專利名稱：硅外延片的制造方法及硅外延片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用氣相成長裝置在襯托器上的硅片主表面上氣相成長出硅外延層的、硅外延片的制造方法以及硅外延片。
背景技術：
作為用于在硅片的主表面上氣相成長出硅外延層的氣相成長裝置，公知有下述構成的裝置在將硅片輸入到反應容器內(nèi)并載置在該反應容器內(nèi)的襯托器上的狀態(tài)下，由設于襯托器上側(cè)的上側(cè)燈和設于襯托器下側(cè)的下側(cè)燈對硅片進行加熱，并且，將原料氣體供給到該硅片的主表面上，由此進行氣相成長，在氣相成長后將通過氣相成長得到的硅外延片輸出到反應容器外。
這里，將硅片載置到襯托器上或從襯托器上取出的方式是多種多樣的。作為其中之一，公知有下述這樣的方式(下面稱之為頂桿方式)使設置成能夠突出動作到襯托器上表面的上方的三個以上頂桿以彼此大致相等的量突出動作，將硅片輸送到突出動作后的頂桿上，由頂桿支承為大致水平狀態(tài)，之后，通過使這些頂桿以彼此同步的狀態(tài)下降，而將硅片載置到襯托器上，在氣相成長后，通過頂桿的突出動作使載置狀態(tài)的硅外延片上升到襯托器上方，由輸送裝置輸送到反應容器外(例如參照專利文獻1)。
在該頂桿方式的襯托器上，以貫通襯托器的正反面的方式形成有頂桿插通用的孔部(下面稱之為頂桿插通用孔部)，在該頂桿插通用孔部中插通頂桿。
在使用這樣的氣相成長裝置在硅片的主表面上氣相成長出硅外延層時，首先，將硅片輸入到反應容器內(nèi)并載置到襯托器上，之后，將反應容器內(nèi)加熱到氫化熱處理溫度來進行氫化處理，由此借助氫來蝕去硅片正面的自然氧化膜。
接著，將反應容器內(nèi)設定為成長溫度，將硅原料氣體供給到硅片的主表面上，由此在硅片的主表面上氣相成長出硅外延層而制造硅外延片。
另外，公知有下述襯托器在載置硅片的位置上，形成有用于在氣相成長時除去硅片背面的自然氧化膜的多個貫通孔(例如參照專利文獻2)。
專利文獻1日本特開平6-318630號公報專利文獻2美國專利公報第6444027號然而，在以上述那樣的頂桿方式進行氣相成長來制造硅外延片的情況下，一般容易經(jīng)由頂桿向襯托器的下方放熱，因而通過氣相成長而在硅單晶襯底的主表面上獲得的硅外延層的膜厚在頂桿附近變得比其他部分薄，硅外延層的表面形狀局部凹陷。
另一方面，在使用形成有用于除去硅片背面的自然氧化膜的多個貫通孔的襯托器來進行氣相成長的情況下，有時會在氣相成長工序后的硅外延片背面上，對應于上述貫通孔的形成位置形成凸部。另外，對應于頂桿和上述頂桿插通孔部的間隙，也同樣形成凸部。這種情況下，凸部在間隙的外側(cè)形成為環(huán)狀。這樣，由于在硅外延片的背面形成凸部而使形狀惡化。
這些凹凸部形成于硅外延片的傾向、以及所形成的凹凸部的高度或深度，在利用相同的頂桿方式的氣相成長裝置中是不同的，在各個裝置間存在離散。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述問題而作出的，能夠消除頂桿方式的氣相成狀裝置中形成的凹凸部的形狀在裝置間的離散，從而使主表面上的硅外延層的表面形狀比現(xiàn)有技術平坦。另外，其目的在于提供一種硅外延片的制造方法，其能夠抑制與形成于襯托器的貫通孔(包括頂桿插通用孔)的位置對應地在硅外延片的背面產(chǎn)生凸部(在頂桿插通用孔部的位置上，有時為凹凸形狀)的問題。
因此，為了解決上述問題，本發(fā)明的第一技術方案所述的硅外延片的制造方法，使用氣相成長裝置，所述氣相成長裝置具備反應容器；襯托器，配置在該反應容器內(nèi)，在上表面上載置硅片；頂桿，設置成能相對于該襯托器升降動作，用于隨著在從下表面?zhèn)戎С兄杵臓顟B(tài)下進行升降動作而在襯托器上裝卸硅片；上側(cè)加熱機構，從上方對所述襯托器進行加熱；和下側(cè)加熱機構，從下方對所述襯托器進行加熱；通過在所述襯托器上的硅片的主表面上氣相成長出硅外延層來制造硅外延片，其特征在于，通過調(diào)整所述上側(cè)加熱機構和所述下側(cè)加熱機構的加熱比率，控制形成于硅片的主表面中所述頂桿附近處的硅外延層的表面形狀。
根據(jù)本發(fā)明的硅外延片的制造方法，在利用相同的頂桿方式的各個氣相成長裝置中，通過對各個裝置調(diào)整上側(cè)加熱機構和下側(cè)加熱機構的加熱比率，來控制形成于頂桿附近的硅外延層的成長速度，從而能夠抑制堆積于主表面的硅外延層的膜厚在頂桿附近比其他部分薄的問題，頂桿附近的硅外延層的平坦度變好，能夠消除不同裝置間的離散。
各裝置間的離散，可以認為是由于例如下述原因產(chǎn)生的一般作為加熱源使用的多個燈的熱特性的變化或離散、以及燈的安裝位置精度、燈光反射器的形狀或劣化·臟污或者襯托器的形狀等。
另外，本發(fā)明的第二技術方案所述的硅外延片的制造方法，使用氣相成長裝置，所述氣相成長裝置具備反應容器、配置在該反應容器內(nèi)并在上表面上載置硅片的襯托器、形成在該襯托器的載置所述硅片的位置上的貫通孔(包括頂桿插通用孔)、從上方對所述襯托器進行加熱的上側(cè)加熱機構、和從下方對所述襯托器進行加熱的下側(cè)加熱機構；通過在所述襯托器上的硅片的主表面上氣相成長出硅外延層來制造硅外延片，其特征在于，通過調(diào)整所述上側(cè)加熱機構和所述下側(cè)加熱機構的加熱比率，控制形成于硅外延片的背面的凹凸部的形狀。
在氣相成長之前進行氫化熱處理時，形成于硅片的背面的自然氧化膜，由通過形成在襯托器上的貫通孔(包括頂桿插通用孔部的間隙)而進入的氫氣蝕去。并且，當除去了自然氧化膜的部位與硅原料氣體接觸時，硅局部地外延成長。在與襯托器面對的硅片的背面上，由于硅原料氣體通過貫通孔(包括頂桿插通用孔部的間隙)進入，所以，對應于貫通孔(包括頂桿插通用孔)的形成位置，硅膜局部成長，產(chǎn)生凸部(在與頂桿插通用孔部對應的位置上，有時成為凹凸形狀)。
根據(jù)本發(fā)明的硅外延片的制造方法，能夠調(diào)整上側(cè)加熱機構與下側(cè)加熱機構的加熱比率而使硅膜向背面成長的速度降低，所以，能夠抑制硅外延片的背面上的凹凸部的產(chǎn)生。
并且，本發(fā)明的第三技術方案所述的發(fā)明，特征在于，對應于載置硅片的位置中的頂桿附近以及/或者形成在襯托器上的貫通孔(包括頂桿插通孔)的位置，產(chǎn)生于硅外延片的正面的凹凸部的形狀(高度或深度)為4nm以下，以及/或者，產(chǎn)生于背面的凸部的形狀(高度)為10nm以下。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制硅外延片的正面及/或背面的凹凸部的產(chǎn)生，獲得具有更加良好的平坦度的硅外延片。尤其是，通過抑制形成于硅外延片的背面的凸部的形狀，在器件制造工序中，尤其是在使晶片的背面吸附保持在晶片吸盤上的工序中，背面的凸形狀不會轉(zhuǎn)移到正面?zhèn)?，在例如光刻等中不會產(chǎn)生不良情況。
根據(jù)本發(fā)明，能夠通過調(diào)整上側(cè)加熱裝置與下側(cè)加熱裝置的加熱比率，控制形成于頂桿附近的硅外延層的表面形狀，或控制產(chǎn)生于硅外延片的背面的凹凸部的形狀，所以，通過適當調(diào)整加熱比率而在硅片上進行氣相成長，能夠使主表面上的硅外延層的表面形狀平坦化，能夠抑制對應于形成在襯托器上的貫通孔(包括頂桿插通用孔)的位置而在硅外延片的背面上產(chǎn)生凹凸部的問題。


圖1為用于表示本發(fā)明的實施方式的圖，為反應容器的示意性正面剖視圖，尤其示出了氣相成長中的狀態(tài)。
圖2為用于表示本發(fā)明的實施方式的圖，為反應容器的示意性正面剖視圖，尤其示出了通過頂桿將硅片支承在襯托器上的狀態(tài)。
圖3為用于表示現(xiàn)有的外延制造方法的問題的圖，為表示頂桿附近的硅外延層的表面形狀的圖。
圖4為用于表示現(xiàn)有的外延制造方法的問題的圖，為表示頂桿附近的硅外延片的背面形狀的圖。
圖5為用于表示本發(fā)明的實施方式的圖，為表示頂桿附近的硅外延層的表面形狀的圖。
圖6為用于表示本發(fā)明的實施方式的圖，為表示頂桿附近的硅外延片的背面形狀的圖。
具體實施例方式
下面，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
首先，作為本實施方式的硅外延片制造方法中所使用的氣相成長裝置的一個優(yōu)選例，對單片式的氣相成長裝置的構成進行說明。
如圖1所示那樣，氣相成長裝置1具備反應容器11，和設于該反應容器11的內(nèi)部并以上表面支承硅片W的襯托器20。
在反應容器11上設有氣相成長用氣體導入管15，該氣相成長用氣體導入管15向該反應容器11內(nèi)將含有原料氣體(例如三氯硅烷)以及載氣(例如氫)的氣相成長用氣體導入到襯托器20上側(cè)的區(qū)域，供給到襯托器20上的硅片W的主表面上。
另外，在反應容器11的、與設有氣相成長用氣體導入管15的一側(cè)相同的一側(cè)，設有向反應容器11內(nèi)將吹掃氣體(例如氫)導入到襯托器20下側(cè)的區(qū)域的吹掃氣體導入管16。
另外，在反應容器11的、與設有氣相成長用氣體導入管15及吹掃氣體導入管16的一側(cè)相反的一側(cè)，設有排出反應容器11內(nèi)的氣體(氣相成長用氣體及吹掃氣體)的排氣管17。
在反應容器11的外部，設有從上側(cè)加熱該反應容器11的上側(cè)加熱裝置(上側(cè)加熱機構)14a和從下側(cè)加熱該反應容器11的下側(cè)加熱裝置(下側(cè)加熱機構)14b。作為加熱裝置14a、14b，例如列舉有鹵素燈等。
另外，上側(cè)加熱裝置14a及下側(cè)加熱裝置14b，如后述那樣能夠分別控制加熱比率，通過控制加熱比率而能夠制造本發(fā)明的硅外延片。
襯托器20由被例如碳化硅包覆的石墨構成。該襯托器20形成為例如大致圓板狀，在其主表面上形成有用于在該主表面上對硅片W進行定位的俯視觀看為大致圓形的凹部、即凹穴21。
在凹穴21的底面上形成有頂桿13所插通的頂桿用孔部22，所述頂桿13用于從背面支承載置于凹穴21的硅片W并且沿上下方向移動硅片W。
頂桿13具備形成為圓棒狀的主體部13a，和形成在該主體部13a的上端部而支承硅片W的頭部13b。頭部13b形成為直徑比主體部13a大，以便容易支承硅片W。
在凹穴21的載置硅片W的位置上，形成有多個貫通襯托器20的正反面的貫通孔25。在氣相成長中，作為吹掃氣體的氫可通過貫通孔25從襯托器20的背面?zhèn)冗M入，蝕去形成在硅片W的背面上的自然氧化膜。如圖1所示那樣，以凹穴21支承硅片W的周緣部，在硅片W的背面與貫通孔25之間設置間隙，由此能夠更加均勻地進行自然氧化膜的蝕除。
另外，在襯托器20的背面，設有從該背面支承襯托器20的襯托器支承部件12。該襯托器支承部件12，能夠在箭頭A所示的上下方向上移動，且能夠在箭頭B所示的方向上旋轉(zhuǎn)。在襯托器支承部件12的末端部，設有放射狀分叉的多個支承臂12a。
并且，支承臂12a的末端部嵌合在形成于襯托器20的背面的凹部23中，使得襯托器20的上表面大致水平。另外，在支承臂12a上，形成有頂桿13的主體部13a所插通的孔12b。
接著，對本發(fā)明的硅外延片的制造方法進行說明，該方法使用上述構成的氣相成長裝置1，在硅片W上氣相成長出硅外延層，由此來制造硅外延片。
首先，如圖1所示那樣，由設定為初始溫度(例如650℃)的反應容器11內(nèi)的襯托器20支承硅片W。
為了將硅片W交接到頂桿13上，使各頂桿13以彼此大致相等的量相對于該襯托器20上升，以便突出到襯托器20上表面的上方。即，伴隨著使襯托器支承部件12下降的動作使襯托器20下降，當在該下降的過程中頂桿13的下端部到達反應容器11的內(nèi)部底面等處時，頂桿13不能再繼續(xù)下降，但襯托器20卻進一步下降。因而，頂桿13相對于襯托器20上升，成為圖2中無硅片W的狀態(tài)。
這樣，在頂桿13相對于襯托器20上升了的狀態(tài)下，由未圖示的機械手將硅片W輸送到反應容器11內(nèi)，由各頂桿13的頭部13b支承硅片W，使硅片W主表面為上。
然后，使機械手退避，另一方面，隨著使襯托器支承部件12上升而使襯托器20上升，當在該上升的過程中凹穴21的外周側(cè)部分到達硅片W的背面時，在此之前支承在頂桿13的頭部13b上的硅片W，轉(zhuǎn)變?yōu)橛砂佳?1的外周側(cè)部分支承的狀態(tài)。
進而，當頂桿用孔部22的緣部到達頂桿13的頭部13b時，在此之前處于由反應容器11的內(nèi)部底面等支承的狀態(tài)的頂桿13，轉(zhuǎn)變到由襯托器20支承的狀態(tài)(參照圖1)。
這樣，由襯托器20支承硅片W后，在氫氣氛的反應容器11內(nèi)對硅片W進行熱處理(氫化熱處理工序)。
即，在分別經(jīng)由氣相成長用氣體導入管15及吹掃氣體導入管16使氫氣流入到了反應容器11內(nèi)的狀態(tài)下，通過對上側(cè)加熱裝置14a及下側(cè)加熱裝置14b供電而進行加熱，以便使反應容器11內(nèi)的溫度達到氫化熱處理溫度(例如1110℃以上1180℃以下)。這時，通過驅(qū)動襯托器支承部件12繞鉛直軸旋轉(zhuǎn)，而使襯托器20及硅片W旋轉(zhuǎn)。
由此，硅片W的主表面的自然氧化膜被氫氣蝕去。另外，硅片W的背面的自然氧化膜，也被通過貫通孔25而到達該背面的氫氣蝕去。這時，通過調(diào)整上側(cè)加熱裝置14a和下側(cè)加熱裝置14b的加熱比率，而完全地除去背面的自然氧化膜。
接著，在硅片W的主表面上氣相成長出硅外延層(氣相成長工序)。
即，通過調(diào)整上側(cè)加熱裝置14a和下側(cè)加熱裝置14b的加熱比率而將反應容器11內(nèi)設定為所期望的溫度(例如1100℃以上1150℃以下)，經(jīng)由氣相成長用氣體導入管15將氣相成長用氣體供給到硅單晶襯底W的主表面上，并且，通過吹掃氣體導入管16供給氫氣，在硅片W的主表面上氣相成長出硅外延層，而制造硅外延片。
這里，由圖3示出了下述例子使用三臺(裝置A、B、C)アプライドマテリアルズ公司制的外延成長裝置(Centura 300Epi)，對于各裝置，使上側(cè)加熱裝置14a和下側(cè)加熱裝置14b的加熱比率(電力分配比率)為制造商的標準(42％∶58％)，來進行氣相成長，關于此時分別獲得的硅外延片，對頂桿13附近的硅外延層的表面形狀進行測定。
