JP5267189B2 - Epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method in which an epitaxial layer is formed on a main surface of a semiconductor wafer.
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハの分野においては、基板としての半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルウェーハが知られている。エピタキシャルウェーハによれば、例えば、シリコンウェーハ上に任意の厚みや比抵抗を有する単結晶シリコンのエピタキシャル層が形成されているので、高性能の半導体デバイスを製造することができる。 In the field of semiconductor wafers such as silicon wafers, epitaxial wafers are known in which an epitaxial layer is formed on the main surface of a semiconductor wafer as a substrate. According to the epitaxial wafer, for example, an epitaxial layer of single crystal silicon having an arbitrary thickness and specific resistance is formed on the silicon wafer, so that a high-performance semiconductor device can be manufactured.
半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させてエピタキシャルウェーハを得る装置として気相成長装置が使用されている。気相成長装置は、一般的に、半導体ウェーハが収容されるチャンバー(反応室)と、チャンバーの内部に回転可能に設置され且つ半導体ウェーハを支持するサセプタと、原料ガス(SiH4等)又はキャリアガス(H2等)を少なくとも含む反応ガスをチャンバーの内部に供給するガス供給源と、を備えている。気相成長装置によれば、ガス供給源から反応ガスをチャンバーの内部に供給することにより、チャンバーに収容された半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させることができる。 A vapor phase growth apparatus is used as an apparatus for obtaining an epitaxial wafer by growing an epitaxial layer on the main surface of a semiconductor wafer. A vapor phase growth apparatus generally includes a chamber (reaction chamber) in which a semiconductor wafer is accommodated, a susceptor rotatably installed in the chamber and supporting the semiconductor wafer, and a source gas (SiH 4 or the like) or a carrier. A gas supply source for supplying a reaction gas containing at least a gas (such as H 2 ) into the chamber. According to the vapor phase growth apparatus, the epitaxial layer can be grown on the main surface of the semiconductor wafer accommodated in the chamber by supplying the reaction gas from the gas supply source into the chamber.
ところで、半導体デバイスの分野においては高集積化が進んでおり、より微細な加工が必要になってきている。例えば、フォトリソグラフィー工程における露光装置の焦点深度等の関係から、デバイス材料となる半導体ウェーハには、より高い平坦度が要求されてきている。 By the way, in the field of semiconductor devices, higher integration is progressing, and finer processing is required. For example, a higher flatness is required for a semiconductor wafer as a device material because of a relationship such as a depth of focus of an exposure apparatus in a photolithography process.
気相成長装置において平坦度を向上させるためには、エピタキシャル層の厚み(以下「エピ厚」ともいう)についての面内方向の均一性(以下「面内均一性」ともいう)を向上させることが重要となる。ウェーハを1枚ずつ処理する枚葉式の気相成長装置においてエピ厚の面内均一性を向上させる技術として、下記特許文献1には、複数のガス流出口を有する整流部材を設け、ガス供給源から供給される反応ガスを、整流部材の複数のガス流出口から流出させることで整流して、チャンバーの内部に供給させる技術が記載されている。なお、枚葉式の気相成長装置によるエピ厚みの面内方向の傾向は、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布となる。
In order to improve the flatness in the vapor phase growth apparatus, the uniformity in the in-plane direction (hereinafter also referred to as “in-plane uniformity”) of the thickness of the epitaxial layer (hereinafter also referred to as “epi-thickness”) is improved. Is important. As a technique for improving the in-plane uniformity of epi-thickness in a single wafer type vapor phase growth apparatus that processes wafers one by one, the following
しかし、特許文献1に記載の気相成長装置によれば、特定のプロセス条件に対しては有効であるかもしれないが、種々変更されるプロセス条件の全てに対して有効な手段であるとは言えない。特に、1個のサセプタに複数枚のウェーハを載置して処理を行うバッチ式の気相成長装置においては、ウェーハのエピ厚の面内方向の傾向が不明確で、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布とはならないため、エピ厚の面内均一性を向上させることは、更に難しい。
However, according to the vapor phase growth apparatus described in
従って、本発明は、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性をより向上させることができるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an epitaxial wafer manufacturing method that can further improve the uniformity in the in-plane direction with respect to the thickness of the epitaxial layer.
