(57)【要約】【課題】ｐｎ接合部における比抵抗の分布を急峻にすることができる半導体基板の製造方法及び該製造方法に得られる半導体基板を提供すること。【解決手段】キャリアガスが流通する反応室の内部に半導体ソースガス及び第１ドーパントガスを供給して、半導体ウェーハの主表面に第１エピタキシャル層を成長させる第１エピタキシャル成長工程Ｓ１と、第１エピタキシャル成長工程Ｓ１の後に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第１ドーパントガスを供給する第１ドーパントガス供給工程Ｓ２と、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２の後に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスと共に前記第１ドーパントガスとは逆の導電型の第２ドーパントガスを供給して、前記第１エピタキシャル層の上に、該第１エピタキシャル層とは逆の導電型の第２エピタキシャル層を成長させる第２エピタキシャル成長工程Ｓ５と、を備える。【選択図】図２
2010034389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアガスが流通する反応室の内部に半導体ソースガス及び第１ドーパントガスを供給して、半導体ウェーハの主表面に第１エピタキシャル層を成長させる第１エピタキシャル成長工程と、
前記第１エピタキシャル成長工程の後に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第１ドーパントガスを供給する第１ドーパントガス供給工程と、
前記第１ドーパントガス供給工程の後に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスと共に前記第１ドーパントガスとは逆の導電型の第２ドーパントガスを供給して、前記第１エピタキシャル層の上に、該第１エピタキシャル層とは逆の導電型の第２エピタキシャル層を成長させる第２エピタキシャル成長工程と、を備える半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２エピタキシャル成長工程との間に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第２ドーパントガスを供給する第２ドーパントガス供給工程を更に備える請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２ドーパントガス供給工程との間に、前記反応室の内部の前記第１ドーパントガスを該反応室の外部に排出するパージ工程を更に備える請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２ドーパントガス供給工程との間に、前記反応室の内部の前記第１ドーパントガスを該反応室の外部に排出するパージ工程を行うことなく、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第１ドーパントガス及び前記第２ドーパントガスを同時に供給するドーパントガス同時供給工程を更に備える請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２ドーパントガス供給工程との間に、前記第１エピタキシャル成長工程により得られたエピタキシャルウェーハを前記反応室の外部に一旦待避させると共に該エピタキシャルウェーハを前記反応室の内部に戻す待避工程を更に備える請求項２〜４のいずれかに記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
キャリアガスが流通する反応室の内部に半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で第３ドーパントガスを供給する第３ドーパントガス供給工程と、
前記第３ドーパントガス供給工程の後に、前記反応室の内部に半導体ソースガス及び前記第３ドーパントガスを供給して、半導体ウェーハの主表面に、該半導体ウェーハとは逆の導電型の第３エピタキシャル層を成長させる第３エピタキシャル成長工程と、を備える半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造される半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層に不純物がドープされてなる半導体基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ジャンクションＦＥＴ等のパワー素子の素材として、シリコンウェーハの主表面にｐ型及びｎ型の２層のエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハが使用されている（例えば、下記特許文献１参照）。このようなエピタキシャルウェーハは、一般的に、Ｓｂ、Ｂ、Ａｓ等のドーパントが高濃度に添加された低比抵抗（低抵抗率）のシリコンウェーハと、Ｐ、Ｂ等のドーパントが低濃度に添加された高比抵抗（高抵抗率）のエピタキシャル層とからなる。
【０００３】
エピタキシャルウェーハは、一般的に、気相成長装置の反応室の内部に水素（Ｈ２）ガス等のキャリアガスを流通させた状態で、半導体ソースガス（ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４ガス等）及びドーパントガス（ＰＨ３、Ｂ２Ｈ６ガス等）を反応室の内部に供給することにより、加熱されたシリコンウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長することにより製造される。
【０００４】
