(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内にシリコンウェハを配置し、前記反応容器内にシランとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む原料ガスを供給して真空度が１０〜２００ｔｏｒｒの条件にて９００〜１１００℃で加熱され、かつ面内温度分布が２〜５０℃のウェハ表面にボロンまたはリンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長する方法において、
前記原料ガスとして、シランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む組成のものを用いることを特徴とするエピタキシャル成長方法。
【請求項２】
前記ウェハの低温度領域への原料ガスの供給量を高温度領域に比べて多くなるように前記原料ガスの供給量を制御することを特徴とする請求項１記載のエピタキシャル成長方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エピタキシャル成長方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エピタキシャルウェハは反応容器内にシリコンウェハを配置し、前記反応容器内を所定の真空度に保持した状態で前記ウェハを加熱しながらシリコン源（例えばＳｉＨ4 、ＳｉＨＣｌ3 ）とボロン化合物（例えばＢ2 Ｈ6 ）のようなドーパントを含む原料ガスを供給し、加熱された前記ウェハ表面でシランおよびＢ2 Ｈ6 の熱分解を行ってボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長することにより製造されている。特に、シリコン源であるＳｉＨ4 は９５０〜１０５０℃の温度範囲においてシリコンの成長速度の温度依存性が少ないという特徴を有する。
【０００３】
ところで、前記エピタキシャル成長において前記ウェハを加熱する際にはその面内で温度分布を生じる。例えば、反応容器内の回転自在なリング状の支持部材にシリコンウェハを枚葉式で搬送して水平に配置し、前記ウェハの裏面側から加熱すると、１）前記支持部材を通して前記ウェハ周辺部から熱が放散される、２）前記支持部材と接触する前記ウェハにスリップ等の欠陥が生じる、という問題が起こる。このため、前記支持部材の温度を高める、いわゆるオフセット加熱を施して前記１）、２）の問題を回避することが行われている。このようなオフセット加熱を行うと、図５の特性線Ａ、Ｂに示すようにウェハの面内において周辺部で高く、中心部で低いという温度分布を持つようになる。なお、特性線Ａはオフセット温度を２０℃、特性線Ｂはオフセットを温度を３５℃、にそれぞれ設定した例である。特性線Ｃは、オフセット温度を０℃にした例である。
【０００４】
前述したように反応容器内の回転自在なリング状の支持部材にシリコンウェハを水平に配置し、前記反応容器内を所定の真空度に保持した状態で前記ウェハを９００〜１１００℃に加熱し、前記支持部材により前記ウェハを回転しながら前記反応容器の上部からＳｉＨ4 とＢ2 Ｈ6 を含む原料ガスを前記ウェハに向けて供給すると、ドーパントであるＢ2 Ｈ6 は温度上昇に伴ってエピタキシャル膜に取り込まれるボロンの量（ドープ量）が増大するため、温度の高いウェハ周辺部でボロンドープ量が多く、ウェハ中心部でボロンドープ量が少なくなる。なお、ｎ型不純物であるリンの化合物（例えばＰＨ3 ）を用いた場合にも温度上昇に伴ってエピタキシャル膜に取り込まれるドープ量が増大する。その結果、図６の特性線Ａ、Ｂに示すようにウェハ面内において周辺部の抵抗値が低いエピタキシャル膜が成長される。なお、特性線Ａはオフセット温度を２０℃、特性線Ｂはオフセットを温度を３０℃、にそれぞれ設定した例である。
【０００５】
したがって、ＳｉＨ4 とドーパントであるＢ2 Ｈ6 を含む原料ガスを用いる方法では面内で比較的均一な厚さのエピタキシャル膜を成長することができるものの、面内で抵抗値がばらつくという問題があった。
【０００６】
なお、ウェハ面内で温度分布が生じるのは前述したオフセット加熱を採用する場合に限らず、ウェハ裏面全体を一様に保持する方式でもウェハ面内に温度分布が生じることを避けることができない。
【０００７】
