(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長方法において、エピタキシャル開始前に、反応炉内にパーティクル低減用のＨＣｌを導入し、しかる後にエピタキシャル成長用のシリコン原料ガスを炉内に導入し、シリコン原料ガスの分解に起因するパーティクルの発生を、パーティクル低減用ＨＣｌによって抑制することを特徴とする気相成長方法。
【請求項２】
エピタキシャル開始の１分以上前に、パーティクル低減用ＨＣｌを反応炉内に導入することを特徴とする請求項１に記載の気相成長方法。
【請求項３】
パーティクル低減用ＨＣｌの流量を、炉内ガス流量の１〜５％とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、パーティクル低減用ＨＣｌの供給手段を反応炉に配置し、エピタキシャル開始前にパーティクル低減用ＨＣｌを炉内に導入し、しかる後にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う構成にしたことを特徴とする気相成長装置。
【請求項５】
パーティクル低減用ＨＣｌの供給手段が、ガスの供給時間を制御するためのタイマを備えていることを特徴とする請求項４に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長装置及び気相成長方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程で、エピタキシャル成長により単結晶シリコンウエハに結晶膜を形成する際に気相成長装置が用いられる。
【０００３】
気相成長装置の炉形状は、円盤状サセプタを有するパンケーキ型、多角錐台状サセプタを有するバレル型、バレル型に似ていて傾きがないタイプのシリンダ型等がある。そのうち、バレル型気相成長装置の一例が、特開平５−４７６８０号に開示されている。
【０００４】
また、エピタキシャル成長による成膜技術に関しては、特開平４−２４５４１９号公報等に示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
エピタキシャル成長による結晶膜の形成においては、エピタキシャルウエハ表面の結晶欠陥やその原因ともなるパーティクルが問題になっている。
【０００６】
パーティクルはウエハ表面上何個までとの基準があり、このパーティクルを低減できるか否かが歩留まり向上の鍵となる。
【０００７】
本発明者達は、パーティクルの発生原因を探るべく鋭意研究を行い、次の知見を得た。
【０００８】
パーティクルは、エピタキシャルウエハ成長の初期段階において、シリコン原料ガスが反応炉中に拡散し、定常状態になるまでの間に発生し易い。すなわち、サセプタ上方の気相中でシリコン原料ガスが分解し、そのシリコン粒が単結晶基板に落下して発生するものと考えられる。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点を解消し、パーティクルの発生を低減して、高品質のエピタキシャル成長膜を形成することができる気相成長装置及び気相成長方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明は、反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長方法において、エピタキシャル開始前に、反応炉内にパーティクル低減用のＨＣｌを導入し、しかる後にエピタキシャル成長用のシリコン原料ガスを炉内に導入し、シリコン原料ガスの分解に起因するパーティクルの発生を、パーティクル低減用ＨＣｌによって抑制することを特徴とする気相成長方法を要旨としている。
【００１１】
本願第２発明は、反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、パーティクル低減用ＨＣｌの供給手段を反応炉に配置し、エピタキシャル開始前にパーティクル低減用ＨＣｌを炉内に導入し、しかる後にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う構成にしたことを特徴とする気相成長装置を要旨としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の気相成長方法は、反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長方法において、エピタキシャル開始前に、反応炉内にパーティクル低減用のＨＣｌを導入し、しかる後にエピタキシャル成長用のシリコン原料ガスを炉内に導入し、ガスシリコン原料ガスの分解に起因するパーティクルの発生を、パーティクル低減用ＨＣｌによって抑制するものである。