エピタキシャル層を成長させる場合、２層のエピタキシャル層の界面において、比抵抗（抵抗率、つまりドーパント濃度）が漸次変化するｐｎ接合部（遷移領域）が形成される。このｐｎ接合部は、デバイス領域として使用される所定の比抵抗を有するエピタキシャル層の範囲を制限するため、ｐｎ接合部における比抵抗の分布ができるだけ急峻に変化するように維持することが必要となる。特に、ジャンクションＦＥＴ等のパワー素子の素材として使用されるエピタキシャルウェーハにおいては、エピタキシャル層全体の比抵抗がその特性そのものに強く影響するため、ｐｎ接合部における比抵抗の分布の程度を所定の急峻の範囲に維持することが必要となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１０８２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、１層目のエピタキシャル層の上に２層目のエピタキシャル層を成長させる際、高温のエピタキシャル成長処理が実施されるため、いわゆるオートドープ現象、すなわち、２層目のエピタキシャル成長処理中に１層目のエピタキシャル層内のドーパントが外方に拡散し、外方に拡散したドーパントが２層目のエピタキシャル層内に取り込まれる現象が発生する。このため、ｐｎ接合部の比抵抗のプロファイルが変化し、比抵抗の分布が急峻にならない、あるいは所定の比抵抗の分布が得られないといった問題が発生する。
【０００７】
前述の問題は、ｐ型のエピタキシャル層とｎ型のエピタキシャル層との間のｐｎ接合部のみならず、シリコンウェーハとエピタキシャル層との間のｐｎ接合部においても同様に生じる。また、シリコンからなるエピタキシャルウェーハのみならず、他の半導体からなるエピタキシャルウェーハにおいても同様に生じる。
【０００８】
従って、本発明は、ｐｎ接合部における比抵抗の分布を急峻にすることができる半導体基板の製造方法及び該製造方法に得られる半導体基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の半導体基板の製造方法は、キャリアガスが流通する反応室の内部に半導体ソースガス及び第１ドーパントガスを供給して、半導体ウェーハの主表面に第１エピタキシャル層を成長させる第１エピタキシャル成長工程と、前記第１エピタキシャル成長工程の後に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第１ドーパントガスを供給する第１ドーパントガス供給工程と、前記第１ドーパントガス供給工程の後に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスと共に前記第１ドーパントガスとは逆の導電型の第２ドーパントガスを供給して、前記第１エピタキシャル層の上に、該第１エピタキシャル層とは逆の導電型の第２エピタキシャル層を成長させる第２エピタキシャル成長工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２エピタキシャル成長工程との間に、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第２ドーパントガスを供給する第２ドーパントガス供給工程を更に備えることが好ましい。
【００１１】
（３）前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２ドーパントガス供給工程との間に、前記反応室の内部の前記第１ドーパントガスを該反応室の外部に排出するパージ工程を更に備えてもよい。
【００１２】
（４）前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２ドーパントガス供給工程との間に、前記反応室の内部の前記第１ドーパントガスを該反応室の外部に排出するパージ工程を行うことなく、前記反応室の内部に前記半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で前記第１ドーパントガス及び前記第２ドーパントガスを同時に供給するドーパントガス同時供給工程を更に備えることが好ましい。
【００１３】
（５）前記第１ドーパントガス供給工程と前記第２ドーパントガス供給工程との間に、前記第１エピタキシャル成長工程により得られたエピタキシャルウェーハを前記反応室の外部に一旦待避させると共に該エピタキシャルウェーハを前記反応室の内部に戻す待避工程を更に備えることが好ましい。
【００１４】
（６）また、本発明の半導体基板の製造方法は、キャリアガスが流通する反応室の内部に半導体ソースガスを実質的に供給しない状態で第３ドーパントガスを供給する第３ドーパントガス供給工程と、前記第３ドーパントガス供給工程の後に、前記反応室の内部に半導体ソースガス及び前記第３ドーパントガスを供給して、半導体ウェーハの主表面に、該半導体ウェーハとは逆の導電型の第３エピタキシャル層を成長させる第３エピタキシャル成長工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
（７）また、本発明の半導体基板は、前記製造方法により製造されるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ｐｎ接合部における比抵抗の分布を急峻にすることができる半導体基板の製造方法及び該製造方法に得られる半導体基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の半導体基板の製造方法の第１実施態様について図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施態様の半導体基板の製造方法で使用される気相成長装置を模式的に示すものである。
まず、第１実施態様の半導体基板の製造方法で使用される気相成長装置について説明する。図１に示すように、本気相成長装置（エピタキシャル成長装置）１は、高周波加熱により１枚の半導体ウェーハ３１に対してエピタキシャル成長を行う枚葉式の気相成長装置である。
【００１８】
気相成長装置１は、反応室１１と、加熱部１２と、サセプタ１３と、ガス供給管１４と、ガス排出管２０と、ベント配管１９と、第１接続バルブ１５、第２接続バルブ１６と、第３接続バルブ１７と、第４接続バルブ１８と、第５接続バルブ２１と、第６接続バルブ２２と、を備えている。
【００１９】
反応室１１は、その内部にサセプタ１３が設置され、その内部にキャリアガスＧ１、半導体ソースガスＧ２、第１ドーパントガスＧ３及び第２ドーパントガスＧ４を供給可能に構成されている。そして、反応室１１は、サセプタ１３の上に載置された半導体ウェーハ３１に半導体ソースガスＧ２等を供給することで、半導体ウェーハ３１の主表面にエピタキシャル層３２，３４（図４参照）を成長させる。
【００２０】
ガス供給管１４及びガス排出管２０は、反応室１１に連結されている。ガス供給管１４からは、キャリアガスＧ１、半導体ソースガスＧ２、第１ドーパントガスＧ３及び第２ドーパントガスＧ４のうちの１種又は複数種が反応室１１の内部に供給される。また、供給された半導体ソースガスＧ２等は、サセプタ１３に載置された半導体ウェーハ３１の主表面を水平に通過した後、ガス排出管２０から反応室１１の外部に排出される。
ベント配管１９は、半導体ソースガスＧ２、第１ドーパントガスＧ３及び第２ドーパントガスＧ４を反応室１１に供給せずに、ガス排出管２０に直接送るための配管である。
【００２１】
第１接続バルブ１５は、半導体ソースガスＧ２をガス供給管１４に送るか否かを制御するバルブである。第２接続バルブ１６は、半導体ソースガスＧ２をベント配管１９に送るか否かを制御するバルブである。第３接続バルブ１７は、第１ドーパントガスＧ３をガス供給管１４に送るか否かを制御するバルブである。第４接続バルブ１８は、第１ドーパントガスＧ３をベント配管１９に送るか否かを制御するバルブである。第５接続バルブ２１は、第２ドーパントガスＧ４をガス供給管１４に送るか否かを制御するバルブである。第６接続バルブ２２は、第２ドーパントガスＧ４をベント配管１９に送るか否かを制御するバルブである。
【００２２】
サセプタ１３は、反応室１１の内部に設置され、半導体ウェーハ３１を載置する部材である。サセプタ１３の上面には、半導体ウェーハ３１の直径よりも大きい径の凹部からなるウェーハ載置部が形成されている。サセプタ１３は、その下面が支持され、回転する。
【００２３】
加熱部１２は、反応室１１の上方側に配設され、反応室１１の内部に位置するサセプタ１３及びその上に載置された半導体ウェーハ３１を放射熱により加熱し、半導体ウェーハ３１を所定温度に設定するものである。この加熱部１２としては、例えば、ハロゲンランプ、赤外ランプ、誘導加熱コイル等を採用できる。なお、加熱部１２の配設位置は、反応室１１の上方側及び下方側でもよく、あるいは反応室１１の下方側のみでもよい。
【００２４】
本気相成長装置１によれば、反応室１１の内部のサセプタ１３上に半導体ウェーハ３１を載置した状態で、ガス供給管１４を通じて反応室１１の内部にキャリアガスＧ１を供給し、ガス排出管２０からキャリアガスＧ１を反応室１の外部に排出することにより、反応室１の内部にキャリアガスＧ１を流通させた状態で、加熱部１２により半導体ウェーハ３１を所定温度に加熱することができる。
【００２５】
また、第１接続バルブ１５、第３接続バルブ１７及び第５接続バルブ２１の全てを閉状態とすることにより、キャリアガスＧ１のみをガス供給管１４から反応室１１の内部に供給する（半導体ソースガスＧ２、第１ドーパントガスＧ３及び第２ドーパントガスＧ４を反応室１１の内部に供給しない）ことができる。
【００２６】
また、第１接続バルブ１５を閉状態、第３接続バルブ１７を開状態及び第５接続バルブ２１を閉状態とすることにより、半導体ソースガスＧ２を反応室１１の内部に実質的に供給せずに、第１ドーパントガスＧ３及びキャリアガスＧ１をガス供給管１４から反応室１１の内部に供給することができる。
【００２７】
また、第１接続バルブ１５を閉状態、第３接続バルブ１７を閉状態、第５接続バルブ２１を開状態とすることにより、半導体ソースガスＧ２を反応室１１の内部に実質的に供給せずに、第２ドーパントガスＧ４及びキャリアガスＧ１をガス供給管１４から反応室１１の内部に供給することができる。
【００２８】
また、第１接続バルブ１５を開状態、第３接続バルブ１７を開状態及び第５接続バルブ２１を閉状態とすることにより、半導体ソースガスＧ２、第１ドーパントガスＧ３及びキャリアガスＧ１をガス供給管１４から反応室１１の内部に供給することができる。
【００２９】
また、第１接続バルブ１５を開状態、第３接続バルブ１７を閉状態及び第５接続バルブ２１を開状態とすることにより、半導体ソースガスＧ２、第２ドーパントガスＧ４及びキャリアガスＧ１をガス供給管１４から反応室１１の内部に供給することができる。
【００３０】
次に、本発明の半導体基板の製造方法の第１実施態様について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明の半導体基板の製造方法の第１実施態様を示すフローチャートである。図３は、第１実施態様の半導体基板の製造方法におけるガス流量のタイミングチャートである。図４は、第１実施態様の半導体基板の製造方法により得られる半導体基板を示す断面図である。
【００３１】
〔第１実施態様〕
図２及び図３に示すように、第１実施態様の半導体ウェーハの製造方法は、第１エピタキシャル成長工程Ｓ１、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２、パージ工程Ｓ３、第２ドーパントガス供給工程Ｓ４及び第２エピタキシャル成長工程Ｓ５を備える。詳細については後述する。
【００３２】
第１実施態様の半導体ウェーハの製造方法により、図４に示す半導体基板３５が得られる。半導体基板３５は、半導体ウェーハ３１の上に第１エピタキシャル層３２が形成され、その上に第２エピタキシャル層３４が形成されたものである。
【００３３】
半導体ウェーハ３１は、例えば、リン、ヒ素、アンチモン等の不純物がドープされたｎ型のウェーハ、ホウ素、ガリウム、インジウム等の不純物がドープされたｐ型のウェーハ、不純物がドープされていないウェーハからなる。
半導体ウェーハ３１は、例えば、シリコン単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＩｎＰ単結晶、ＺｎＳ単結晶、ＺｎＳｅ単結晶から形成される。
【００３４】
第１エピタキシャル層３２及び第２エピタキシャル層３４は、リン、ヒ素、アンチモン等の不純物がドープされたｎ型のエピタキシャル層、ホウ素、ガリウム、インジウム等の不純物がドープされたｐ型のエピタキシャル層からなる。
第２エピタキシャル層３４の導電型は、第１エピタキシャル層３２とは逆の導電型である。「逆の導電型」とは、ｎ型に対するｐ型、又はｎ型に対するｐ型を意味する。従って、例えば、第１エピタキシャル層３２がｎ型であれば、第２エピタキシャル層３４はｐ型である。
【００３５】
キャリアガスＧ１としては、例えば、水素（Ｈ２）ガスが挙げられる。
【００３６】
半導体ウェーハ３１がシリコン単結晶からなる場合には、半導体ソースガスＧ２として、例えば、ＳｉＨ４ガス、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス、ＳｉＨＣｌ３ガス、ＳｉＣｌ４ガスが例示される。
半導体ウェーハ３１がＧａＡｓ単結晶からなる場合には、半導体ソースガスＧ２として、例えば、トリメチルガリウム，トリエチルガリウム，トリメチルヒ素，トリエチルヒ素，アルシン等のガスが例示される。
【００３７】
半導体ウェーハ３１がＩｎＰ単結晶からなる場合には、半導体ソースガスＧ２として、例えば、トリメチルインジウム，トリエチルインジウム，塩化インジウム，トリメチルリン，トリエチルリン，ホスフィン等のガスが例示される。
半導体ウェーハ３１がＺｎＳ単結晶からなる場合には、半導体ソースガスＧ２として、例えば、トリメチル亜鉛，トリエチル亜鉛，硫化水素等のガスが例示される。
半導体ウェーハ３１がＺｎＳｅ単結晶からなる場合には、半導体ソースガスＧ２として、トリメチル亜鉛，トリエチル亜鉛，セレン化水素等のガスが例示される。
【００３８】
次に、第１実施態様の半導体ウェーハの製造方法における各工程Ｓ１〜Ｓ５について説明する。
【００３９】
（Ｓ１）第１エピタキシャル成長工程
図３に示すように、キャリアガスＧ１が流通する反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２、第１ドーパントガスＧ３及びキャリアガスＧ１を供給して、半導体ウェーハ３１の主表面に第１エピタキシャル層３２を成長させる。このようなガスの供給形態は、前述のように、第１接続バルブ１５を開状態、第３接続バルブ１７を開状態、第５接続バルブ２１を閉状態とすることにより実現される。
【００４０】
第１ドーパントガスＧ３は、揮発性の第１ドーパントからなるガスである。第１エピタキシャル層３２には、第１ドーパントがドープされる。これにより、半導体ウェーハ３１の主表面に、ｐ型又はｎ型の第１エピタキシャル層３２が形成されたエピタキシャルウェーハ３３が得られる（図４参照）。
なお、図３の横軸は、全工程を通しての時間を示し、図３の下部の矢印（→）は各工程Ｓ１〜Ｓ５が実施される時間帯を示す。また、図３の縦軸は、各ガスＧ１〜Ｇ４の流量の相対的な値を示すものであり、絶対値を示すものではない。
【００４１】
（Ｓ２）第１ドーパントガス供給工程
第１エピタキシャル成長工程Ｓ１の後に、前述の各種接続バルブを所定の開閉状態に設定し、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で、反応室１１の内部に第１ドーパントガスＧ３及びキャリアガスＧ１を供給する。このようなガスの供給形態は、前述のように、第１接続バルブ１５を閉状態、第３接続バルブ１７を開状態、第５接続バルブ２１を閉状態とすることにより実現される。「反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態」とは、本発明の効果を阻害しない範囲で、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２が供給される状態を排除しない意味である。
【００４２】
第１ドーパントガス供給工程Ｓ２の時間は、例えば、１〜５分である。第１ドーパントガスＧ３の濃度は、第１エピタキシャル層３２の比抵抗を所定の目標値（ターゲット値）にする場合の濃度（ターゲット濃度）以上であり、該ターゲット濃度の１．５倍以上であることが好ましい。反応室１１への第１ドーパントガスＧ３の供給速度（時間あたりの流量）は一定でもよいが、該流量は、徐々に増加（ランピング）させることが好ましい。
その結果、第１エピタキシャル層３２における上側（半導体ウェーハ３１とは反対側。第２エピタキシャル層３４が積層される側）において、第１ドーパントの濃度が高くなる。
【００４３】
（Ｓ３）パージ工程
第１ドーパントガス供給工程Ｓ２の後に、反応室１１の内部の第１ドーパントガスＧ３を反応室１１の外部に排出する。また、パージ工程Ｓ３の開始時において、第３接続バルブ１７を閉状態とし、反応室１１への第１ドーパントガスＧ３の供給を停止する。第１ドーパントガスＧ３を反応室１１の外部に排出する時間は、例えば、１〜５分である。
【００４４】
（Ｓ４）第２ドーパントガス供給工程
パージ工程Ｓ３の後に、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で第２ドーパントガスＧ４を供給する。第２ドーパントガスＧ４は、第１ドーパントガスＧ３とは逆の導電性を有する揮発性の第２ドーパントからなるガスである。このようなガスの供給形態は、前述のように、第１接続バルブ１５を閉状態、第３接続バルブ１７を閉状態及び第５接続バルブ２１を開状態とすることにより実現することができる。
