(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
ソースガスがトリクロルシランで、キャリアガスが水素ガスで、トリクロルシランと水素ガスとのモル比が０．１３〜０．２４で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１２４０℃、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．５〜５．０μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
ソースガスが四塩化珪素で、キャリアガスが水素ガスで、四塩化珪素と水素ガスとのモル比が０．０８〜０．１３で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１２７０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．５〜４．７μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、ランプ加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
ソースガスがトリクロルシランで、キャリアガスが水素ガスで、トリクロルシランと水素ガスとのモル比が０．１３〜０．２８で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１１６０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．６〜５．４μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、ランプ加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、
ソースガスが四塩化珪素で、キャリアガスが水素ガスで、四塩化珪素と水素ガスとのモル比が０．０８〜０．１４で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１１８０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．５〜４．８μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウェーハとエピタキシャル成長炉内のサセプタとの間に発生するブリッジなどの発生を抑えられるエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、張り合わせ誘電体分離ウェーハの製造時には、シリコンウェーハの表面に異方性エッチングにより形成された６０〜８０μｍの誘電体分離溝を、１５０μｍ程度のポリシリコンをエピタキシャル成長させて埋める作業が行われている。この工程には、通常、ランプ加熱型または高周波誘導加熱型のエピタキシャル成長炉が使用されている。
汎用されているランプ加熱型炉としては、ほぼ垂直に立設された多角錐（通常六角錐）のサセプタを有し、この各側面に複数のポケットを配設したバレル型炉が知られている。この炉は、サセプタの各ポケットにシリコンウェーハを立てかけ、ソースガス（エピタキシャル成長ガスまたは原料ガス）を流しながら、これを赤外線ランプにより加熱することで、ウェーハ表面に所定厚さのポリシリコンを成長させるものである。
なお、このバレル型炉の中には、ポケットの下部をさらに深く削り込み、ウェーハ裏面外周部が接触しないようにすることで、この部分での発生率の高いブリッジを抑止するものが知られている。
【０００３】
一方、高周波誘導加熱型炉の汎用型としては、銅製角管を渦巻き形状に巻いてワークコイルとし、その上にドーナツ形状のサセプタを配置したパンケーキ型が一般的である。
パンケーキ型炉の一種として、シリコンウェーハの形状に合わせて、深さ１〜２ｍｍ程度のざぐりを設けたものが開発されている。この炉では、各ざぐりの内部にシリコンウェーハを載置し、エピタキシャル成長を行う。
なお、ざぐり部分の外周部を、さらに１〜２ｍｍほど深く削ったものも開発されている。高周波誘導加熱型炉は、シリコンウェーハの温度に比べてサセプタの温度が高温になりやすい。その結果、ウェーハ裏面にブリッジが発生しやすい。特に、裏面外周部では、ブリッジの発生が多く見られる。そこで、ざぐり外周部にさらに１段深い溝を設けて、この部位でのブリッジの発生を抑止している。しかしながら、ウェーハ裏面全体での小さなシリコン粒の成長と、これによるブリッジの形成によって、エピタキシャル成長後の冷却過程で、ウェーハにクラックが発生したり、著しい場合には、割れが発生している。