表面形狀由光學式晶片形狀測定裝置(ADE公司制Nanomapper)測定，圖3的縱軸表示以頂桿13的周邊為基準時硅外延層的表面形狀，橫軸表示距對應于頂桿13的位置的距離。如圖3所示那樣，判斷出根據(jù)各個裝置的不同，硅外延層的表面形狀互不相同，存在離散。
另外，圖4表示同樣地對上述獲得的頂桿13附近的硅外延片的背面形狀進行測定的結(jié)果。判斷出與硅外延層的表面形狀同樣地，根據(jù)各個裝置的不同，形成為不同的形狀，存在離散。
該位置，與對應于形成在相同的襯托器上的貫通孔的位置而形成的凸部同樣地，對應于形成在襯托器上的頂桿插通用孔部，通過頂桿和插通用孔的間隙(環(huán)狀)而在背面形成凸部。只是這種情況下，凸部在間隙的外側(cè)形成為環(huán)狀。另外，還有時環(huán)狀凸部的內(nèi)側(cè)凹陷。
下面，基于該結(jié)果對本發(fā)明的實施例進行說明，但本發(fā)明并不限于此。
使用頂桿方式的氣相成長裝置A，使上側(cè)加熱裝置14a和下側(cè)加熱裝置14b的加熱比率變化為(44％∶56％)、(46％∶54％)、(48％∶52％)，進行外延成長。關于此時分別獲得的硅外延片對頂桿13附近的硅外延層的表面形狀進行測定，圖5示出了測定的結(jié)果。
從圖5的結(jié)果可知，當較上側(cè)加熱裝置14a相對地降低下側(cè)加熱裝置14b的輸出時(例如下側(cè)加熱裝置的輸出為52％時)，對應于頂桿13的位置上的硅外延層的表面形狀為凸狀。即，當降低了下側(cè)加熱裝置14b的輸出時，襯托器20的溫度下降，所以，硅片W的背面的溫度下降，主表面的溫度也下降。然而，在頂桿13的上部，與襯托器20之間存在空間，與襯托器20相比，該處更難傳遞熱量，故背面溫度的降低受到了抑制。因而，對應于頂桿13的主表面的溫度較其周邊相對上升，成長速度也變高?？梢哉J為是上述原因使得主表面中頂桿13附近處的硅外延層的表面形狀成為凸狀。
相反地，當相對地提高下側(cè)加熱裝置14b的輸出時(例如下側(cè)加熱裝置的輸出為56％時)，對應于頂桿13的位置上的硅外延層的表面形狀變成為凹狀。即，通過提高下側(cè)加熱裝置14b的輸出，襯托器20的溫度上升，所以，硅片W的背面溫度上升，主表面的溫度也上升，但在硅片W的頂桿13附近處，與襯托器20相比更難傳遞熱量，故背面溫度的上升受到了抑制。因而，對應于頂桿13的主表面的溫度較其周邊相對降低，成長速度也相對降低?？梢哉J為上述原因使得主表面中頂桿13附近的硅外延層的表面形狀成為凹狀。
另一方面，如圖6所示那樣，在上述那樣獲得的硅外延片的背面上，越相對地提高下側(cè)加熱裝置14b的輸出，硅膜向背面成長的速度越快，所以，對應于貫通孔25(包括頂桿插通用孔)容易形成凸形狀的硅膜(即凸部)。相反地，越相對地降低下側(cè)加熱裝置14b的輸出，硅膜向硅片W的背面成長的速度越低，所以，硅膜難以在該背面上成長。
但是，如果過多地降低下側(cè)加熱裝置14b的輸出，則如上述那樣對應于頂桿13的位置上的硅外延層的表面形狀成為凸狀，所以，優(yōu)選地調(diào)整加熱裝置14a、14b的輸出，使得硅外延層的表面形狀與背面的凸部這兩者都處于容許范圍內(nèi)。
這里，在背面的形狀為凸狀時，在器件制造工序中，尤其是在使晶片的背面吸附保持于晶片吸盤的工序中，背面的凸形狀會轉(zhuǎn)移到正面?zhèn)?，在例如光刻等中會產(chǎn)生不良情況，故而不理想。
根據(jù)上面的結(jié)果，能夠通過調(diào)整上側(cè)加熱裝置14a與下側(cè)加熱裝置14b的加熱比率，來控制形成于頂桿13附近的硅外延層的表面形狀，或控制產(chǎn)生于硅外延片W的背面的凹凸部的形狀，所以，通過基于上述結(jié)果對各個裝置適當調(diào)整加熱比率，來在硅片W上進行氣相成長，能夠使主表面上的硅外延層的表面形狀平坦化，能夠抑制對應于形成在襯托器上的貫通孔(包括頂桿插通用孔)的位置而在硅外延片的背面產(chǎn)生凹凸部的問題。
工業(yè)實用性如上述那樣，本發(fā)明的硅外延片的制造方法，在使用氣相成長裝置而在襯托器上的硅片的主表面上氣相成長出硅外延層時是有用的，特別地，它是適于制造硅外延片的方法，其中，能夠使主表面上的硅外延層的表面形狀形成得比現(xiàn)有技術平坦，而且，能夠抑制對應于形成在襯托器上的貫通孔(包括頂桿插通用孔)的位置而在硅外延片的背面產(chǎn)生凹凸部的問題。
附圖標記說明W 硅片1 氣相成長裝置11反應容器13頂桿14a 上側(cè)加熱裝置(上側(cè)加熱機構)14b 下側(cè)加熱裝置(下側(cè)加熱機構)20襯托器25貫通孔
權利要求
1.一種硅外延片的制造方法，使用氣相成長裝置，所述氣相成長裝置具備反應容器；襯托器，配置在該反應容器內(nèi)，在上表面上載置硅片；頂桿，設置成能相對于該襯托器升降動作，用于隨著在從下表面?zhèn)戎С兄杵臓顟B(tài)下進行升降動作而在襯托器上裝卸硅單晶襯底；上側(cè)加熱機構，從上方對所述襯托器進行加熱；和下側(cè)加熱機構，從下方對所述襯托器進行加熱；通過在所述襯托器上的硅片的主表面上氣相成長出硅外延層來制造硅外延片，其特征在于，通過調(diào)整所述上側(cè)加熱機構和所述下側(cè)加熱機構的加熱比率，控制形成于硅片的主表面中所述頂桿附近處的硅外延層的表面形狀。
2.一種硅外延片的制造方法，使用氣相成長裝置，所述氣相成長裝置具備反應容器、配置在該反應容器內(nèi)并在上表面上載置硅片的襯托器、形成在該襯托器的載置所述硅片的位置上的貫通孔(包括頂桿插通用孔)、從上方對所述襯托器進行加熱的上側(cè)加熱機構、和從下方對所述襯托器進行加熱的下側(cè)加熱機構；通過在所述襯托器上的硅片的主表面上氣相成長出硅外延層來制造硅外延片，其特征在于，通過調(diào)整所述上側(cè)加熱機構和所述下側(cè)加熱機構的加熱比率，控制形成于硅外延片的背面的凹凸部的形狀。
3.一種硅外延片，其特征在于，對應于載置硅片的位置中的頂桿附近以及/或者形成在襯托器上的貫通孔(包括頂桿插通孔)的位置，產(chǎn)生于硅外延片的正面的凹凸部的形狀(高度或深度)為4nm以下，以及/或者，產(chǎn)生于背面的凸部的形狀(高度)為10nm以下。
全文摘要
在具備反應容器(11)、襯托器(20)、頂桿(13)、上側(cè)加熱裝置(14a)、及下側(cè)加熱裝置(14b)的氣相成長裝置中，對上側(cè)加熱機構和下側(cè)加熱機構的加熱比率進行調(diào)整。能夠控制形成于頂桿附近的硅外延層的表面形狀、或產(chǎn)生在硅外延片的背面的凹凸部的形狀。
文檔編號C23C16/46GK1864245SQ200480028930
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月27日 優(yōu)先權日2003年10月1日
發(fā)明者金谷晃一, 西澤毅 申請人:信越半導體株式會社