【００４５】
第２ドーパントガス供給工程Ｓ４の時間は、例えば、１〜５分である。反応室１１への第２ドーパントガスＧ４の供給速度（時間あたりの流量）は、徐々に減少させることが好ましい。
その結果、反応室１１の内部には、半導体ソースガスＧ２が実質的に存在しない状態で、第２ドーパントガスＧ４が存在することになる。
【００４６】
（Ｓ５）第２エピタキシャル成長工程
第２ドーパントガス供給工程Ｓ４の後に、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２と共に第２ドーパントガスＧ４を供給して、第１エピタキシャル層３２の上に第２エピタキシャル層３４を成長させる。このようなガスの供給形態は、前述のように、第１接続バルブ１５を開状態、第３接続バルブ１７を閉状態及び第５接続バルブ２１を開状態とすることにより実現することができる。
第１エピタキシャル層３２には、第２ドーパントがドープされる。これにより、図４に示す所定の半導体基板３５が得られる。半導体基板３５は、半導体ウェーハ３１の主表面に第１エピタキシャル層３２が形成され、その上に、第１エピタキシャル層３２とは逆の導電型の第２エピタキシャル層３４が形成されたものである（図４参照）。
【００４７】
第１実施態様の半導体基板の製造方法によれば、以下の効果が奏される。
第１実施態様の半導体基板の製造方法においては、第１エピタキシャル成長工程Ｓ１の後に、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で第１ドーパントガスを供給する第１ドーパントガス供給工程Ｓ２と、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２と共に第１ドーパントガスＧ３とは逆の導電型の第２ドーパントガスＧ４を供給して、第１エピタキシャル層３２の上に、第１エピタキシャル層３２とは逆の導電型の第２エピタキシャル層３４を成長させる第２エピタキシャル成長工程Ｓ５と、を備えている。
【００４８】
そのため、半導体ソースガスＧ２の供給を停止すると、第１エピタキシャル層３２の上側の面（第２エピタキシャル層３４が積層される側の面）において、第１エピタキシャル層３２の上側の面からの第１ドーパントの外方拡散が始まる。すなわち、第１エピタキシャル層３２の上側の面近傍の第１ドーパントは、境界層（ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｌａｙｅｒ）における物質移動を経て、キャリアガスＧ１の中へ移動し、拡散する。しかし、第１実施態様における第１ドーパントガス供給工程Ｓ２のごとく、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で第１ドーパントガスを供給することによって、キャリアガスＧ１の中の第１ドーパントは、半導体ソースガスＧ２により消費されることなく、濃度（または分圧）が高い状態を保つので、境界層における第１エピタキシャル層３２の上側の面からキャリアガスＧ１の中への物質移動が抑制される。
【００４９】
従って、第１エピタキシャル層３２の上側の面において第１ドーパントの外方拡散が起こったとしても、第１エピタキシャル層３２の上側の面において第１ドーパントの濃度の高い状態が保持される。その状態で、第１エピタキシャル層３２の上側の面に、第１エピタキシャル層３２とは逆の導電型の第２エピタキシャル層３４が成長する。その結果、第１エピタキシャル層３２と第２エピタキシャル層３４との間のｐｎ接合部における比抵抗の分布を急峻にすることができる。
【００５０】
また、第１実施態様においては、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２と第２エピタキシャル成長工程Ｓ５との間に、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で第２ドーパントガスＧ４を供給する第２ドーパントガス供給工程Ｓ４を更に備えている。そのため、第２エピタキシャル成長工程Ｓ５の前に、反応室１１の内部に第２ドーパントガスＧ４が存在した状態となっている。この状態下、第２エピタキシャル成長工程Ｓ５が行われることで、第２エピタキシャル層３４は、その第１エピタキシャル層３２側の面において第２ドーパントの濃度が高い状態で、エピタキシャル成長が起こる。その結果、第１エピタキシャル層３２と第２エピタキシャル層３４との間のｐｎ接合部における比抵抗の分布が一層急峻となる。
【００５１】
また、第１実施態様においては、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２と第２ドーパントガス供給工程Ｓ４との間に、反応室１１の内部の第１ドーパントガスＧ３を反応室１１の外部に排出するパージ工程Ｓ３を更に備えている。そのため、第２ドーパントガス供給工程Ｓ４により反応室１１の内部に第２ドーパントガスＧ４を供給する前に、反応室１１の内部の第１ドーパントガスＧ３を反応室１１の外部により確実に排出することができる。その結果、第２ドーパントガス供給工程Ｓ４における第１ドーパントガスＧ３の残留を抑制することができる。また、反応室１１の内部へのシリコン等の付着を防止できる。
【００５２】
次に、本発明の半導体基板の製造方法の他の実施態様について説明する。他の実施態様については、主として、第１実施態様とは異なる点を説明し、第１実施態様と同様の構成について同じ符号を付し、説明を省略する。他の実施態様について特に説明しない点については、第１実施態様についての説明が適宜適用される。他の実施態様においても、第１実施態様と同様の効果が奏される。
【００５３】
〔第２実施態様〕
第２実施態様は、第１実施態様に比して、待避工程Ｓ６を備える点が主として異なる。それ以外は、第１実施態様と同様である。従って、第２実施態様については、待避工程Ｓ６を中心に説明する。
