外延硅晶片的制造方法技術

利用具備基座(20)和加熱環(30)的外延生長裝置的外延硅晶片的制造方法，其特征在于，將硅晶片(W)的表面位置(b)設為比所述基座(20)的外周部的表面位置(c)高，并將所述硅晶片(W)的表面位置(b)設為比所述加熱環(30)的表面位置(a)低，且調整所述硅晶片(W)的表面位置(b)與所述加熱環(30)的表面位置(a)的差(b-a)，來控制形成于所述硅晶片(W)的<110>取向的外周部的外延層的膜厚與形成于所述硅晶片(W)的<100>取向的外周部的外延層的膜厚的差。

【技術實現步驟摘要】


本專利技術涉及外延硅晶片的制造方法。

技術介紹

近年來，在MPU、閃存等高性能器件和MOSFET、IGBT等高性能功率器件中使用外延硅晶片。另一方面，隨著器件的高集成化，為了半導體基板的高品質化，同時為了微細化圖案的制作，高平坦化特別受到重視。
要求高平坦度的硅晶片的外延生長中，通過單片處理來實現膜厚均勻性的提高。另外，通過用隔板等控制外延生長用的氣體的流動，可以進一步實現膜厚的均勻化。
但是，在硅晶片的外周部，由于晶體取向的差異所導致的外延層的生長速度的差異，產生外延層的形成膜厚的變化，難以實現在硅晶片外周部的外延層的膜厚的均勻化。作為其解決方法，公開了如下技術：對應于在半導體晶片的外周部的晶體取向的隨著基座的水平旋轉的周期性變化，使基座相對于其載置面在垂直方向周期性地上下運動(參照文獻1：日本特開2014-67955號公報)。
另外，公開了如下基座，其具備載置有晶片的晶片載置部，以圍著其邊緣的狀態設置的外周部，和設置于外周部的、控制在所載置的晶片的外周部的氣相生長的速度的氣相生長控制部(參照文獻2：國際公開第2007/091638號，文獻3：日本特開2007-294942號公報)。
然而，在上述文獻1中，例如在晶體取向為(100)取向的硅晶片的情況下，每旋轉45度必須上下運動基座。由此，隨著基座的上下運動，認為基座附近的原料氣體流動混亂，或硅晶片輕微振動。由此，遍及硅晶片的整面所形成的外延層的膜厚可能變得不均勻。
另外，在上述文獻2、3中，必須對應于晶片的外周部的晶體取向準備復雜形狀的基座，有基座加工成本增大等問題。

