かつ膜厚方向のドーパント濃度が略一定となった、低濃度ｎ形の高抵抗エピタキシャル層２６が成長される。そのため、第２層成長工程では、第１層用の成長ガスの滞留を原因とした高濃度ｎ形のドーパントの第２層へのオートドープ現象が抑制される。その結果、高抵抗エピタキシャル層２６の成長当初から成長終了まで略均一なドーパント濃度が実現し、第２層の深さ方向の抵抗率プロファイルのダレを小さくすることができる。よって、このダレを原因としたゲート酸化膜耐圧の低下など、デバイス特性の劣化を解消することができる。
【００２５】
ここで、図３〜図５のグラフを参照して、ＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法の高抵抗エピタキシャル層の成長工程において、高抵抗エピタキシャル層（第２層）の抵抗（ρ）の分布、層厚（ｔ）の分布およびＳＲ傾きの分布と、反応容器の幅方向の中央部へ供給される第２層用の成長ガスの流量比（センター比）との相関を報告する。
ＳＲ傾きとは、高抵抗エピタキシャル層の成長開始領域における抵抗率プロファイルのダレの度合いを示す（図４および図５のグラフ）。
図３のグラフにおいて、左縦軸はウェーハ面内で選出された１０点における測定値のバラツキである。また、右縦軸は高抵抗エピタキシャル層のＳＲ傾きである。さらに、横軸は反応容器の幅方向の中央部へ供給される反応ガスの流量比である。
【００２６】
図３のグラフから明らかなように、反応容器の幅方向の中央部へ供給される第２層用の成長ガスの流量比が、全ての前記ガス導入口から供給される成長ガスの総量に対して４０〜５５％の場合には、高抵抗エピタキシャル層の成長開始領域における抵抗率プロファイルのダレが小さく（ＳＲ傾きを参照）、かつ第２層のウェーハ面内での抵抗均一性（ρバラツキを参照）および層厚均一性（ｔバラツキを参照）がそれぞれ高まることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施例１に係るＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法に用いられるエピタキシャル成長炉の使用状態の平面図である。
【図２】発明の実施例１に係るＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法に用いられるエピタキシャル成長炉の使用状態の側面図である。
【図３】この発明の実施例１に係るＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法の高抵抗エピタキシャル層の成長工程において、高抵抗エピタキシャル層の抵抗分布、層厚分布およびＳＲ傾き分布と、反応容器の幅方向の中央部に供給される成長ガスの流量比との相関を示すグラフである。
【図４】この発明の実施例１に係るＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法により得られたエピタキシャルウェーハのウェーハ厚さ方向の抵抗率プロファイルを示すグラフである。
【図５】図４中のＡ領域の部分拡大グラフである。
【図６】従来手段に係るＩＧＢＴ用エピタキシャルウェーハの製造方法に用いられるエピタキシャル成長炉の使用状態の平面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１１  反応容器、
１３  シリコンウェーハ、
１５〜１７  ガス導入口、
１８  ガス排気口、
２５  低抵抗エピタキシャル層、
２６  高抵抗エピタキシャル層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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