(1)本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを収容するチャンバーと、該半導体ウェーハを載置可能に該チャンバーの内部に設置されるサセプタと、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを前記チャンバーの内部に供給するガス供給源と、該ガス供給源から供給される前記反応ガスを前記チャンバーの内部へ流出させる複数のガス流出口及び該ガス流出口を開閉する複数の開閉部材を有する整流部と、を備え、前記チャンバーに収容された前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成させる気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記サセプタに載置された前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置において前記エピタキシャル層の厚みを測定し、前記開閉部材それぞれの操作によって該開閉部材に対応する前記ガス流出口を開閉させ、前記開閉部材の操作に対応するウェーハ面内の前記エピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程と、前記半導体ウェーハに前記エピタキシャル層を形成させるエピタキシャル層形成工程と、前記エピタキシャル層形成工程により形成された前記エピタキシャル層について前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の前記測定位置において該エピタキシャル層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程と、前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて前記開閉部材を操作することにより、前記ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程と、と備えることを特徴とする。 (1) An epitaxial wafer manufacturing method of the present invention includes a chamber containing a semiconductor wafer, a susceptor installed inside the chamber so that the semiconductor wafer can be placed thereon, and a reaction gas containing at least a source gas or a carrier gas. A gas supply source for supplying gas into the chamber, a plurality of gas outlets for allowing the reaction gas supplied from the gas supply source to flow into the chamber, and a plurality of opening / closing members for opening and closing the gas outlets An epitaxial wafer manufacturing method using a vapor phase growth apparatus for forming an epitaxial layer on a main surface of the semiconductor wafer accommodated in the chamber, the rectifying unit having the rectifying unit, and the rectifier placed on the susceptor Measure the thickness of the epitaxial layer at multiple measurement positions arranged in the in-plane direction of the semiconductor wafer Then, the gas outlet corresponding to the opening / closing member is opened / closed by operating each of the opening / closing members, and the thickness of the epitaxial layer in the wafer surface corresponding to the operation of the opening / closing member is modeled. A model creating step for creating a model; an epitaxial layer forming step for forming the epitaxial layer on the semiconductor wafer; and a plurality of the epitaxial layers formed by the epitaxial layer forming step arranged in an in-plane direction of the semiconductor wafer. The actual thickness measuring step for measuring the actual epi-thickness in the wafer surface, which is the actual thickness of the epitaxial layer at the measurement position, and the opening / closing member are operated based on the epi-thickness epitaxy estimation model created in the model creating step. Variation in the actual epitaxial thickness in the wafer surface Characterized in that it comprises a wafer surface Naijitsu epitaxial thickness correcting step of correcting such a small, and.
(2)前記ウェーハ面内実エピ厚修正工程は、前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出するウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程と、前記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程により算出された前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて前記開閉部材による前記ガス流出口の開閉パターンを選択する開閉パターン選択工程と、前記開閉パターン選択工程により選択された前記ガス流出口の開閉パターンに基づいて前記開閉部材を操作する開閉部材操作工程と、を備えることが好ましい。 (2) The wafer surface actual epi thickness correction step is calculated by the wafer surface actual epi thickness correction amount calculation step for calculating the wafer surface actual epi thickness correction amount and the wafer surface actual epi thickness correction amount calculation step. Based on the opening / closing pattern selection step of selecting the opening / closing pattern of the gas outlet by the opening / closing member based on the correction amount of the actual epitaxial thickness in the wafer surface, and the opening / closing pattern of the gas outlet selected by the opening / closing pattern selection step And an opening / closing member operating step for operating the opening / closing member.
(3)前記整流部は、その内部空間が複数の空間に仕切られ、複数の前記ガス流出口が複数の該空間に対応して配置されており、該空間に導入された前記反応ガスが該空間に対応する該ガス流出口から流出するように構成されていることが好ましい。 (3) The rectifying unit has an internal space divided into a plurality of spaces, a plurality of the gas outlets arranged corresponding to the plurality of spaces, and the reaction gas introduced into the space is It is preferable to be configured to flow out from the gas outlet corresponding to the space.
(4)前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた前記実厚み測定工程において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正するウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程を更に備えることが好ましい。 (4) In-wafer surface epi-thickness estimation for correcting the wafer-in-plane epi-thickness estimation model created in the model creation step based on the wafer-in-plane actual epi thickness measured in the actual thickness measurement step that has already been performed. It is preferable to further include a model correction step.
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性をより向上させることができる。 According to the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, the uniformity in the in-plane direction with respect to the thickness of the epitaxial layer can be further improved.
以下、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について図面を参照にしながら説明する。まず、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様で使用される気相成長装置について説明する。 Hereinafter, an embodiment of a method for producing an epitaxial wafer of the present invention will be described with reference to the drawings. First, a vapor phase growth apparatus used in one embodiment of the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention will be described.
図1は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様に用いられる気相成長装置1を模式的に示す平面図である。図2は、図1に示す気相成長装置1における整流部2を拡大して示す平面図である。図3は、図2に示す整流部2をガス流出口22が形成された面側から見た側面図で、(A)は全てのガス流出口22が開いた状態を示す図、(B)は一部のガス流出口22が閉じた状態を示す図である。
FIG. 1 is a plan view schematically showing a vapor
本形態の気相成長装置1は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハWの主表面にエピタキシャル層を形成して(気相成長させて)、エピタキシャルウェーハを製造する装置である。この気相成長装置1は、図1〜図3に示すように、チャンバー12、サセプタ13、ガス供給源14、整流部2等を備える。そして、本形態の気相成長装置1によれば、ガス供給源14から導入される反応ガスGを、整流部2を介してチャンバー12の内部に供給することにより、チャンバー12に収容された半導体ウェーハWの主表面にエピタキシャル層を形成することができる。
The vapor
チャンバー12は、反応室、反応容器などとも呼ばれ、サセプタ13、エピタキシャル層が形成される半導体ウェーハWなどを収容する。
サセプタ13は、チャンバー12の内部に回転可能に設置されており、半導体ウェーハWを収容する凹部(図示せず)を複数有する。サセプタ13は、前記凹部に複数枚(例えば8枚)の半導体ウェーハWを載置することが可能に構成されている。サセプタ13の載置面には、複数枚の半導体ウェーハWがサセプタ13の回転方向に沿って、所定間隔を置いて配列して載置される。従って、サセプタ13を回転させることにより複数枚の半導体ウェーハWがサセプタ13の中心を回転中心として公転し、公転する複数枚の半導体ウェーハWの主表面に、それぞれエピタキシャル層が形成される。
The
The
ガス供給源14は、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを、整流部2を介してチャンバー12の内部に供給する。原料ガスとしては、例えばSiH4、SiCl4、SiHCl3、SiH2Cl2が挙げられる。キャリアガスとしては、例えばH2が挙げられる。原料ガス、キャリアガスなどからなる反応ガスは、混合ガスの状態で供給配管16及び整流部2を介してチャンバー2の内部に供給される。
The
整流部2は、チャンバー12の外部の上方に配設されており、供給配管16を通じて導入される反応ガスをチャンバー12の内部に供給する際に、反応ガスを整流してから半導体ウェーハWの上方空間に流出させる部位である。整流部2は、ガス供給源14から供給される反応ガスをチャンバー12の内部へ流出させる複数のガス流出口22と、ガス流出口22を開閉する複数の開閉部材23と、を備えている。
The
詳述すると、図2及び図3に示すように、整流部2は、その内部空間が複数の空間に仕切られている。整流部2には、複数(本形態では40個)のガス流出口22が設けられている。なお、図2及び図3においては、簡略化のため、40個のガス流出口22のうち20個のみを図示している。
複数個のガス流出口22は、整流部2において、高さ方向には同じ位置に配置しており、幅方向には等間隔で配列している。
More specifically, as shown in FIGS. 2 and 3, the rectifying
The plurality of
整流部2は、その内部空間を複数の空間(以下「分割空間」ともいう)26に仕切る仕切り部材25を備えている。本形態においては、5個の仕切り部材25が設けられており、従って、整流部2の内部空間には、6個の分割空間26が形成される。
複数のガス流出口22は、複数の分割空間26に対応して配置されている。本形態においては、40個のガス流出口22は、6個の分割空間26それぞれに対応して、一方の外壁24の側から6個、6個、8個、8個、6個及び6個ごとに配置される。
The rectifying
The plurality of
供給配管16は、分割空間26ごとに独立して反応ガスの供給量を調節できるようになっている。従って、各分割空間26ごとに、その分割空間26に対応するガス流出口22からの反応ガスの総流量を変更することができる。
The
各分割空間26に導入された反応ガスは、各分割空間26に対応する各ガス流出口22から流出する。例えば、3個のガス流出口22を有する分割空間26において、3個のガス流出口22が完全に開いているときには、3個のガス流出口22から均等に反応ガスが流出する。2個のガス流出口22が完全に開いており、1個のガス流出口22が完全に閉じているときには、3個のガス流出口22が完全に開いているときよりも大きな流量で、2個のガス流出口22から均等に反応ガスが流出する。3個のガス流出口22が完全に閉じているときには、対応する分割空間26から反応ガスは流出しない。
The reaction gas introduced into each divided
開閉部材23は、各ガス流出口22に対応して設けられており、対応するガス流出口22を開閉する。図3(B)に示すように、開閉部材23が上方に位置するときには、対応するガス流出口22が開いた状態となる。一方、開閉部材23が下方に位置するときには、対応するガス流出口22が閉じた状態となる。
The opening / closing
開閉部材23は、ガス流出口22を完全に開くか、あるいは完全に閉じるかの択一的に開閉する構成を有していてもよい。また、開閉部材23は、ガス流出口22の開き度(開口度)を無段階で又は段階的に調整可能な構成(例えば、70%の開き度で開く)を有していてもよい。開閉部材23は、気相成長プロセスの途中でガス流出口22の開閉の調整(開き度の調整を含む)を行うことができる。
The opening / closing
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について、図4を参照しながら説明する。図4は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前述した気相成長装置1を用いてエピタキシャルウェーハを製造する方法である。
Next, one embodiment of the method for producing an epitaxial wafer of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of the method for producing an epitaxial wafer of the present invention. The manufacturing method of the epitaxial wafer of this embodiment is a method of manufacturing an epitaxial wafer using the vapor
図4に示すように、本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、下記工程S1〜S3、S10(S11〜S13)、S21及びS2’を備える。 As shown in FIG. 4, the epitaxial wafer manufacturing method of this embodiment includes the following steps S1 to S3, S10 (S11 to S13), S21 and S2 '.
(S1)モデル作成工程
開閉部材23それぞれの操作によって開閉部材23に対応するガス流出口22を開閉させ、ウェーハ面内のエピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成する。
(S1) Model Creation Step The
ここで、エピタキシャル層の厚みは、サセプタ13に載置された半導体ウェーハWの面内方向に配列する複数の測定位置において測定する。
Here, the thickness of the epitaxial layer is measured at a plurality of measurement positions arranged in the in-plane direction of the semiconductor wafer W placed on the
「面内方向に配列する複数の測定位置」とは、反応ガスGの流れ方向と同じ方向で、ウェーハWの中心を通る直線CL(図1参照)上の配列位置をいう。本形態の気相成長装置1のように、1個のサセプタ13に複数枚のウェーハWが載置される場合には、ウェーハWをサセプタ13上における最も反応ガスGの流れ方向の上流側に配置させた状態で、前記の配列位置を定める。
“A plurality of measurement positions arranged in the in-plane direction” refers to an arrangement position on a straight line CL (see FIG. 1) passing through the center of the wafer W in the same direction as the flow direction of the reaction gas G. When a plurality of wafers W are placed on one
ここで、エピタキシャル層の厚みは、反応ガスGの流れ方向と直交する方向において、サセプタ13の中心を基準として同じ軌跡を通ることから差異が生じにくい。したがって、反応ガスGの流れ方向と同じ方向(平行な方向)の測定位置においてエピタキシャル層の厚みを評価すれば、ウェーハWの全面においてエピタキシャル層の厚みの面内方向の均一性(面内均一性)を評価できる
Here, the thickness of the epitaxial layer is unlikely to vary because it passes through the same locus with respect to the center of the
本実施態様においては、測定位置P1〜P7は、整流部2における6個の分割空間26(T1〜T6)(図3(A)参照)の境界(外壁24又は仕切り部材25)に対応するエピタキシャル層の位置となる。エピタキシャル層の厚みは、例えば、FTIR法(フーリエ変換型赤外分光法)を用いて測定される。
In the present embodiment, the measurement positions P1 to P7 are epitaxial corresponding to the boundaries (the
(S2)エピタキシャル層形成工程
ガス供給源14から反応ガスGをチャンバー12の内部に供給することにより、チャンバー12に収容された半導体ウェーハWの主表面にエピタキシャル層を形成する。詳細には、反応ガスGは、ガス供給源14から供給配管16を介して整流部2における各分割空間26に導入され、整流部2において整流されてからチャンバー12の内部に供給される。
(S2) Epitaxial Layer Formation Step By supplying the reactive gas G from the
(S3)実厚み測定工程
エピタキシャル層形成工程S2により形成されたエピタキシャル層について半導体ウェーハWの面内方向に配列する複数の測定位置P1〜P7においてエピタキシャル層の実厚み(以下「ウェーハ面内実エピ厚」ともいう)を測定する。前述したように、バッチ式の気相成長装置1の場合には、ウェーハWをサセプタ13上における最も反応ガスGの流れ方向の上流側に配置させた状態で、エピタキシャル層の実厚み(ウェーハ面内実エピ厚)を測定する。ウェーハ面内実エピ厚は、例えば、FTIR法を用いて低比抵抗の半導体ウェーハの主表面上にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハにより測定される。
(S3) Actual thickness measurement step The epitaxial layer formed in the epitaxial layer formation step S2 is measured at the plurality of measurement positions P1 to P7 arranged in the in-plane direction of the semiconductor wafer W. Is also measured). As described above, in the case of the batch-type vapor
(S10)ウェーハ面内実エピ厚修正工程
モデル作成工程S1により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材23を操作することにより、実厚み測定工程S3により測定されるウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正する。
(S10) Actual in-wafer epi-epi thickness correction step By operating the opening / closing
ウェーハ面内実エピ厚修正工程S10は、チャンバー12の構成部材の洗浄を行った後のように気相成長プロセスの条件が大きく変化したと考えられる場合に、行うことが好ましい。
ウェーハ面内実エピ厚修正工程S10は、下記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程S11、開閉パターン選択工程S12及び開閉部材操作工程S13を備えている。
The wafer in-plane actual epitaxial thickness correction step S10 is preferably performed when it is considered that the conditions of the vapor phase growth process have changed greatly, such as after the components of the
The wafer in-plane actual epi thickness correction step S10 includes the following in-wafer in-plane actual epi thickness correction amount calculation step S11, open / close pattern selection step S12, and open / close member operation step S13.