【００１３】
例えば、シリコン原料ガスのトリクロルシランは、ＳｉＨＣｌ3 ＋Ｈ2 ←→Ｓｉ＋３ＨＣｌのような反応をする。他のジクロルシラン、モノクロルシラン、シランも同様である。
【００１４】
そこで、本発明では、シラン系シリコン原料ガスが炉内に入った時に、微細な析出核（分解したＳｉ微粒子など）がすぐに発生しないように、前記反応の右辺→左辺の反応を進めるようにパーティクル低減用ＨＣｌを先に導入しておくのである。
【００１５】
パーティクル低減用ＨＣｌは、エピタキシャル開始の１分以上前に反応炉内に導入することが好ましい。１分未満の場合には、パーティクル低減用ＨＣｌが炉内で十分に拡散しない恐れがある。
【００１６】
パーティクル低減用ＨＣｌの流量は、炉内ガス流量の１〜５％とすることが好ましい。パーティクル低減用ＨＣｌの流量が１％未満では、十分なパーティクル低減効果を得ることが難しい。反対に、５％を超えると、ウエハ表面に凹凸面アレが生じる恐れがある。
【００１７】
このような観点から、パーティクル低減用ＨＣｌの最も好ましい流量は、１〜２％である。
【００１８】
本発明の気相成長装置は、反応炉内にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う気相成長装置において、パーティクル低減用ＨＣｌの供給手段を反応炉に配置し、エピタキシャル開始前にパーティクル低減用ＨＣｌを炉内に導入し、しかる後にシリコン原料ガスを導入してエピタキシャル成長を行う構成になっている。
【００１９】
パーティクル低減用ＨＣｌの供給手段は、ガスの供給時間を制御するためのタイマを備えていることが好ましい。
【００２０】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【００２１】
図１は、本発明による気相成長装置の実施例を示す概念図である。この気相成長装置１０はパンケーキ型である。
【００２２】
気相成長装置１０は半球型のベルジャ１１を備え、その中に円盤状のサセプタ１４が回転可能に配置されている。サセプタ１４には、複数のシリコンウエハが載置される。
【００２３】
ベルジャ１１の下部には、排気口１２が設けられている。
【００２４】
サセプタ１４の下方のベース部には、加熱用のＲＦコイル１５が埋め込まれている。
【００２５】
サセプタ１４の軸芯を貫通して、ガス導入ノズル１３が配置されており、その排出口がサセプタ１４の上方で開口している。
【００２６】
ガス導入ノズル１３には、配管系１６を介して、原料ガス供給手段４０とパーティクル低減用ＨＣｌ供給手段３０が接続されている。
【００２７】
原料ガス供給手段４０は、Ｎ2 ／Ｈ2 供給部２０、シリコン原料ガス供給部２２、ＰＨ3 供給部２３、Ｂ2 Ｈ6 供給部２４を有している。また、原料ガス供給手段４０は原料ガス用のバルブ２１を備えている。
【００２８】
パーティクル低減用ＨＣｌ供給手段３０は、ＨＣｌ供給部１７と、ＨＣｌ用バルブ１９と、タイマ１８を備えている。
【００２９】
パーティクル低減用ＨＣｌ供給手段３０は、原料ガス供給手段４０とは全く独立で制御することができる。タイマ１８を利用して、所定の時間帯に所定量のパーティクル低減用ＨＣｌを供給できる。
【００３０】
実施例１
サセプタに直径１５０ｍｍのウエハを８枚載置して、パンケーキ型のエピタキシャル成長炉にセットした。
【００３１】
炉内を窒素ガス（流量１２０リットル／分）で置換した後、さらに水素ガス（２５０リットル／分）で置換した。
【００３２】
置換完了後、水素ガス流量２５リットル／分を流しながら、１１７０℃まで昇温した。
【００３３】
昇温完了後、ＨＣｌベントを行い、続いてウエハのＨＣｌエッチング処理（水素ガス２５リットル／分、ＨＣｌ１．５リットル／分）を行った。
【００３４】
この後、再度炉内を水素ガスで置換しながら１１００℃のエピタキシャル成長温度まで降温した。
【００３５】
エピタキシャル成長工程の実施前に、エピベントを行った。炉内には水素ガスが２５０リットル／分導入され、シリコン原料ガス（トリクロルシラン）及びドーパント（ＰＨ3ガス）は炉内に導入される直前で排出されている。
【００３６】
エピベント開始３分後に、炉内パーティクル低減用ＨＣｌを３リットル／分導入した。パーティクル低減用ＨＣｌ流量の炉内ガス流量に対する割合は、（３／（２５０＋３））×１００％＝１．２％であった。
