外延硅晶片的制造方法技术

利用具备基座(20)和加热环(30)的外延生长装置的外延硅晶片的制造方法，其特征在于，将硅晶片(W)的表面位置(b)设为比所述基座(20)的外周部的表面位置(c)高，并将所述硅晶片(W)的表面位置(b)设为比所述加热环(30)的表面位置(a)低，且调整所述硅晶片(W)的表面位置(b)与所述加热环(30)的表面位置(a)的差(b-a)，来控制形成于所述硅晶片(W)的<110>取向的外周部的外延层的膜厚与形成于所述硅晶片(W)的<100>取向的外周部的外延层的膜厚的差。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及外延硅晶片的制造方法。

技术介绍

近年来，在MPU、闪存等高性能器件和MOSFET、IGBT等高性能功率器件中使用外延硅晶片。另一方面，随着器件的高集成化，为了半导体基板的高品质化，同时为了微细化图案的制作，高平坦化特别受到重视。
要求高平坦度的硅晶片的外延生长中，通过单片处理来实现膜厚均匀性的提高。另外，通过用隔板等控制外延生长用的气体的流动，可以进一步实现膜厚的均匀化。
但是，在硅晶片的外周部，由于晶体取向的差异所导致的外延层的生长速度的差异，产生外延层的形成膜厚的变化，难以实现在硅晶片外周部的外延层的膜厚的均匀化。作为其解决方法，公开了如下技术：对应于在半导体晶片的外周部的晶体取向的随着基座的水平旋转的周期性变化，使基座相对于其载置面在垂直方向周期性地上下运动(参照文献1：日本特开2014-67955号公报)。
另外，公开了如下基座，其具备载置有晶片的晶片载置部，以围着其边缘的状态设置的外周部，和设置于外周部的、控制在所载置的晶片的外周部的气相生长的速度的气相生长控制部(参照文献2：国际公开第2007/091638号，文献3：日本特开2007-294942号公报)。
然而，在上述文献1中，例如在晶体取向为(100)取向的硅晶片的情况下，每旋转45度必须上下运动基座。由此，随着基座的上下运动，认为基座附近的原料气体流动混乱，或硅晶片轻微振动。由此，遍及硅晶片的整面所形成的外延层的膜厚可能变得不均匀。
另外，在上述文献2、3中，必须对应于晶片的外周部的晶体取向准备复杂形状的基座，有基座加工成本增大等问题。