(S11)ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程
ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように、ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出する。
(S11) In-wafer in-plane actual epi-thickness correction amount calculation step The in-wafer in-plane actual epi-thickness correction amount calculation step is calculated so that the variation in the in-wafer in-plane actual epi thickness is minimized.
(S12)開閉パターン選択工程
ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程S11により算出されたウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて、開閉部材23によるガス流出口22の開閉パターンを選択する。ガス流出口22の開閉パターンは、モデル作成工程S1により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて選択される。
(S12) Opening / Closing Pattern Selection Step Based on the correction amount of the wafer surface actual epi-thickness correction amount calculation step S11, the opening / closing pattern of the
(S13)開閉部材操作工程
開閉パターン選択工程S12により選択されたガス流出口22の開閉パターンに基づいて開閉部材23を操作する。開閉部材操作工程S13は、次のエピタキシャル層形成工程S2’の前に行われることになる。
開閉部材23は、ガス流出口22を完全に開くか、あるいは完全に閉じるかの択一的に開閉してもよい。また、開閉部材23は、ガス流出口22の開き度(開口度)を無段階で又は段階的に調整してもよい(例えば、70%の開き度で開く)。開閉部材23は、気相成長プロセスの途中でガス流出口22の開閉の調整(開き度の調整を含む)を行ってもよい。
開閉部材23の操作は、開閉パターン選択工程S12により選択されたガス流出口22の開閉パターンに連動させて機械的に行うこともでき、あるいは作業者の操作によって行うこともできる。
(S13) Opening / closing member operation step The opening / closing
The opening / closing
The operation of the opening / closing
(S21)ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程
モデル作成工程S1により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた実厚み測定工程S3において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正する。
(S21) Wafer In-plane Epi Thickness Estimation Model Correction Step The wafer in-plane epi thickness estimation model created in the model creation step S1 is based on the wafer in-plane epi thickness measured in the actual thickness measurement step S3 already performed. to correct.
(S2’)エピタキシャル層形成工程
ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程S21の後、次のエピタキシャル層形成工程S2’が行われる。エピタキシャル層形成工程S2’の前には、チャンバー12の構成部材の洗浄などのメンテナンス、気相成長プロセスの条件の変更(反応ガスの変更、雰囲気ガスの変更、半導体ウェーハWの直径の変更など)などを行うことができる。
(S2 ′) Epitaxial Layer Formation Step After the wafer in-plane epitaxial thickness estimation model correction step S21, the next epitaxial layer formation step S2 ′ is performed. Prior to the epitaxial layer forming step S2 ′, maintenance such as cleaning of the components of the
本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、以下の効果が奏される。
本実施態様においては、モデル作成工程S1により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材23を操作することにより、ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程S10を備えている。そのため、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性を向上させることができる。従って、平坦度が優れ、比抵抗についての面内方向の分布も優れたエピタキシャルウェーハが得られる。
According to the epitaxial wafer manufacturing method of the present embodiment, the following effects can be obtained.