技術實現思路

本專利技術的目的在于，提供使在硅晶片的外周部的外延層的膜厚用更簡便的方法得以均勻化的外延硅晶片的制造方法。
用圖1、圖2，來說明在硅晶片的(100)面上使外延層生長時，外延層的生長速度在外周部依賴于硅晶片W的晶體取向的原因。
如圖2中所示，以硅晶片W的<110>取向為基準晶體取向W1。圖2的<110>取向在圖1中對應于0度(360度)、90度、180度及270度，圖2的<100>取向對應于圖1中的45度、135度、225度及315度。另外，圖1表示自外延硅晶片的外周端起分別朝向中心側2mm的位置的圓周方向的外延層的膜厚分布(Profile)。
如圖1中所示，在<100>取向的外周部，外延層的膜厚薄，與之相對，在<110>取向的外周部，外延層的膜厚厚，在外周部的外延層的膜厚在圓周方向上發生周期性的變化。據推測，這是由于在<100>取向的外周部，外延層的生長速度慢，與之相對，在<110>取向的外周部，外延層的生長速度快。這樣，可以確認在外周部的外延層的生長速度依賴于作為基底的硅晶片的晶體取向。
這據推測原因如下：如圖3A、圖3B中所示，硅晶片W在最外周具有倒角部，因此，在硅晶片W的外周部的每個區域，優勢生長的取向性生長面不同。
具體地，如圖3B中所示，在形成于<100>取向的倒角部的外延層中，存在生長速度快的(110)面。在該部位的外延生長被促進，結果外周部的外延層的生長被抑制。另一方面，如圖3A中所示，在形成于<110>取向的倒角部的外延層中，存在生長速度慢的(311)面及(111)面。因此，在這些部位的外延生長被抑制，結果外周部的外延層的生長被促進。結果，認為形成于外周部的外延層的膜厚在<100>取向變薄、在<110>取向變厚。
這樣，根據晶體取向，外周部的外延層的膜厚在圓周方向發生周期性的變化。
本專利技術人發現，通過調整外延生長裝置的爐內的部件的表面位置與硅晶片的表面位置的關系，而控制向硅晶片的外周部的原料氣體供給量，可以減小外延生長中產生的、晶體取向性所導致的硅晶片的外周部的外延層的厚度差，從而完成了本專利技術。
本專利技術的外延硅晶片的制造方法，其為使用具備載置晶片的基座和在所述基座的外周留出間隔而配置的加熱環(Heatring)的外延生長裝置，在面取向為(100)面的硅晶片的表面形成外延層的外延硅晶片的制造方法，其特征在于，將所述硅晶片的表面位置b設為比所述基座的外周部的表面位置c高，并將所述硅晶片的表面位置b設為比所述加熱環的表面位置a低，且調整所述硅晶片的表面位置b與所述加熱環的表面位置a的差(b-a)，從而控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延層的膜厚與形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延層的膜厚的差。
另外，本專利技術的外延硅晶片的制造方法中，優選所述硅晶片的表面位置b與所述加熱環的表面位置a的差(b-a)為-0.6mm以上且-0.2mm以下。
另外，本專利技術的外延硅晶片的制造方法中，將形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延層的膜厚差分平均值設為D1、將形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延層的膜厚差分的平均值設為D2時，優選所述D2相對于所述D1的比為70%以上。
在此，所述外延層的膜厚差分，是以在自所述外延硅晶片的外周端起向中心側11mm～9mm的范圍所形成的所述外延層的膜厚為基準時的、自所述外延硅晶片的外周端起向中心側2mm所形成的所述外延層的膜厚的差分。
根據本專利技術，通過調整加熱環的表面位置a、硅晶片的表面位置b及在基座的外周部的表面位置c的位置關系，來控制向硅晶片的外周部的原料氣體供給量。
具體地，將硅晶片的表面位置b設為比基座的外周部的表面位置c高(以下稱為條件(1))，將硅晶片的表面位置b設為比加熱環的表面位置a低(以下稱為條件(2))，且調整硅晶片的表面位置b與加熱環的表面位置a的差(b-a)(以下稱為間距值(b-a)。)。如上所述地調整位置關系，來控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延層的膜厚與形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延層的膜厚的差。
尚需說明，不滿足條件(1)時，向反應室內供給的原料氣體難以到達硅晶片的外周部，因此，形成于外周部的外延層的膜厚整體性地變薄。另外，在外延層的外周部的圓周方向的膜厚分布的均勻性也變差，有D2相對于D1的比變小的傾向。
另外，不滿足條件(2)時，向反應室內供給的原料氣體到硅晶片的外周部的接觸量增多，因此，形成于外周部的外延層的膜厚過度變厚。
如上所述，通過調整作為氣體流動的基準的間距值(b-a)，可使外延生長中產生的、硅晶片的晶體取向性所導致的在外延層的外周部的圓周方向的膜厚之差最小化。
結果，可以得到在外周部的平坦度高的外延硅晶片。
附圖說明
圖1是表示在硅晶片的外周部的、從基準晶體取向起的角度與外延層的膜厚的關系的圖。
圖2是表示硅晶片W的晶體取向的俯視圖。
圖3A是表示在外延硅晶片的外周部的部分截面圖、即沿<110>取向的部分截面圖。
圖3B是表示在外延硅晶片的外周部的部分截面圖、即沿<100>取向的部分截面圖。
圖4是單片式的外延生長裝置的示意圖。
圖5是表示圖4的加熱環、基座和硅晶片的表面位置的關系的圖。
圖6是表示間距值(b-a)與D1本文檔來自技高網...

【技術保護點】
外延硅晶片的制造方法，其為使用具備載置晶片的基座和在所述基座的外周留出間隔而配置的加熱環的外延生長裝置，在面取向為(100)面的硅晶片的表面形成外延層的外延硅晶片的制造方法，其特征在于，將所述硅晶片的表面位置b設為比所述基座的外周部的表面位置c高，并將所述硅晶片的表面位置b設為比所述加熱環的表面位置a低，且調整所述硅晶片的表面位置b與所述加熱環的表面位置a的差(b?a)，來控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延層的膜厚與形成于所述硅晶片的<100>取向的外周部的外延層的膜厚的差。

【技術特征摘要】
2014.12.25 JP 2014-2629301.外延硅晶片的制造方法，其為使用具備載置晶片的基座和在所述基座的外周留出間隔而配置的加熱環的外延生長裝置，在面取向為(100)面的硅晶片的表面形成外延層的外延硅晶片的制造方法，
其特征在于，將所述硅晶片的表面位置b設為比所述基座的外周部的表面位置c高，并將所述硅晶片的表面位置b設為比所述加熱環的表面位置a低，且調整所述硅晶片的表面位置b與所述加熱環的表面位置a的差(b-a)，來控制形成于所述硅晶片的<110>取向的外周部的外延層的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：廣瀨健，辻雅之，木村文彥，
申請(專利權)人：勝高股份有限公司，
類型：發明
國別省市：日本;JP