このようなウェハ面内での抵抗値のばらつきを回避するために、反応容器内に供給される前記原料ガスの流量を制御することが考えられる。例えば、反応容器内の支持部材にシリコンウェハを水平に配置し、前記ウェハを９００〜１１００℃に加熱し、前記支持部材により前記ウェハを一定の速度で回転しながら前記反応容器の上部から前記ウェハに向けて供給するＳｉＨ4 とＢ2 Ｈ6 を含む原料ガスの量を少なくすると、前記ウェハの周辺部ほど原料ガスの供給量が多くなるため、ウェハ周辺部のシリコンの成長速度（堆積速度）がウェハ中心部に比べて高めることができる。したがって、面内の温度分布（ウェハ周辺部で高く、ウェハ中心部で低い）に起因するウェハ周辺部でのドープ量の増大をウェハ周辺部においてシリコンの成長速度を高めることにより相殺することができ、結果としてウェハ面内での抵抗値のばらつきを抑制することかできる。しかしながら、ウェハ周辺部のシリコンの成長速度（堆積速度）をウェハ中心部に比べて高めると、ウェハ面内でのエピタキシャル膜の膜厚が周辺部で厚くなって不均一になるという新たな問題が生じる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、シリコンウェハの面内温度分布に起因するエピタキシャル膜の抵抗値のばらつきを抑制することが可能で、かつパーティクルおよびヘイズの低減が可能なエピタキシャル成長方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるエピタキシャル成長方法は、反応容器内にシリコンウェハを配置し、前記反応容器内にシランとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む原料ガスを供給して真空度が１０〜２００ｔｏｒｒの条件にて９００〜１１００℃で加熱され、かつ面内温度分布が２〜５０℃のウェハ表面にボロンまたはリンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長する方法において、
前記原料ガスとして、シランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む組成のものを用いることを特徴とするものである。
【００１０】
このようなエピタキシャル成長に際し、前記ウェハの低温度領域への原料ガスの供給量を高温度領域に比べて多くなるように前記原料ガスの供給量を制御することを許容する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるエピタキシャル成長方法を図１のエピタキシャル成長装置を参照して説明する。
上部にガス導入口１を有し、底部が開口された反応容器２は、ベースプレート３上に設置されている。前記ベースプレート３における前記反応容器２内面近傍部分には、排気口４が開口されている。排気管５は、前記ベースプレート３の前記排気口４に連結され、かつ他端には図示しない真空ポンプが連結されている。円筒状支持軸６は、前記反応容器２の中心に位置するように前記ベースプレート３を貫通して回転自在に支持されている。有底円筒支持部材７は、前記円筒状支持軸６の上端に拡口して一体的に形成されている。円板状の蓋体８は、前記有底円筒支持部材７の上端に取付けられている。上面に環状支持片９が一体に取り付けられた円筒体１０は、前記環状支持片９が前記蓋体８と所定の距離をあけて前記円筒状支持軸６の上部側面に嵌着されている。円板状ヒータ１１は、前記有底円筒支持部材７および前記蓋体８で囲まれた空間に配置され、かつ前記円筒状支持軸６を通して挿入された円筒体１２に支持されている。リード線１３ａ、１３ｂは、前記円筒体１２を通して前記ヒータ１１に接続されている。
【００１２】
次に、前述した図１のエピタキシャル成長装置を用いて本発明に係わるエピタキシャル成長方法を説明する。
まず、反応容器２内の環状支持片９上にシリコンウェハ１４を枚葉方式で載置する。図示しない真空ポンプを作動して前記反応容器２およびベースプレート３で囲まれたチャンバ内のガスを排気口４および排気管５を通して排気して所定の真空度にする。つづいて、円板状ヒータ１１を加熱することにより前記ヒータ１１の上方に位置する前記ウェハ１４を９００〜１１００℃に加熱する。この時、前記環状支持片９でその上に載置されウェハ１４をオフセット加熱することにより、前記環状支持片９からの熱放散によるウェハ１４周辺部の冷却が防止され、かつウェハ１４へのスリップ等の欠陥発生が抑制される。このようなオフセット加熱により前記ウェハ１４は、２〜５０℃の面内温度分布を持つようになる。
【００１３】
次いで、前記真空ポンプによる排気を続行すると共に、円筒状支持軸６を所望の速度で回転しながら、前記反応容器２のガス導入口１からシランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む組成の原料ガスを前記ウェハ１４表面に向けて供給し、真空度が１０〜２００ｔｏｒｒの条件にて９００〜１１００℃で加熱され、かつ面内温度分布が２〜５０℃のウェハ１４表面にボロンまたはリンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長する。
【００１４】
前記原料ガス中に含まれるドーパントであるリン化合物としては、例えばホスフィン（ＰＨ3 ）等を用いることができる。