図５は、本発明の半導体基板の製造方法の第２実施態様を示すフローチャートである（図２対応図）。図６は、第２実施態様の半導体基板の製造方法におけるガス流量のタイミングチャートである（図３対応図）。
【００５４】
図５に示すように、第２実施態様の半導体基板の製造方法は、第１実施態様に比して、パージ工程Ｓ３と平行して、待避工程Ｓ６を行う点が主として異なる。第２実施態様の半導体基板の製造方法においては、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２までの工程及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４から後の工程は、第１実施態様と同様である。また、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２と第２ドーパントガス供給工程Ｓ４との間に、パージ工程Ｓ３を行うことも同じである。
しかし、第２実施態様においては、パージ工程Ｓ３と平行して、下記待避工程Ｓ６を行う。
【００５５】
（Ｓ６）待避工程
図６に示すように、第１エピタキシャル成長工程Ｓ１により得られたエピタキシャルウェーハ３３に対して第１ドーパントガスＧ３を流すことにより、反応室１１の内部の雰囲気ガスの温度を、拡散律速の処理温度域から反応律速の温度域まで降温する（温度を下げる）。その後、エピタキシャルウェーハ３３を反応室１１の外部に一旦待避させると共に、エピタキシャルウェーハ３３を反応室１１の内部に戻す。エピタキシャルウェーハ３３を反応室１１の外部に待避させる時間は、例えば、１〜３分である。
図６に示すように、待避工程Ｓ６は、タイムチャート上、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２の後半と重なっていることが好ましい。
【００５６】
なお、第２実施態様においてパージ工程Ｓ３を省略することもできる。
また、待避工程Ｓ６において、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２を行う反応室１１と第２ドーパントガス供給工程Ｓ４を行う反応室１１とが異なっていてもよい。換言すると、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２を行った反応室１１から待避させたエピタキシャルウェーハ３３を、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２を行った反応室１１とは異なる反応室１１に投入してもよい。つまり、待避工程Ｓ６における「反応室１１の内部に戻す」とは、同じ反応室１１の内部に戻す場合に制限されない。
【００５７】
第２実施態様においては、待避工程Ｓ６を備えるため、第１ドーパントガスＧ３の影響をより排除することができ、ｐｎ接合部における比抵抗の分布を一層急峻にすることができる。
【００５８】
〔第３実施態様〕
第３実施態様は、第１実施態様に比して、パージ工程Ｓ３に代えて、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７を備える点が主として異なる。それ以外は、第１実施態様と同様である。従って、第３実施態様については、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７を中心に説明する。
図７は、本発明の半導体基板の製造方法の第３実施態様を示すフローチャートである（図２対応図）。
【００５９】
図７に示すように、第３実施態様の半導体基板の製造方法は、第１実施態様に比して、パージ工程Ｓ３に代えて（パージ工程Ｓ３を行わずに）、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７を行う点が主として異なる。第３実施態様の半導体基板の製造方法においては、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２までの工程及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４から後の工程は、第１実施態様と同様である。
【００６０】
（Ｓ７）ドーパントガス同時供給工程
第１ドーパントガス供給工程Ｓ２の後、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で、反応室１１の内部に第１ドーパントガスＧ３及びキャリアガスＧ１を供給している状態において、第２ドーパントガスＧ４も供給する。つまり、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７は、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４を併せてに行う工程に相当し、従って、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で、反応室１１の内部に第１ドーパントガスＧ３、第２ドーパントガスＧ４及びキャリアガスＧ１を供給する。
【００６１】
第３実施態様においては、パージ工程Ｓ３を備えておらず、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７を備えるため、以下の効果が奏される。パージ工程Ｓ３が無いことにより、第１ドーパントの外方拡散がなく、また、第２ドーパントガスＧ４の供給を第１ドーパントガスＧ３の供給と併せて行うことにより、第１エピタキシャル層３２の上側の面の第１ドーパント及び第２ドーパントの濃度は、共に高い状態を維持できる。その後、半導体ソースガスＧ２が供給されることで、ｐｎ接合部における比抵抗の分布をさらに急峻にすることができる。
【００６２】
〔第４実施態様〕
第４実施態様は、第２実施態様に比して、パージ工程Ｓ３に代えて、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７を備える点が主として異なる。それ以外は、第２実施態様と同様である。また、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７は、第３実施態様におけるドーパントガス同時供給工程Ｓ７と同様である。
図８は、本発明の半導体基板の製造方法の第４実施態様を示すフローチャートである（図２対応図）。
【００６３】
図８に示すように、第４実施態様の半導体基板の製造方法は、第２実施態様に比して、パージ工程Ｓ３に代えて（パージ工程Ｓ３を行わずに）、ドーパントガス同時供給工程Ｓ７を行う点が主として異なる。第４実施態様の半導体基板の製造方法においては、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２までの工程及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４から後の工程は、第２実施態様と同様である。
【００６４】
本発明の半導体基板は、例えば、前記実施態様の製造方法により製造されるものであり、従って、ｐｎ接合部における比抵抗の分布が急峻なものとなる。
【００６５】
以上、本発明の半導体基板及びその製造方法について説明したが、本発明は、前述した実施形態及び実施態様に制限されるものではない。
例えば、半導体基板においては、第２エピタキシャル層の上に更に１層以上のエピタキシャル層が形成されていてもよい。
【００６６】
また、前記実施態様においては、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２と共に第１ドーパントガスＧ３とは逆の導電型の第２ドーパントガスＧ４を供給して、第１エピタキシャル層３２の上に、第１エピタキシャル層３２とは逆の導電型の第２エピタキシャル層３４を成長させているが、本発明の半導体基板の製造方法は、これに制限されない。
【００６７】
本発明の第２の発明は、キャリアガスＧ１が流通する反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で第３ドーパントガスを供給する第３ドーパントガス供給工程と、第３ドーパントガス供給工程の後に、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２及び第３ドーパントガスを供給して、図９に示すように、半導体ウェーハ３１の主表面に、半導体ウェーハ３１とは逆の導電型の第３エピタキシャル層３６を成長させる第３エピタキシャル成長工程と、を備える半導体基板の製造方法である。
この製造方法によれば、半導体ウェーハ３１と第３エピタキシャル層３６との間のｐｎ接合部における比抵抗の分布を急峻にすることができる。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１０は、実施例１−１及び実施例１−２におけるｐｎ接合部の急峻の程度を示すグラフである。図１１は、図１０の部分拡大図である。図１２は、実施例２−１、１−２及び２−２におけるｐｎ接合部の急峻の程度を示すグラフである。尚、図１０〜図１２は、いずれも対数グラフである。
【００６９】
〔実施例１−１〕
図１に示す気相成長装置１を用い、図２及び図３に示す工程Ｓ１〜Ｓ５を行い、図４に示す半導体基板３５を製造した。半導体基板３５は、ｎ＋型の半導体ウェーハ３１の主表面にｎ−型の第１エピタキシャル層３２を形成し、その上にｐ型の第２エピタキシャル層３４を形成したものである。以下に詳述する。
半導体ウェーハ３１として、直径が２００ｍｍ（８インチ）、比抵抗が１０〜２０ｍΩｃｍのｎ型のシリコンウェーハを用いた。キャリアガスＧ１としてＨ２ガスを用い、半導体ソースガスＧ２としてＳｉＨＣｌ３ガスを用い、第１ドーパントガスＧ３としてＰＨ３ガスを用い、第２ドーパントガスＧ４として、Ｂ２Ｈ６ガスを用いた。
【００７０】
第１エピタキシャル成長工程Ｓ１において、キャリアガスＧ１が流通する反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２及び第１ドーパントガスＧ３を１０分間供給した。これにより、半導体ウェーハ３１の主表面に、厚さが１９μｍで比抵抗が３Ωｃｍであるｎ型の第１エピタキシャル層３２が形成された。
【００７１】
第１エピタキシャル成長工程Ｓ１に続けて、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２において、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で、第１ドーパントガスＧ３を供給した。第１ドーパントガスＧ３は、ランピング（一定の温度勾配での加熱処理）をしながら、比抵抗の目標値（ターゲット）を１Ωｃｍとして、反応室１１の内部に３分間供給した。
【００７２】
第１ドーパントガス供給工程Ｓ２に続けて、パージ工程Ｓ３において、反応室１１の内部の第１ドーパントガスＧ３を反応室１１の外部に２分間排出した。
【００７３】
パージ工程Ｓ３に続けて、第２ドーパントガス供給工程Ｓ４において、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２を実質的に供給しない状態で、反応室１１の内部に第２ドーパントガスＧ４を供給した。第２ドーパントガスＧ４は、ランピングをしながら、比抵抗の目標値を２Ωｃｍから６Ωｃｍとして、反応室１１の内部に３分間供給した。
【００７４】
第２エピタキシャル成長工程Ｓ５において、反応室１１の内部に半導体ソースガスＧ２と共に第２ドーパントガスＧ４を供給した。これにより、第１エピタキシャル層３２の上に、厚さが２１μｍで比抵抗の目標値が６Ωｃｍであるｎ型の第２エピタキシャル層３４が形成され、所定の半導体基板（シリコン基板）３５が得られた。