In the present embodiment, the wafer surface that is corrected so that the variation in the actual epi-thickness in the wafer surface is minimized by operating the opening / closing
特に、図1に示すような、1個のサセプタ13に複数枚の半導体ウェーハWを載置して処理を行うバッチ式の気相成長装置1においては、ウェーハにおけるエピタキシャル層の厚みの面内方向の傾向が不明確で、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布とはならない。サセプタ13上におけるウェーハWの載置位置によって、エピタキシャル層の厚みの分布は、サセプタ13の回転中心に向かう方向とサセプタ13の回転方向(周方向)とで異なるためである。
これに対して、本実施態様によれば、ガス流出口22の開閉度とサセプタ13の回転中心に向かう方向のエピタキシャル層の厚み分布との関係により最適な条件を抽出できる工程を採用することで、サセプタ13の回転中心に向かう方向のエピタキシャル層の厚み分布を向上させることができる。従って、エピタキシャル層の厚みの面内均一性を向上させることができる。
In particular, in the batch type vapor
On the other hand, according to the present embodiment, by adopting a process that can extract the optimum condition based on the relationship between the degree of opening / closing of the
なお、エピタキシャルウェーハの平坦度を低下させる要因としては、基板としての半導体ウェーハ(シリコンウェーハなど)の厚みの不均一性や研磨精度の低さのように、基板に由来する原因と、気相成長プロセスに由来する要因とが挙げられる。しかし、実生産上、平坦度を低下させる要因は、気相成長プロセスに由来することが多く、従って、気相成長プロセスを改善することが、エピタキシャルウェーハの平坦度を向上させるために重要である。 Factors that reduce the flatness of the epitaxial wafer include causes derived from the substrate, such as non-uniformity in the thickness of a semiconductor wafer (such as a silicon wafer) and low polishing accuracy, and vapor phase growth. And factors derived from the process. However, in actual production, the factor that lowers the flatness is often derived from the vapor phase growth process. Therefore, it is important to improve the flatness of the epitaxial wafer to improve the vapor phase growth process. .
以上、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について説明したが、本発明は、前述した実施態様に制限されるものではない。
例えば、モデル作成工程S1におけるエピタキシャル層の厚みを測定する測定位置及び実厚み測定工程S3におけるエピタキシャル層の実厚み(ウェーハ面内実エピ厚)を測定する測定位置については、その位置、その数などは特に制限されない。
開閉部材操作工程S13は、エピタキシャル層形成工程S2の途中に行うこともできる。
Although one embodiment of the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment.
For example, the measurement position for measuring the thickness of the epitaxial layer in the model creation step S1 and the measurement position for measuring the actual thickness of the epitaxial layer (actual epi-thickness in the wafer surface) in the actual thickness measurement step S3 are as follows: There is no particular limitation.
The opening / closing member operating step S13 can also be performed during the epitaxial layer forming step S2.
気相成長装置1において、ガス流出口22、開閉部材23、仕切り部材25、分割空間26などの個数は、前記形態における個数に制限されない。
整流部2におけるガス流出口22が設けられた面は、サセプタ13の周方向に沿って湾曲していてもよい。整流部2には、整流板が設けられていてもよい。
気相成長装置は、バッチ式の装置に制限されず、枚葉式の装置でもよい。また、気相成長装置は、半導体ウェーハの主表面に対して側方から反応ガスを供給する形態の装置でもよい。半導体ウェーハは、シリコンウェーハに制限されない。
In the vapor
The surface of the rectifying
The vapor phase growth apparatus is not limited to a batch type apparatus, and may be a single wafer type apparatus. Further, the vapor phase growth apparatus may be an apparatus in which a reactive gas is supplied from the side with respect to the main surface of the semiconductor wafer. The semiconductor wafer is not limited to a silicon wafer.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.
気相成長装置として、前述の気相成長装置1を用いた。ガス流出口22及び開閉部材23の個数は40個である。
The vapor
まず、全て(40個)のガス流出口22を全開させた状態で、シリコンウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成した。各分割空間26ごとにガス流出口22から流出される反応ガスGの流量比を変える実験を行い、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布が最小となる、各分割空間における反応ガスの流量比を求めた。
First, an epitaxial layer was formed on the main surface of the silicon wafer with all (40)
次に、前述のように求めた流量比で、各分割空間26に位置するガス流出口22から反応ガスGを流出させた状態において、実験計画法に基づいて各開閉部材23によるガス流出口22の開閉操作を行うことにより、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を変化させた。この実験の結果を解析することにより、各開閉部材23によるガス流出口22の開閉パターンがエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布に与える影響を推定した。
Next, in a state in which the reaction gas G is caused to flow out from the
具体的には、各測定位置P1〜P7におけるエピタキシャル層の厚みを測定した。エピタキシャル層の厚みについて、全てのガス流出口22を全開させた状態において、ウェーハ面内のエピタキシャル層の厚みをモデル化し、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成した。
Specifically, the thickness of the epitaxial layer at each measurement position P1 to P7 was measured. Regarding the thickness of the epitaxial layer, the thickness of the epitaxial layer in the wafer surface was modeled in a state where all the
次に、作成したウェーハ面内エピ厚推定モデルを用いて、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を均一にさせるための開閉部材23によるガス流出口22の開閉パターンを逆算した。
開閉部材23によるガス流出口22の開閉パターンがエピタキシャル層の厚みに与える影響は、例えば以下のように求めることができる。
Next, the opening / closing pattern of the
The influence of the opening / closing pattern of the
図5には、40個のガス流出口22を有する整流部2について、40個のガス流出口22のうち、一方の端部(外壁24側)と中央部との間の20個のガス流出口22(つまり分割空間26(T1〜T3)に位置するガス流出口22)に、一方の端部側から[1]〜[20]と昇順で付番した例を示した。なお、ガス流出口22の開閉度は、整流部2の前記中央部(反応ガスGの流れの中央線)に対して対称であるとは限らず、非対称の場合もある。ガス流出口22の開閉度が非対称である場合に、エピタキシャル層の厚みの面内均一性が最適化される場合も多い。
In FIG. 5, about the rectification | straightening
下記〔表1〕には、開閉部材23により対応するガス流出口22を完全に閉じることにより、各測定位置P1〜P7におけるエピタキシャル層の厚みに与える影響の符号のみを示した。具体的には、「−(マイナス)」は、ガス流出口22を閉じることによりエピタキシャル層の厚みが小さくなることを意味し、「+(プラス)」は、ガス流出口22を閉じることによりエピタキシャル層の厚みが大きくなることを意味する。
In the following [Table 1], only the sign of the influence on the thickness of the epitaxial layer at each measurement position P1 to P7 by completely closing the corresponding
実施例の条件では、ガス流出口[2]を閉じることで、何れのエピタキシャル層の厚みもマイナス側に移行すること、及びガス流出口[15]を閉じることで、何れのエピタキシャル層の厚みもプラス側に移行するという結果が得られた。その他のガス流出口に関しては、一方向の傾向のみではなく、これら複数のガス流出口の開閉を適切に組み合わせることにより、何れのエピタキシャル層の厚みもそのウェーハ面内のばらつきが最小となるように調整される。 Under the conditions of the example, by closing the gas outlet [2], the thickness of any epitaxial layer is shifted to the negative side, and by closing the gas outlet [15], the thickness of any epitaxial layer is The result of shifting to the positive side was obtained. Regarding the other gas outlets, not only the tendency in one direction but also by appropriately combining the opening and closing of the plurality of gas outlets, the thickness of any epitaxial layer can be minimized within the wafer surface. Adjusted.
実際には、ウェーハ面内エピ厚推定モデルの数値データからデータベースを作成しており、このデータベースを用いることで、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を均一にさせる条件を抽出することができる。具体的には、6インチの半導体ウェーハを用いて、エピタキシャル層が30μmの厚みに成長したとき、全てのガス流出口22を全開にした状態で得られたエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布が2.84%である(図7参照)のに対し、ガス流出口22のうちの[2]、[3]及び[15]を閉じた状態で得られたエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布は1.20%である(図6参照)。
更に、開閉部材23によるガス流出口22の開閉パターンを固定した状態で、反応ガスの流量比を調整することにより、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を0.82%に向上させることができた。
Actually, a database is created from numerical data of the wafer in-plane epi-thickness estimation model, and by using this database, it is possible to extract conditions that make the in-plane distribution of the epitaxial layer thickness uniform. it can. Specifically, when an epitaxial layer is grown to a thickness of 30 μm using a 6-inch semiconductor wafer, the thickness of the epitaxial layer obtained with all the
Further, the distribution in the in-plane direction with respect to the thickness of the epitaxial layer is improved to 0.82% by adjusting the flow rate ratio of the reaction gas in a state where the opening / closing pattern of the
1 気相成長装置
2 整流部
12 チャンバー
13 サセプタ
14 ガス供給源
22 ガス流出口
23 開閉部材
25 仕切部材
26 分割空間(空間)
S1 モデル作成工程
S2,S2’ エピタキシャル層形成工程
S3 実厚み測定工程
S10 ウェーハ面内実エピ厚修正工程
S11 ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程
S12 開閉パターン選択工程
S13 開閉部材操作工程
S21 ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程
W 半導体ウェーハ
DESCRIPTION OF
S1 Model creation step S2, S2 'Epitaxial layer formation step S3 Actual thickness measurement step S10 Wafer surface actual epi thickness correction step S11 Wafer surface actual epi thickness correction amount calculation step S12 Open / close pattern selection step S13 Open / close member operation step S21 Wafer surface epi Thickness estimation model correction process W Semiconductor wafer
Claims (1)
前記サセプタに該サセプタの回転方向に沿って所定間隔を置いて配列して載置された前記半導体ウェーハの前記サセプタの回転中心に向かう方向で且つ前記半導体ウェーハの中心を通る直線上に配列する複数の測定位置において、前記開閉部材の操作によって全ての前記ガス流出口を全開させ、ウェーハ面内の前記エピタキシャル層の厚みを測定し、さらに、全ての前記ガス流出口を全開させた状態から前記開閉部材を操作して前記ガス流出口のうちの一つのみを閉じてエピタキシャル層の厚みに与える影響を求めることを、複数の前記ガス流出口に対して行うことによりモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程と、