前記原料ガス中に含まれるドーパントであるボロン化合物としては、例えばジボラン（Ｂ2 Ｏ6 ）等を用いることができる。
【００１５】
前記原料ガス中のＨＣｌ量を規定したのは、次のような理由によるものである。ＨＣｌの添加量を５体積％未満にするとエピタキシャル成長時における高温領域側ほどシリコンの成長速度を高める効果を達成することが困難になる。一方、ＨＣｌの添加量が６００体積％を越えると、ＨＣｌによるシリコンへのエッチング効果が高くなり過ぎてウェハ表面にシリコンエピタキシャル膜を成長することが困難になる。より好ましいシランに対するＨＣｌ添加量は、５０〜３００体積％である。
【００１６】
前記原料ガスは、水素をキャリアガスとして前記反応容器内に供給されることを許容する。
前記ウェハの温度を規定したのは、次のような理由によるものである。前記ウェハ温度を９００℃未満にすると、エピタキシャル膜に表面粗れ（ヘイズ）が生じる恐れがある。前記ウェハ温度が１１００℃を越えると、副反応によるパーティクル（Ｓｉm Ｈn ）の生成が多くなってエピタキシャル膜の膜質劣化を招く恐れがある。
【００１７】
以上説明した本発明に係わるエピタキシャル成長方法によれば、反応容器２内の支持部材である環状支持片９にシリコンウェハ１４を配置し、前記反応容器２内にシランとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む原料ガスを供給して真空度が１０〜２００ｔｏｒｒの条件にて９００〜１１００℃で加熱され、かつ面内温度分布が２〜５０℃のウェハ表面にボロンまたはリンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長するにあたり、前記原料ガスとして、シランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む組成のものを用いることによって、前記加熱温度範囲において高温領域側ほどシリコンの成長速度を高めることが可能になる。つまり、エピタキシャル成長に際してシリコンウェハの加熱温度、原料ガスの供給量の他に原料中へのＨＣｌの添加量によるシリコン成長速度の制御が可能になる。
【００１８】
具体的には、図１に示すエピタキシャル成長装置を用い、ＳｉＨ4 の供給量を０．３リットル／分、水素（キャリアガス）の供給量を５０リットル／分、ジボラン（Ｂ2 Ｈ6 ）濃度が０．１ｐｐｍの水素ガスの供給量を０．０１リットル／分となるように原料ガスを反応容器２のガス導入口１から２０００ｒｐｍの速度で回転するシリコンウェハ１４に向けて供給し、反応容器２内の真空度を５０ｔｏｒｒとしたエピタキシャル成長に際し、ＨＣｌの原料ガス中の添加量および前記ウェハの加熱温度を変化させたときのシリコンの成長速度を調べた。その結果を図２に示す。
【００１９】
図２から明らかなようにＨＣｌが無添加の原料ガスを用いる特性線Ａでは、加熱温度が９００〜１１００℃の範囲内でシリコンの成長速度の差は０．０３μｍ／分と殆ど変化しない。これに対し、ＨＣｌが５０％、１００％、２００％添加の原料ガスを用いる特性線Ｂ〜Ｄでは、加熱温度が９５０〜１０５０℃の範囲内でシリコンの成長速度は高温領域側ほど高くなる。特に、ＨＣｌが２００％添加の原料ガスを用いる特性線Ｄではシリコンの成長速度は高温側で高く、前記温度範囲での成長速度差は０．５μｍ／分と大きくなっている。さらに、４００％添加の原料ガスを用いる特性線Ｅではシリコンの成長速度は加熱温度が９００〜１１００℃の範囲内でシリコンの成長速度は高温領域と低温領域との間で０．６μｍ／分と大き成長速度差を示す。
【００２０】
このようなシリコン成長速度の温度依存性（傾斜）を示す原料ガスを用いて、前述した面内温度分布（ウェハ周辺部で高く、ウェハ中心部で低い）を有するシリコンウェハに例えばボロンがドープされたエピタキシャル膜を成長する際、ドーパントであるＢ2 Ｈ6 は温度上昇に伴ってエピタキシャル膜に取り込まれるボロンの量（ドープ量）が増大するため、温度の高いウェハ周辺部でボロンドープ量が多く、ウェハ中心部でボロンドープ量が少なくなるが、前記原料ガスは図２の特性線Ｂ〜Ｅに示したように高温のウェハ周辺部ほどシリコンの成長速度を高めることができるので、高温のウェハ周辺部における前記ボロンの取り込み量の増加を相殺することができる。その結果、ウェハの面内温度分布に起因するドープ量の変動を回避できるために、ドープ量が面内で均一、つまり抵抗値が均一なボロンドープシリコンエピタキシャル膜を成長することができる。
【００２１】