【００７５】
得られた半導体基板３５のｐｎ接合部について、拡がり抵抗測定装置（日本エス・エス・エム株式会社製：ＳＳＭ２０００）を用い、ＳＲＰ（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｅｒ）評価を行い、半導体基板３５の表面（上面）からの深さと比抵抗の相関プロファイルにてｐｎ接合部における比抵抗の分布の急峻性を確認した。この急峻性は、第１エピタキシャル層３２及び第２エピタキシャル層３４におけるフラットな抵抗部分に沿って近似線を引き、そこから抵抗値が２倍変化するポイント間の幅を「ｐｎ接合部の幅」と定義して評価（比較）した。つまり、ｐｎ接合部における比抵抗の分布の急峻性を、ｐｎ接合部の幅の大きさで評価した。
実施例１−１においてｐｎ接合部の幅は２．２μｍであった。
【００７６】
〔実施例１−２〕
実施例１−１に比して、パージ工程Ｓ３における第１ドーパントガスＧ３の排出処理を省略した。それ以外は実施例１−１と同様である。
実施例１−２においてｐｎ接合部の幅は１．４μｍであった。
【００７７】
〔実施例２−１〕
図６に示すように、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２までの工程及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４の後の工程は、実施例１−１と同じである。一方、パージ工程Ｓ３と平行して待避工程Ｓ６を行った。具体的には、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２とともに反応室１１の内部を降温し、エピタキシャルウェーハ３３を反応室１１より取り出した。
その後、エピタキシャルウェーハ３３を反応室１１に再度投入し、実施例１−１と同様に、第２ドーパントガス供給工程Ｓ４及び第２エピタキシャル成長工程Ｓ５を行った。
実施例２−１においてｐｎ接合部の幅は１．６μｍであった。
【００７８】
〔実施例２−２〕
実施例２−１に比して、パージ工程Ｓ３における第１ドーパントガスＧ３の排出処理を省略した。それ以外は実施例２−１と同様である。
実施例２−２においてｐｎ接合部の幅は１．２μｍであった。
【００７９】
〔比較例１〕
実施例１−１に比して、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４におけるドーパントガスの供給処理を省略した（ただし、キャリアガスＧ１の供給は継続した）。それ以外は実施例１−１と同様である。
比較例１−１においてｐｎ接合部の幅は３．３μｍであった。
【００８０】
前記各実施例及び比較例の結果から、例えば以下のことがわかる。
第１ドーパントガス供給工程Ｓ２及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４を省略した比較例１に比して、第１ドーパントガス供給工程Ｓ２及び第２ドーパントガス供給工程Ｓ４を行った各実施例は、ｐｎ接合部の幅が狭く、従って、ｐｎ接合部における比抵抗の分布が急峻になることがわかる。
また、各実施例において、実施例２−１及び実施例２−２のように待避工程Ｓ６を行うことで、ｐｎ接合部の幅が更に狭く、ｐｎ接合部における比抵抗の分布が更に急峻になることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施態様の半導体基板の製造方法で使用される気相成長装置を模式的に示すものである。
【図２】本発明の半導体基板の製造方法の第１実施態様を示すフローチャートである。
【図３】第１実施態様の半導体基板の製造方法におけるガス流量のタイミングチャートである。
【図４】第１実施態様の半導体基板の製造方法により得られる半導体基板を示す断面図である。
【図５】本発明の半導体基板の製造方法の第２実施態様を示すフローチャートである（図２対応図）。
【図６】第２実施態様の半導体基板の製造方法におけるガス流量のタイミングチャートである（図３対応図）。
【図７】本発明の半導体基板の製造方法の第３実施態様を示すフローチャートである（図２対応図）。
【図８】本発明の半導体基板の製造方法の第４実施態様を示すフローチャートである（図２対応図）。
【図９】別の形態の半導体基板を示す断面図である（図４対応図）。
【図１０】実施例１−１及び実施例１−２におけるｐｎ接合部の急峻の程度を示すグラフである。
【図１１】図１０の部分拡大図である。
【図１２】実施例２−１、１−２及び２−２におけるｐｎ接合部の急峻の程度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１１  反応室
３１  シリコンウェーハ
３２  第１エピタキシャル層
３３  エピタキシャルウェーハ
３４  第２エピタキシャル層
３５  半導体基板
Ｇ１  キャリアガス
Ｇ２  半導体ソースガス
Ｇ３  第１ドーパントガス
Ｇ４  第２ドーパントガス
Ｓ１  第１エピタキシャル成長工程
Ｓ２  第１ドーパントガス供給工程
Ｓ３  パージ工程
Ｓ４  第２ドーパントガス供給工程
Ｓ５  第２エピタキシャル成長工程
Ｓ６  待避工程
Ｓ７  ドーパントガス同時供給工程
【図１】
2010034389.tif 000003
【図２】
2010034389.tif 000004
【図３】
2010034389.tif 000005
【図４】
2010034389.tif 000006
【図５】
2010034389.tif 000007
【図６】
2010034389.tif 000008
【図７】
2010034389.tif 000009
【図８】
2010034389.tif 000010
【図９】
2010034389.tif 000011
【図１０】
2010034389.tif 000012
【図１１】
2010034389.tif 000013
【図１２】
2010034389.tif 000014