前記半導体ウェーハに前記エピタキシャル層を形成させるエピタキシャル層形成工程と、
前記エピタキシャル層形成工程により形成された前記エピタキシャル層について前記複数の測定位置において該エピタキシャル層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程と、
前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて前記開閉部材を操作することにより、該開閉部材に対応する前記ガス流出口を開閉させて、前記ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程と、
前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた前記実厚み測定工程において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正するウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程と、を備え、
前記ウェーハ面内実エピ厚修正工程は、
前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出するウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程と、
前記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程により算出された前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて前記開閉部材による前記ガス流出口の開閉パターンを選択する開閉パターン選択工程と、
前記開閉パターン選択工程により選択された前記ガス流出口の開閉パターンに基づいて前記開閉部材を操作する開閉部材操作工程と、
を備え、
前記整流部は、その内部空間が複数の空間に仕切られ、複数の前記ガス流出口が複数の該空間に対応して配置されており、該空間に導入された前記反応ガスが該空間に対応する該ガス流出口から流出するように構成されていることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。 A gas supply for supplying a reaction gas containing at least a source gas or a carrier gas into the chamber, a chamber containing the semiconductor wafer, a susceptor installed inside the chamber so that a plurality of the semiconductor wafers can be placed And a rectifying unit having a plurality of gas outlets for allowing the reaction gas supplied from the gas supply source to flow into the chamber, and a plurality of opening and closing members for opening and closing the gas outlets. An epitaxial wafer manufacturing method using a vapor phase growth apparatus for forming an epitaxial layer on the main surface of the semiconductor wafer accommodated in the semiconductor wafer,
A plurality of semiconductor wafers arranged on the susceptor at a predetermined interval along the rotation direction of the susceptor and arranged in a direction toward the rotation center of the susceptor and on a straight line passing through the center of the semiconductor wafer. In the measurement position, all the gas outlets are fully opened by operating the opening / closing member, the thickness of the epitaxial layer in the wafer surface is measured, and further, the gas outlets are opened from the state where all the gas outlets are fully opened. By operating the member and closing only one of the gas outlets to determine the effect on the thickness of the epitaxial layer, modeling is performed on the plurality of gas outlets, and the wafer in-plane epitaxy is determined. A model creation process for creating a thickness estimation model;
An epitaxial layer forming step of forming the epitaxial layer on the semiconductor wafer;
An actual thickness measuring step of measuring an actual epi-thickness in a wafer surface that is an actual thickness of the epitaxial layer at the plurality of measurement positions with respect to the epitaxial layer formed by the epitaxial layer forming step;
By operating the opening / closing member based on the wafer surface epi-thickness estimation model created by the model creation step, the gas outlet corresponding to the opening / closing member is opened and closed, and the wafer surface actual epi-thickness In-wafer in-plane actual epi-thickness correction process for correction so as to minimize the variation,
Wafer-plane epi-thickness estimation model correction step for correcting the wafer-plane epi-thickness estimation model created in the model creation step based on the wafer-plane actual epi-thickness measured in the actual thickness measurement step that has already been performed And comprising
The wafer surface actual epi thickness correction step is
A wafer surface actual epi thickness correction amount calculating step for calculating the wafer surface actual epi thickness correction amount; and
An opening / closing pattern selection step of selecting an opening / closing pattern of the gas outlet by the opening / closing member based on the correction amount of the wafer surface actual epi thickness correction amount calculated by the wafer surface actual epi thickness correction amount calculation step;
An opening / closing member operating step for operating the opening / closing member based on the opening / closing pattern of the gas outlet selected by the opening / closing pattern selection step;
With
The rectifying unit has an internal space partitioned into a plurality of spaces, a plurality of the gas outlets arranged corresponding to the plurality of spaces, and the reaction gas introduced into the space corresponds to the space An epitaxial wafer manufacturing method characterized by being configured to flow out from the gas outlet.
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