なお、前述した原料ガスの使用により温度の高い、つまりシリコンの成長速度の高いウェハ周辺部のエピタキシャル膜部分がウェハ中心部に比べて厚くなる傾向がある。このようなウェハ面内でのエピタキシャル膜の厚さのばらつきを回避するには、前記原料ガスの反応容器２内への供給において、面内温度分布を持つ前記シリコンウェハへの原料ガス量を制御する、例えば前記ウェハの低温度領域への原料ガスの供給量を高温度領域に比べて高めることによりエピタキシャル膜の面内厚さを均一にすることが可能になる。具体的には、前述した図１の成長装置の反応容器２内の環状支持片９にシリコンウェハ１４を載置し、前記ウェハ１４を９００〜１１００℃に加熱し、前記円筒状支持軸６の回転により前記ウェハ１４を一定の速度で回転しながら前記反応容器２の上部のガス導入口１から前記ウェハ１４に向けて供給する原料ガスの流量を高くすると、前記ウェハ１４の中心部ほど原料ガスの供給量が多くなる。このため、前記ウェハ１４中心部のシリコンの成長速度（堆積速度）をウェハ１４の周辺部に比べて高めることができる。その結果、ＨＣｌが添加されたシリコンの成長速度に温度依存性（傾斜）を示す原料ガスを用いることに伴う、温度の高いウェハ周辺部での膜厚増大を前記原料ガスの供給形態を制御することによりキャンセルしてウェハ面内で均一な厚さのエピタキシャル膜を成長することができる。
【００２２】
したがって、本発明によれば面内で均一な抵抗値を有すると共に、原料ガスの供給形態の制御により面内で膜厚も均一なドープトシリコンエピタキシャル膜をウェハ表面に成長することができる。
【００２３】
また、ウェハを９００〜１１００℃の温度範囲で加熱されたシリコンウェハにシランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとボロンまたはリンの化合物からなるドーパントとを含む組成の原料ガスを供給することにより表面粗れの低減およびパーティクルの低減を図ることができ、表面性状および膜質が良好なドープトシリコンエピタキシャル膜を成長することができる。
【００２４】
なお、本発明に係わるエピタキシャル成長方法の説明において図１に示すように支持機構がシリコンウェハに対してオフセット加熱する形態のエピタキシャル成長装置を用いたが、シリコンウェハの裏面全体を支持する支持機構を備えたエピタキシャル成長装置を用いてもよい。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を前述した図１に示すエピタキシャル成長装置を参照して説明する。
（実施例１）
まず、反応容器２内の環状支持片９上に直径２００ｍｍのシリコンウェハ１４を載置した。図示しない真空ポンプを作動して前記反応容器２およびベースプレート３で囲まれたチャンバ内のガスを排気口４および排気管５を通して排気して所定の真空度にした。つづいて、円板状ヒータ１１を加熱することにより前記ヒータ１１の上方に位置する前記ウェハ１４を加熱した。この時、前記環状支持片９でその上に載置されウェハ１４をオフセット加熱することにより、前記ウェハ１４の中心部が９８１℃に、周辺部（外周部）が９８９℃にそれぞれ加熱された。このようなオフセット加熱により前記ウェハ１４は、８℃の面内温度分布を持った。
【００２６】
次いで、前記真空ポンプによる排気を続行すると共に、円筒状支持軸６を２０００ｒｐｍの速度で回転しながら、前記反応容器２のガス導入口１から下記表１に示す条件でシラン、ジボラン、ＨＣｌおよび水素（キャリアガス）を含む原料ガスを供給し、真空度が５０ｔｏｒｒの条件にて前記ウェハ１４表面にボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長した。
【００２７】
（実施例２〜５、比較例１〜３および参照例１）
シリコンウェハの中心温度を９８１℃とし、オフセット加熱および下記表１に示す原料ガスの組成を変化させた以外、実施例１と同様な方法によりシリコンウェハの表面にボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長した。
【００２８】
実施例１〜５、比較例１〜３および参照例１によりウェハ表面に成長されたボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜の面内の抵抗値ばらつきを測定した。抵抗値ばらつきは、［（最高抵抗値−最低抵抗値）／（最高抵抗値＋最低抵抗値）］×１００（％）により求めた。
【００２９】
また、実施例１〜５、比較例１〜３および参照例１によりウェハ表面に成長されたボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜の面内の膜厚ばらつきを測定した。膜厚ばらつきは、［（最高膜厚−最低膜厚）／（最高膜厚＋最低膜厚）］×１００（％）により求めた。
【００３０】
さらに、テンコール社製商品名；サーフスキャン６２００により実施例１〜５、比較例１〜３および参照例１によりウェハ表面に成長されたボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜の面内のパーティクル（０．１３５〜０．２μｍ径）の個数およびヘイズ濃度を測定した。