【００３７】
このままエピベントを続行し，パーティクル低減用ＨＣｌを導入してから３分後に炉内にシリコン原料ガスを導入し、その２０秒後にパーティクル低減用ＨＣｌの供給を停止した。
【００３８】
パーティクル低減用ＨＣｌの供給停止後もエピタキシャル成長を続行し、ウエハ上に約１００μｍのエピタキシャル成長膜を形成した。
【００３９】
所定時間経過後にシリコン原料ガスの供給を停止し、炉内を水素ガス（２５０リットル／分）で置換した。その後、降温し、窒素ガスで炉内を置換してからウエハを取り出した。
【００４０】
この間、炉入れ時から１０秒間を１単位とし、排気ガス中に含まれるパーティクルの数をパーティクルカウンタでカウントした。
【００４１】
パーティクル低減用ＨＣｌ供給開始時から原料ガス供給停止時までの、１単位（１０秒）毎のカウント結果を表１に示す。炉入れから取出しまでのカウント結果を、６単位（１分）毎に集計したものを表２、３に分割して示す。
【００４２】
また、表１のうち、径０．１５μｍ以下のパーティクルの数の推移を図２に示す。図２のグラフには、ＨＣｌ導入、ＨＣｌ停止、原料ガス導入、原料ガス停止のタイミングが示されている。
【００４３】
また、エピタキシャル成長後のウエハの表面に付着していたパーティクルの数、表面上の結晶欠陥数、結晶欠陥の大きさと高さを調べた。その結果を、表７に示す。
【００４４】
比較例１
パーティクル低減用ＨＣｌを導入せず、他の条件は実施例１と同様にして、エピタキシャル成長ウエハを得た。
【００４５】
その結果を表４〜表６、及び図３に示す。
【００４６】
また、エピタキシャル成長後のウエハの表面に付着していたパーティクルの数、表面上の結晶欠陥数、結晶欠陥の大きさと高さを表７に示す。
【００４７】
図２及び図３から明らかなように、本発明の実施例１では、パーティクル低減用ＨＣｌを用いない比較例１に比べて、シリコン原料ガス導入直後のパーティクル発生量が激減した。また、本発明の実施例１では、ウエハ上のパーティクル、結晶欠陥が改善されていた。
【００４８】
実施例２
パーティクル低減用ＨＣｌの導入量を変えて、エピタキシャル成長中のパーティクル量を調べた。その結果を図４に示す。
【００４９】
パーティクル低減用ＨＣｌの導入量が増大すると、パーティクルの数を低減できることが確認された。
【００５０】
【表１】
0003869532.tif 000002
【００５１】
【表２】
0003869532.tif 000003
【００５２】
【表３】
0003869532.tif 000004
【００５３】
【表４】
0003869532.tif 000005
【００５４】
【表５】
0003869532.tif 000006
【００５５】
【表６】
0003869532.tif 000007
【００５６】
【表７】
0003869532.tif 000008
【００５７】
【発明の効果】
本発明の気相成長装置及び気相成長方法によれば、気相中のシリコン原料ガスの分解による均一核発生を制御することが可能となり、気相中のパーティクルを大幅に減少させることができる。
【００５８】
それゆえ、エピタキシャル表面へのパーティクルの付着を低減し、エピタキシャル表面の結晶欠陥発生を低減することができる。
【００５９】
なお、本発明は前述の実施例に限定されない。前述の実施例では、ウエハ上に１層のエピタキシャル成長を行う方法を示したが、本発明は多層のエピタキシャル成長を行う場合にも適用できる。その場合には、各エピタキシャル成長用の原料ガスを導入する直前に、所定濃度のパーティクル低減用ＨＣｌを所定時間導入しておけば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の気相成長装置の実施例を示す概念図。
【図２】本発明の実施例１のパーティクルのカウント結果を示すグラフ。
【図３】比較例１のパーティクルのカウント結果を示すグラフ。
【図４】本発明の実施例２の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１０  気相成長装置
１４  サセプタ
１８  タイマ
１９  バルブ
３０  パーティクル低減用ＨＣｌの供給手段
【図１】
0003869532.tif 000009
【図２】
0003869532.tif 000010
【図３】
0003869532.tif 000011
【図４】
0003869532.tif 000012