この他、ざぐりのない平らなウェーハ載置面を有するサセプタもある。しかしながら、このタイプでは、ウェーハ裏面外周部でのブリッジは抑えられるが、エピタキシャル成長時の熱分布の相異によってウェーハの反りが著しい。にもかかわらず、ウェーハ裏面全体での小さなシリコン粒の成長と、これによるブリッジの形成は、回避できない。しかも、この炉内に供給されたガスでシリコンウェーハがあおられ、ウェーハがサセプタから滑り落ちるおそれもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ランプ加熱型炉および高周波加熱型炉のいずれの場合であっても、前述したようにブリッジ発生の抑制を、サセプタの形状変更により対処している。しかしながら、この方法に依存する限り、ウェーハ裏面中央部に発生するブリッジを抑止することはできない。
すなわち、一般的に、ポリシリコンのエピタキシャル成長時には、炉内に供給されたソースガスの一部が、ウェーハ外周部とサセプタとの隙間を通ってウェーハ裏面側に回り込み、このウェーハ裏面中央部で、ポリシリコンが析出・成長し、この部分にブリッジが形成されることがある。その結果、エピタキシャル成長後の冷却工程において、シリコンウェーハに過剰な応力がかかってしまい、この部分のブリッジを原因にして、シリコンウェーハに亀裂が起きるおそれがある。このような課題に対して、従来のサセプタの形状変更では、対処することができなかった。
【０００５】
そこで、発明者らは、エピタキシャル成長条件に着目した。すなわち、エピタキシャル成長速度を高速化させたり、ソースガスとキャリアガスとのモル比を大きくすれば、経済的にも有利に、半導体ウェーハの裏面中央部とサセプタとの間のブリッジや、また特に、ウェーハ裏面外周部のブリッジの発生を抑えられることを知見し、この発明を完成するに至った。
【０００６】
【発明の目的】
この発明の目的は、経済的にも有利に、半導体ウェーハおよびサセプタ間およびウェーハ裏面外周部のブリッジの発生率を低減し、ウェーハの亀裂の発生を抑えられるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、ソースガスがトリクロルシランで、キャリアガスが水素ガスで、トリクロルシランと水素ガスとのモル比が０．１３〜０．２４で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１２４０℃、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．５〜５．０μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【０００８】
半導体ウェーハとしては、シリコンウェーハ，ガリウム・砒素ウェーハなどが挙げられる。また、誘電体分離ウェーハ（張り合わせ誘電体分離ウェーハを含む）用のウェーハについても、採用することができる。
エピタキシャル成長により形成されるエピタキシャル層の素材は限定されない。例えばポリシリコンでもよいし、単結晶シリコンでもよい。
一般的に、エピタキシャル成長には、気相法（ＶＰＥ）、液相法（ＬＰＥ）、固相法（ＳＰＥ）がある。特に、シリコンのエピタキシャル成長には、成長層の結晶性、量産性、装置の簡便さ、種々のデバイス構造形成の容易さなどの点から、化学的気相成長法（ＣＶＤ）が主として採用されている。
【０００９】
このＣＶＤ法によるシリコンのエピタキシャル成長は、例えばシリコンを含むソースガスを、キャリアガス（Ｈ２ガス）とともに反応炉内へ導入し、１０００℃以上の高温に熱せられたシリコン単結晶の基板（ＣＺ法により作製）上に、原料ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを析出させることで行なわれる。
なお、シリコンを含む化合物は多数存在するが、純度、反応速度、取り扱いの容易さなどを考慮し、通常、ＳｉＨ４，ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＣｌ４の４種が用いられている。なお、この発明では、これらのうちのＳｉＨＣｌ３（トリクロルシラン：ＴＣＳ），ＳｉＣｌ４（四塩化珪素：４ＣＳ）を対象とする。
【００１０】
使用されるエピタキシャル成長炉としては、高周波誘導加熱型を採用している。
エピタキシャル層の厚さは限定されない。例えば、誘電体分離ウェーハの高温ポリシリコン層のように、高温ＣＶＤ法によって成長されるポリシリコンの場合には、分離用の誘電体分離溝が埋められ、さらにその後の研削・研磨工程で残されるポリシリコンの残厚を加えて、さらに１０〜１００μｍ程度の余剰分を考慮した成長厚さとすればよい。
【００１１】
ソースガスがトリクロルシランの場合、好ましいエピタキシャル成長速度は３．０〜４．５μｍ／分である。２．５μｍ／分未満では、ウェーハ裏面でのシリコン粒の成長を十分に抑止できないという不都合が生じる。
ソースガスがトリクロルシランの場合、トリクロルシランとキャリアガスとのモル比が０．１３未満では、ウェーハ裏面でのシリコン粒の成長を十分に抑止できないという不都合が生じる。
キャリアガスは、Ｈ２ガスである。
【００１２】
請求項２に記載した発明は、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、ソースガスが四塩化珪素で、キャリアガスが水素ガスで、四塩化珪素と水素ガスとのモル比が０．０８〜０．１３で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１２７０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．５〜４．７μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１３】
ソースガスが四塩化珪素の場合、好ましいエピタキシャル成長速度は３．０〜４．０μｍ／分である。２．５μｍ／分未満では、ウェーハ裏面でのシリコン粒の成長を十分に抑制できないという不都合が生じる。
ソースガスが四塩化珪素の場合、好ましいモル比は０．０５〜０．１３である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、ランプ加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、ソースガスがトリクロルシランで、キャリアガスが水素ガスで、トリクロルシランと水素ガスとのモル比が０．１３〜０．２８で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１１６０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．６〜５．４μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を、ランプ加熱型エピタキシャル成長炉によりエピタキシャル成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、ソースガスが四塩化珪素で、キャリアガスが水素ガスで、四塩化珪素と水素ガスとのモル比が０．０８〜０．１４で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１１８０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａで、上記エピタキシャル層の成長速度が２．５〜４．８μｍ／分であるエピタキシャルウェーハの製造方法である。
【００１６】
【作用】
請求項１および請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉を用い、ソースガスがトリクロルシランで、キャリアガスが水素ガスで、トリクロルシランと水素ガスとのモル比が０．１３〜０．２４で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１２４０℃、成長時圧力が１００ｋＰａの場合には、エピタキシャル層の成長速度が２．５〜５．０μｍ／分と高速化し、さらにソースガスが四塩化珪素で、キャリアガスが水素ガスで、四塩化珪素と水素ガスとのモル比が０．０８〜０．１３で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１２７０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａの場合には、エピタキシャル層の成長速度が２．５〜４．７μｍ／分と高速化して、エピタキシャル成長炉内に所定のソースガスを流しながら、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。
【００１７】
また、請求項３および請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、ランプ加熱型エピタキシャル成長炉を用い、ソースガスがトリクロルシランで、キャリアガスが水素ガスで、トリクロルシランと水素ガスとのモル比が０．１３〜０．２８で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１１６０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａの場合には、エピタキシャル層の成長速度が２．６〜５．４μｍ／分と高速化し、さらにソースガスが四塩化珪素で、キャリアガスが水素ガスで、四塩化珪素と水素ガスとのモル比が０．０８〜０．１４で、エピタキシャル成長時の成膜温度が１１８０℃で、成長時圧力が１００ｋＰａの場合には、エピタキシャル層の成長速度が２．５〜４．８μｍ／分と高速化して、エピタキシャル成長炉内に所定のソースガスを流しながら、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層をエピタキシャル成長させる。
【００１８】
このように、エピタキシャル成長速度を速めることで、エピタキシャル成長時において、ウェーハ裏面外周部にシリコン粒が発生したり、ソースガスがウェーハ外周部とサセプタとの隙間からウェーハ裏面側へと流れ込み、このウェーハ裏面中央部にシリコン粒が析出・成長し、ブリッジが形成されることを抑止できる。これは、エピタキシャル成長における材料ガスの反応性を高めて、材料ガスがウェーハに接触するや否や反応堆積させてしまうことによる。すなわち、この材料ガスは反応析出されるほど長く止まらないので、ウェーハ裏面にまで達することがなくなるわけである。
【００１９】
その結果、経済的にも有利に、半導体ウェーハとサセプタとの間に発生するブリッジを低減することができる。これにより、半導体ウェーハの亀裂の発生率を低減することができる。
ちなみに、従来法によるトリクロルシランを用いた、例えば高温ＣＶＤを用いたポリシリコンのエピタキシャル成長速度は、通常、１．０〜２．５μｍ／分、同様にして四塩化珪素を用いたポリシリコンのエピタキシャル成長速度は０．５〜２．５μｍ／分と、比較的低速度である。
【００２０】
ここで、誘電体分離ウェーハ用のシリコンウェーハ表面にポリシリコンをエピタキシャル成長させる場合の、高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉、または、ランプ加熱型エピタキシャル成長炉を用いた推奨条件をそれぞれ２例ずつ示す。
（１）高周波誘導加熱型エピタキシャル成長炉
（推奨条件１）
誘電体分離ウェーハ用のシリコンウェーハ表面に、高周波誘導加熱型のエピタキシャル成長炉を用いて、以下のエピタキシャル成長条件により、ポリシリコンをエピタキシャル成長させる。
【００２１】
すなわち、ソースガスとしてトリクロルシランを用い、これを運搬するキャリアガスとしてＨ２ガスを使用する。このときのモル比（トリクロルシラン／Ｈ２ガス）を０．１３〜０．２８とする。エピタキシャル成長時の加熱温度である成膜温度（サセプタ温度）を１２２０〜１２７０℃とし、サセプタには平板型サセプタまたはざぐりサセプタを使用する。ざぐりサセプタの場合、ざぐり直径は半導体ウェーハの直径に１〜３ｍｍを加えた値とし、ざぐり深さは１〜３ｍｍ程度とする。
また、エピタキシャル成長時の圧力は１００±２０ｋＰａとする。成膜厚さ（エピタキシャル層の厚さ）は、エッチング深さの１．５〜２．０倍にポリシリコン緩衝層の厚さを加えた厚さである。さらに、ポリシリコンの成膜速度（エピタキシャル成長速度）は２．５〜５．５μｍ／分である。
【００２２】
（推奨条件２）
ソースガスに四塩化珪素、キャリアガスにＨ２ガスを用いる。モル比（四塩化珪素／Ｈ２ガス）は０．０８〜０．１５である。成膜温度（サセプタ温度）は１２４０〜１２９０℃、成膜速度は２．５〜５．５μｍ／分とする。その他の条件は、推奨条件１の場合と同じである。
【００２３】
（２）ランプ加熱型エピタキシャル成長炉
（推奨条件１）
ソースガスにトリクロルシラン、キャリアガスにＨ２ガスを用い、モル比を０．１３〜０．２８に設定する。成膜温度（ウェーハ表面温度）を１１００〜１２２０℃とし、成長時圧力は１００±２０ｋＰａとする。成膜厚さは、エッチング深さの１．５〜２．０倍にポリシリコン緩衝層の厚さ分を加えた値である。さらに、この際の成膜速度は２．５〜５．５μｍ／分とする。
【００２４】
（推奨条件２）
ソースガスに四塩化珪素、キャリアガスにＨ２ガスを用いる。モル比（四塩化珪素／水素ガス）は０．０８〜０．１５である。成膜温度（ウェーハ表面温度）は１１２０〜１２４０℃、その他の条件は、上記ランプ加熱型の推奨条件１と同じである。
高周波誘導加熱型およびランプ加熱型のいずれの場合でも、上記推奨条件に設定することで、経済的にも有利に、半導体ウェーハとサセプタとの間のブリッジの発生を抑止することができ、その結果、ウェーハの亀裂の発生率を低減することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に実施例を挙げてこの発明をより具体的に説明する。
〈実施例１，２、比較例１〉
誘電体分離ウェーハ用のシリコンウェーハ（φ５インチ，１０枚／１回）の表面に、高周波誘導加熱型のエピタキシャル成長炉を用いて、ポリシリコンをエピタキシャル成長させる。その具体的な条件を以下に示す。
高周波誘導加熱型炉には、ざぐり直径１２７ｍｍ、ざぐり深さ２．５ｍｍのざぐりサセプタを有するものを用いる。ソースガスとしてはトリクロルシラン，キャリアガスとしては水素ガスを採用する。成膜温度（サセプタ温度）は１２４０℃とし、成長時圧力１００ｋＰａとする。また、成膜厚さは１５５μｍ（実施例１），１５３μｍ（実施例２），１５６μｍ（比較例１）である。
なお、ソースガスとキャリアガスとのモル比（トリクロルシラン／水素ガス）、および、成膜速度を表１に示す。上記条件により、シリコンウェーハの表面にポリシリコンをエピタキシャル成長させる。その後、シリコンウェーハとサセプタとの間に発生したブリッジ、および、シリコンウェーハの亀裂の個数を、蛍光灯下の面検査によって測定する。この測定結果も表１に示す。この試験を５回繰り返す。
【００２６】
【表１】
0003724688.tif 000002
【００２７】
〈実施例３，４、比較例２〉
ソースガスに四塩化珪素、キャリアガスに水素ガスを用いる。成膜温度（サセプタ温度）１２７０℃、成膜厚さは１５０μｍ（実施例３），１５２μｍ（実施例４），１４８μｍ（比較例２）であった。
なお、ソースガスとキャリアガスとのモル比（四塩化珪素／水素ガス）、および、成膜速度を同じく表１に示す。シリコンウェーハ表面にポリシリコンを成長させた後、ブリッジ、亀裂の個数を測定する。測定結果を同じく表１に示す。なお、その他の条件等は、実施例１と同じである。
【００２８】
〈実施例５，６、比較例３〉
誘電体分離ウェーハ用のシリコンウェーハの表面に、ランプ加熱型のエピタキシャル成長炉を用いて、ポリシリコンをエピタキシャル成長させる。
ソースガスにはトリクロルシラン、キャリアガスには水素ガスを用いる。成膜温度１１６０℃、成膜厚さは１５０μｍ（実施例５），１５３μｍ（実施例６），１５１μｍ（比較例３）であった。
なお、ソースガスとキャリアガスとのモル比（トリクロルシラン／Ｈ２ガス）、および、成膜速度を同じく表１に示す。その後、ブリッジ、亀裂の個数を測定し、その結果を同じく表１に示す。なお、その他の条件等は実施例１と同じである。
【００２９】
〈実施例７，８、比較例４〉
ソースガスに四塩化珪素、キャリアガスにＨ２ガスを用いる。成膜温度（ウェーハ表面温度）１１８０℃、成膜厚さは１４７μｍ（実施例７），１４９μｍ（実施例８），１５４μｍ（比較例４）であった。
なお、ソースガスとキャリアガスとのモル比（四塩化珪素／水素ガス）、および、成膜速度を同じく表１に示す。その後、ブリッジ、亀裂の個数を測定し、その結果を表１に示す。なお、その他の条件等は実施例５と同じである。
【００３０】
この表１から明らかなように、Ｓｉを含むソースガスとキャリアガスとのモル比の平均値は、比較例（比較例１〜４）が０．０６に対して、実施例（実施例１〜８）が０．１５と、約２．５倍、大きかった。また、成膜速度の平均値は、比較例が１．０８μｍ／分であるのに対して、実施例は３．７５μｍ／分と約３．５倍も大きかった。
一方、測定結果において、シリコンウェーハ５０枚あたりのブリッジ発生数の平均値は、比較例が７．７５個だったのに対して、実施例では１．１３個と、その発生率を約１４．６％まで抑えることができた。また、亀裂にあっては、比較例の平均値が３．５個であったのに対して、実施例ではまったく発生が認められなかった。
ソースガスに合わせて、ポリシリコンを一定範囲で高速成長させたり、ソースガスとキャリアガスとのモル比を一定範囲まで高めることで、半導体ウェーハおよびサセプタ間に生じるブリッジの発生率を抑え、この結果、エピタキシャル成長後の冷却工程において、シリコンウェーハに過剰な応力がかかることを原因とした亀裂の発生率を低減させることができた。
【００３１】
【発明の効果】
この発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、使用されるソースガスに応じて、エピタキシャル層がエピタキシャル成長される場合の成長速度を所定の範囲まで速めたり、または、使用されるソースガスとキャリアガスとのモル比を大きくしたりすることで、半導体ウェーハと、サセプタとの間に発生するブリッジの発生を抑えて、エピタキシャル成長後のシリコンウェーハの亀裂の発生率を低減させることができる。