以上のような抵抗値ばらつき、膜厚ばらつき、パーティクル量およびヘイズ濃度を下記表１に併記した。
【００３１】
【表１】
0003725598.tif 000002
【００３２】
前記表１から明らかなように原料ガスを供給して真空度が１０〜２００ｔｏｒｒの条件にて９００〜１１００℃で加熱され、かつ面内温度分布が２〜５０℃のウェハ表面にボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長するにあたり、前記原料ガスとして、シランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとジボランとを含む組成のものを用いる実施例１〜５の成長方法は、ＨＣｌが無添加か、もしくは５〜６００体積％の範囲を外れる原料ガスを用いる比較例１〜３に比べてエピタキシャル膜の面内の抵抗値、膜厚を均一化できると共に、パーティクル量およびヘイズ濃度を低減できることがわかる。
【００３３】
また、実施例１に比べてキャリアガスである水素の流量を低くした原料ガスを用いる参照例１の成長方法は、加熱温度の低いウェハ中心部に十分な量の原料ガスを供給できないためにエピタキシャル膜の面内の膜厚ばらつきが実施例１に比べて大きくなる。
【００３４】
（実施例６）
まず、反応容器２内の環状支持片９上に直径２００ｍｍのシリコンウェハ１４を載置した。図示しない真空ポンプを作動して前記反応容器２およびベースプレート３で囲まれたチャンバ内のガスを排気口４および排気管５を通して排気して所定の真空度にした。つづいて、円板状ヒータ１１を加熱することにより前記ヒータ１１の上方に位置する前記ウェハ１４を１０００℃に加熱した。前記ウェハ１４の中心部と周辺部（外周部）との温度差（面内温度分布）は、８℃であった。
【００３５】
次いで、前記真空ポンプによる排気を続行すると共に、円筒状支持軸６を２０００ｒｐｍの速度で回転しながら、前記反応容器２のガス導入口１から原料ガスであるシラン０．３リットル／分、ジボラン濃度が０．１ｐｐｍの水素０．０１リットル／分、水素（キャリア）５０リットル／分および所望量のＨＣｌを供給し、真空度が５０ｔｏｒｒの条件にて前記ウェハ１４表面にボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜を成長した。この時、ＨＣｌの添加量がシランに対して０％、１００％、２００％、３００％および４００％になるようにＨＣｌの流量を調節した。
【００３６】
ウェハ表面に成長されたボロンがドープされたシリコンエピタキシャル膜の面内のパーティクル（０．１３５〜０．２μｍ径）の個数およびヘイズ量を測定した。その結果を図３、図４にそれぞれ示す。
【００３７】
図３、図４から明らかなようにシランとこのシランに対して５〜６００体積％添加されたＨＣｌとジボラン（ドーパント）とキャリアガスを含む原料ガスを用いることによって、パーティクル量およびヘイズ濃度を低減できることがわかる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によればシリコンウェハの面内温度分布に起因するエピタキシャル膜の抵抗値のばらつきを抑制でき、かつパーティクルの生成およびヘイズの生成を低減することが可能なエピタキシャル成長方法を提供することができる。また、エピタキシャル成長に際し、前記ウェハの低温度領域への原料ガスの供給量を高温度領域に比べて高くなるように前記原料ガスの供給量を制御することによって、膜厚が面内で均一なエピタキシャル膜を成長することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエピタキシャル成長方法に用いるエピタキシャル成長装置を示す断面図。
【図２】ＨＣｌ添加量の異なる原料ガスを用いてエピタキシャル成長を行った時の温度とシリコン成長速度との関係を示す特性図。
【図３】原料ガス中のＨＣｌ導入量と成長されたエピタキシャル膜のパーティクル量との関係を示す特性図。
【図４】原料ガス中のＨＣｌ導入量と成長されたエピタキシャル膜のヘイズ濃度との関係を示す特性図。
【図５】オフセット加熱時のウェハの面内温度分布を示す特性図。
【図６】オフセット加熱を施したウェハ表面にボロンドープシリコンエピタキシャル膜を成長した時の抵抗値分布を示す特性図。
【符号の説明】
１…ガス導入口、
２…反応容器、
３…ベースプレート、
４…排気口、
６…円筒状支持軸、
９…環状支持片、
１１…ヒータ、
１４…シリコンウェハ。
【図１】
0003725598.tif 000003
【図２】
0003725598.tif 000004
【図３】
0003725598.tif 000005
【図４】
0003725598.tif 000006
【図５】
0003725598.tif 000007
【図６】
0003725598.tif 000008