技术实现思路

本专利技术的目的在于，提供使在硅晶片的外周部的外延层的膜厚用更简便的方法得以均匀化的外延硅晶片的制造方法。
用图1、图2，来说明在硅晶片的(100)面上使外延层生长时，外延层的生长速度在外周部依赖于硅晶片W的晶体取向的原因。
如图2中所示，以硅晶片W的<110>取向为基准晶体取向W1。图2的<110>取向在图1中对应于0度(360度)、90度、180度及270度，图2的<100>取向对应于图1中的45度、135度、225度及315度。另外，图1表示自外延硅晶片的外周端起分别朝向中心侧2mm的位置的圆周方向的外延层的膜厚分布(Profile)。
如图1中所示，在<100>取向的外周部，外延层的膜厚薄，与之相对，在<110>取向的外周部，外延层的膜厚厚，在外周部的外延层的膜厚在圆周方向上发生周期性的变化。据推测，这是由于在<100>取向的外周部，外延层的生长速度慢，与之相对，在<110>取向的外周部，外延层的生长速度快。这样，可以确认在外周部的外延层的生长速度依赖于作为基底的硅晶片的晶体取向。
这据推测原因如下：如图3A、图3B中所示，硅晶片W在最外周具有倒角部，因此，在硅晶片W的外周部的每个区域，优势生长的取向性生长面不同。
具体地，如图3B中所示，在形成于<100>取向的倒角部的外延层中，存在生长速度快的(110)面。在该部位的外延生长被促进，结果外周部的外延层的生长被抑制。另一方面，如图3A中所示，在形成于<110>取向的倒角部的外延层中，存在生长速度慢的(311)面及(111)面。因此，在这些部位的外延生长被抑制，结果外周部的外延层的生长被促进。结果，认为形成于外周部的外延层的膜厚在<100>取向变薄、在<110>取向变厚。
这样，根据晶体取向，外周部的外延层的膜厚在圆周方向发生周期性的变化。
本专利技术人发现，通过调整外延生长装置的炉内的部件的表面位置与硅晶片的表面位置的关系，而控制向硅晶片的外周部的原料气体供给量，可以减小外延生长中产生的、晶体取向性所导致的硅晶片的外周部的外延层的厚度差，从而完成了本专利技术。
本专利技术的外延硅晶片的制造方法，其为使用具备载置晶片的基座和在所述基座的外周留出间隔而配置的加热环(Heatring)的外延生长装置，在面取向为(100)面的硅晶片的表面形成外延层的外延硅晶片的制造方法，其特征在于，将所述硅晶片的表面位置b设为比所述基座的外周部的表面位置c高，并将所述硅晶片的表面位置b设为比所述加热环的表面位置a低，且调整所述硅晶片的表面位置b与所述加热环的表面位置a的差(b-a)，从而控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延层的膜厚与形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延层的膜厚的差。
另外，本专利技术的外延硅晶片的制造方法中，优选所述硅晶片的表面位置b与所述加热环的表面位置a的差(b-a)为-0.6mm以上且-0.2mm以下。
另外，本专利技术的外延硅晶片的制造方法中，将形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延层的膜厚差分平均值设为D1、将形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延层的膜厚差分的平均值设为D2时，优选所述D2相对于所述D1的比为70%以上。
在此，所述外延层的膜厚差分，是以在自所述外延硅晶片的外周端起向中心侧11mm～9mm的范围所形成的所述外延层的膜厚为基准时的、自所述外延硅晶片的外周端起向中心侧2mm所形成的所述外延层的膜厚的差分。
根据本专利技术，通过调整加热环的表面位置a、硅晶片的表面位置b及在基座的外周部的表面位置c的位置关系，来控制向硅晶片的外周部的原料气体供给量。
具体地，将硅晶片的表面位置b设为比基座的外周部的表面位置c高(以下称为条件(1))，将硅晶片的表面位置b设为比加热环的表面位置a低(以下称为条件(2))，且调整硅晶片的表面位置b与加热环的表面位置a的差(b-a)(以下称为间距值(b-a)。)。如上所述地调整位置关系，来控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延层的膜厚与形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延层的膜厚的差。
尚需说明，不满足条件(1)时，向反应室内供给的原料气体难以到达硅晶片的外周部，因此，形成于外周部的外延层的膜厚整体性地变薄。另外，在外延层的外周部的圆周方向的膜厚分布的均匀性也变差，有D2相对于D1的比变小的倾向。
另外，不满足条件(2)时，向反应室内供给的原料气体到硅晶片的外周部的接触量增多，因此，形成于外周部的外延层的膜厚过度变厚。
如上所述，通过调整作为气体流动的基准的间距值(b-a)，可使外延生长中产生的、硅晶片的晶体取向性所导致的在外延层的外周部的圆周方向的膜厚之差最小化。
结果，可以得到在外周部的平坦度高的外延硅晶片。
附图说明
图1是表示在硅晶片的外周部的、从基准晶体取向起的角度与外延层的膜厚的关系的图。
图2是表示硅晶片W的晶体取向的俯视图。
图3A是表示在外延硅晶片的外周部的部分截面图、即沿<110>取向的部分截面图。
图3B是表示在外延硅晶片的外周部的部分截面图、即沿<100>取向的部分截面图。
图4是单片式的外延生长装置的示意图。
图5是表示图4的加热环、基座和硅晶片的表面位置的关系的图。
图6是表示间距值(b-a)与D1本文档来自技高网...

【技术保护点】
外延硅晶片的制造方法，其为使用具备载置晶片的基座和在所述基座的外周留出间隔而配置的加热环的外延生长装置，在面取向为(100)面的硅晶片的表面形成外延层的外延硅晶片的制造方法，其特征在于，将所述硅晶片的表面位置b设为比所述基座的外周部的表面位置c高，并将所述硅晶片的表面位置b设为比所述加热环的表面位置a低，且调整所述硅晶片的表面位置b与所述加热环的表面位置a的差(b‑a)，来控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延层的膜厚与形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延层的膜厚的差。

【技术特征摘要】
2014.12.25 JP 2014-2629301.外延硅晶片的制造方法，其为使用具备载置晶片的基座和在所述基座的外周留出间隔而配置的加热环的外延生长装置，在面取向为(100)面的硅晶片的表面形成外延层的外延硅晶片的制造方法，
其特征在于，将所述硅晶片的表面位置b设为比所述基座的外周部的表面位置c高，并将所述硅晶片的表面位置b设为比所述加热环的表面位置a低，且调整所述硅晶片的表面位置b与所述加热环的表面位置a的差(b-a)，来控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：广濑健，辻雅之，木村文彦，
申请(专利权)人：胜高股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP