DE112010003694T5

DE112010003694T5 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Epitaxialwafers

Info

Publication number: DE112010003694T5
Application number: DE112010003694T
Authority: DE
Inventors: Kenji Sakamoto; Masayuki Tsuji
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2010-09-10
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2030-09-11
Also published as: US20120174859A1; JP5472308B2; JPWO2011033752A1; DE112010003694B4; WO2011033752A1; US10640883B2

Abstract

Nach dem Entfernen von Abscheidungen auf eine Aufnahme in einem Epitaxiewachstumsofen durch ein Reinigungsrezept (Schritt S101) wird ein erster Epitaxialwafer durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf einem ersten Wafer, basierend auf einem Prozessrezept A hergestellt (Schritt S102). Anschließend wird ein Schritt des Herstellens eines Epitaxialwafers durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf einem Wafer, basierend auf einem Prozessrezept B umfassend zweite Steuerparameter, welche derart festgesetzt sind, dass der Epitaxialwafer näherungsweise das gleiche Schichtdickenprofil wie der erste Wafer ausweist (Schritt S103), eine Vielzahl von Malen wiederholt, um aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Epitaxialwafern herzustellen (Schritt S104). Das Reinigungsrezept, das Prozessrezept A und das Prozessrezept B, welches eine Vielzahl von Malen wiederholt wird, werden wiederholt ausgeführt (Schritt S105).

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 17. September 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-215461 und der am 12. August 2010 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-181047 , deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme einbezogen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum aufeinanderfolgenden Herstellen von Epitaxialwafern, bei welchen eine Epitaxiewachstumsschicht auf einer Oberfläche eines Halbleiterwafers unter Benutzung eines Epitaxiewachstumsofens zur Einzelwaferverarbeitung ausgebildet wird.
VERWANDTE TECHNIK
In den letzten Jahren wurden als Siliziumwafer für MOS-Bauelemente Expitaxialwafer benutzt, bei welchen ein Dotierstoff zu einer Oberfläche eines Siliziumwafers mit niedrigem Widerstand, welcher stark mit einem Dotierstoff dotiert wurde, hinzugefügt wird, wobei die Konzentration des der Oberfläche hinzugefügten Dotierstoffs niedriger ist als diejenige des Dotierstoffs des Wafers. Diese Epitaxialwafer bieten eine verbesserte Ausbeute für Gateoxidschichten von MOS-Bauelementen und weisen daneben exzellente Eigenschaften, wie verringerte parasitäre Kapazität, Verhinderung weicher Fehler, verbessertes Getterverhalten und dergleichen auf.
Bezüglich der Herstellung der oben erwähnten Epitaxialwafer wurde es schwierig, Siliziumwafer mit großem Durchmesser durch einen herkömmlich durchgeführten Batchproduktionsprozess zu erreichen, bei welchem eine Vielzahl von Siliziumwafer gleichzeitig einem Epitaxiewachstumsprozess unterworfen werden. Daher kam es dazu, dass Einzelwaferverarbeitungsepitaxiewachstumsvorrichtungen hauptsächlich benutzt wurden. In den letzten Jahren wurden Epitaxiewachstumsvorrichtungen für Wafer mit großem Durchmesser, welche in der Lage sind, ein Epitaxiewachstum auf Wafern mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr durchzuführen, entwickelt.
Bei einer Einzelwaferverarbeitungsepitaxiewachstumsvorrichtung wird ein auf einer Aufnahme in einem Epitaxiewachstumsofen angebrachter Wafer auf eine hohe Temperatur erhitzt und gleichzeitig rotiert, und ein reaktives Siliziumgas unter Benutzung von Wasserstoffträgern wird eingeführt, um eine dünne Siliziumschicht auf der Oberfläche des Wafers zu erzeugen. Als das bei dem Siliziumepitaxiewachstum benutzte reaktive Siliziumgas wird Monosilangas (SiH₄), Silanchloridgas (SiH₂Cl₂, SiHCl₃) oder dergleichen benutzt.
Auf der anderen Seite wird bei diesem Reaktionsprozess ein Produkt eines Materialgases wie amorphes Silizium oder ein Silanchloridpolymer auf einer Wandoberfläche, einer Aufnahme oder dergleichen in einem Epitaxiewachstumsofen angebracht und abgeschieden. Die Abscheidung, welche bei einem Epitaxiewachstumsprozess sich abgelöst hat, würde auf dem Wafer haften, um eine Verunreinigung darzustellen, welche in eine dünne Schicht des Wafers gemischt ist. Dies würde zu einer Verschlechterung der Qualität des Wafers führen. Daher wird, um die Abscheidung zwischen aufeinanderfolgenden Epitaxiewachstumsprozessen für Wafer zu entfernen, ein Reinigungsprozess durch vorgegebene Schritte durchgeführt, indem ein Reinigungsgas, wie ein Chlorwasserstoffgas oder Chlortriflouridgas in den Epitaxiewachstumsofen zugeführt wird (siehe beispielsweise Patentdokument 1 und Patentdokument 2).
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Patentdokument 1: JP 2004-289098 (A)
Patentdokument 2: JP 2008-277795 (A)

VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Wie bei den in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten Erfindungen wird, nachdem ein Epitaxiewachstumsprozess durchgeführt wird, das Innere eines Epitaxieofens gereinigt, um in dem Epitaxieofen abgeschiedene Silziumabscheidungen zu entfernen. Beispielsweise kann verhindert werden, dass die Qualität eines Epitaxialwafers durch die Abscheidungen, welche auf einem Deckenteil der Epitaxiewachstumsvorrichtung abgeschieden werden und herunterfallen, um an der Waferoberfläche zu haften, verschlechtert wird. Daher ist im Hinblick auf das Verhindern einer durch Abscheidungen verursachten Qualitätsverschlechterung ein Durchführen eines Reinigungsprozesses nach jedem Epitaxiewachstumsprozess die wünschenswerteste Betriebsart, dies führt jedoch zu einer niedrigen Betriebseffizienz und zu einer niedrigen Produktivität, was ein Problem darstellt.
Wenn die Abscheidungsmenge, welche mit dem Ansteigen der Anzahl von Epitaxiewachstumsprozessen ansteigt, einen bestimmten Grenzwert übersteigt, fallen die in dem Epitaxieofen abgeschiedenen Abscheidungen herunter, um an der Waferoberfläche zu haften, was zu einer Qualitätsverschlechterung führt. Daher ist es zudem vorteilhaft hinsichtlich eines Kostenaspekts, vorher die erlaubte Anzahl von Epitaxiewachstumsprozessen experimentell herauszufinden, welche kein Herunterfallen von Abscheidung verursacht, und dann das Innere des Ofens zu reinigen, nachdem diese vorgegebene Anzahl oder weniger an Epitaxiewachstumsprozessen durchgeführt wurde.
Die vorliegenden Erfinder führen jedoch Experimente durch, um herauszufinden, dass, wenn ein Prozessrezept, welches zur Herstellung eines gewünschten Epitaxialwafers festgesetzt ist, aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Malen nach dem Durchführen eines Rezepts zur Reinigung durchgeführt wird, der durch ein erstes Prozessrezept nach dem Reinigungsrezept hergestellte erste Epitaxialwafer sich von dem zweiten Epitaxialwafer und anderen anschließend hergestellten Epitaxialwafern hinsichtlich des Schichtdickenprofils der Epitaxieschicht an dem Waferrand unterscheidet.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern bereitzustellen, welches aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Malen eine Herstellung eines Epitaxialwafers durchführen kann, um Epitaxialwafer mit gleichbleibender Qualität nach einem Epitaxiewachstumsprozess und zwischen einem Reinigungsprozess und dem nächsten Reinigungsprozess zu erhalten. Eine andere Aufgabe ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern (Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung) unter Benutzung des Herstellungsverfahrens bereitzustellen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern unter Benutzung eines Einzelwaferverarbeitungsepitaxiewachstumsofens, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Schritte des Reinigens zum Entfernen von Abscheidungen einer Aufnahme in dem Epitaxiewachstumsofen, eine erste Waferverarbeitung zum Erhalten eines ersten Epitaxialwafers durch Anbringen eines ersten Wafers auf der Aufnahme und Wachsen einer Epitaxieschicht auf dem ersten Wafer basierend auf ersten Steuerparametern, und eine zweite Waferverarbeitung nach dem Transferieren des ersten Epitaxialwafers auf der Aufnahme zum Erhalten eines zweiten Epitaxialwafers durch Anbringen eines zweiten Wafers auf der Aufnahme und Wachsen einer Epitaxieschicht auf dem zweiten Wafer basierend auf zweiten Steuerparametern, welche derart gewählt sind, dass der zweite Epitaxialwafer näherungsweise das gleiche Schichtdickenprofil aufweist wie der erste Epitaxialwafer, umfasst.
Weiter ist es bevorzugt, dass eine Prozesssequenz des Durchführend des Reinigungsschrittes, anschließend einmaliges Durchführen des Schrittes der ersten Waferverarbeitung und anschließendes zwei- oder mehrmaliges Durchführen des Schrittes der zweiten Waferverarbeitung nach der ersten Waferverarbeitung wiederholt durchgeführt wird.
Bevorzugt unterscheiden sich die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter voneinander in mindestens einer von Prozessbedingungen einer Flussrate eines reaktiven Gases zum Wachsen der Epitaxieschicht, einer Prozesszeit und einer Flussrate eines Dotiergases.
Bevorzugter umfasst der Epitaxiewachstumsofen eine Schichtausbildungskammer, welche durch die Aufnahme im Wesentlichen in einen oberen Raum und in einen unteren Raum unterteilt ist, und die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter umfassen jeweils eine Flussrate des dem oberen Raum der Schichtausbildungskammer zugeführten reaktiven Gases und eine Flussrate eines dem unteren Raum der Schichtausbildungskammer zugeführten Inertgases.
Weiterhin ist die Flussrate des reaktiven Gases, welche in den zweiten Steuerparametern erhalten ist, bevorzugt niedriger als die Flussrate des reaktiven Gases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist. Die Flussrate des Inertgases, welche in den zweiten Steuerparametern enthalten ist, ist bevorzugt niedriger als die Flussrate des Inertgases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist.
Bevorzugt ist durch den Reinigungsschritt zumindest ein Oberflächenabschnitt der Aufnahme aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt.
Weiter ist es bevorzugt, dass das reaktive Gas Trichlorsilan (SiHCl₃) und das Inertgas Wasserstoffgas (H₂-Gas) ist.
Eine Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß der vorliegenden Erfindung zur Lösung der obigen Aufgabe ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern, welche einen Einzelwaferverarbeitungsepitaxiwachstumsofen aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, dass sie ein Speichermittel zum Speichern: eines Reinigungsrezeptes zum Entfernen von Abscheidungen auf einer Aufnahme in dem Epitaxiewachstumsofen, ein erstes Prozessrezept zum Erhalten eines ersten Epitaxialwafers durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf einem auf der Aufnahme angebrachten ersten Wafer basierend auf ersten Steuerparametern und ein zweites Prozessrezept zum Erhalten eines zweiten Epitaxialwafers mit einem Schichtdickenprofil näherungsweise gleich dem ersten Epitaxialwafer durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf dem auf der Aufnahme angebrachten zweiten Wafer basierend auf zweiten Steuerparametern, welche sich von den ersten Steuerparametern unterscheiden, und ein Steuermittel zum Auslesen der in dem Speichermittel gespeicherten Rezepte zum Steuern der Epitaxiewachstumsvorrichtung gemäß den ausgelesenen Rezepten, umfasst.
Es ist weiter bevorzugt, dass das Steuermittel eine Prozesssequenz des Durchführens des Reinigungsrezeptes, anschließenden einmaligen Durchführens des ersten Prozessrezeptes und anschließenden Durchführens des zweiten Prozessrezeptes eine Vielzahl von Malen nach dem Ausführen des ersten Prozessrezeptes wiederholt durchführt.
Bevorzugt unterscheiden sich die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter voneinander in zumindest einer Prozessbedingung einer Flussrate eines reaktiven Gases zum Wachsen der Epitaxieschicht, einer Prozesszeit und einer Flussrate eines Dotiergases.
Bevorzugter umfasst der Epitaxiewachstumsofen eine Schichtausbildungskammer, welche im Wesentlichen in einen oberen Raum und in einen unteren Raum durch die im Inneren befindliche Aufnahme unterteilt ist, und die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter umfassen jeweils eine Flussrate des in den oberen Raum der Schichtausbildungskammer zugeführten reaktiven Gases zum Wachen der Epitaxieschicht und eine Flussrate eines dem unteren Raum der Schichtausbildungskammer zugeführten Inertgases.
Weiterhin ist bevorzugt die Flussrate des reaktiven Gases, welche in den zweiten Steuerparametern enthalten ist, niedriger als die Flussrate des reaktiven Gases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist. Die Flussrate des Inertgases, welche in den zweiten Steuerparametern enthalten ist, ist niedriger als die Flussrate des Inertgases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass zumindest ein Oberflächenabschnitt der Aufnahme aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt ist, und eine Oberflächenschicht des Siliziumcarbids durch den Reinigungsschritt freigelegt wird.
EFFEKT DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst einen Schritt einer ersten Waferverarbeitung zum Erhalten eines ersten Epitaxialwafers durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf einen ersten Wafer nach einem Reinigungsprozess basierend auf ersten Steuerparametern und einen Schritt der zweiten Waferverarbeitung zum Erhalten eines zweiten Epitaxialwafers mit näherungsweise dem gleichen Schichtdickenprofil wie der erste Epitaxialwafer auf einem zweiten Wafer basierend auf zweiten Steuerparametern, welche sich den ersten Steuerparametern unterscheiden. Daher können Epitaxialwafer, welche eine gleichmäßigere Qualität aufweisen, aufeinanderfolgend eine Vielzahl von Malen zwischen einem Reinigungsprozess und dem nächsten Reinigungsprozess hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Epitaxiewachstumsofen zeigt, welcher eine Hauptkomponente einer Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist.
2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Steuersystem der Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung zeigt, welche den Epitaxiewachstumsofen in 1 steuert.
3 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Epitaxiewachstumsofen zeigt, welcher eine Hauptkomponente einer Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung ist.
5 ist ein Graph, welcher die Schichtdickenprofile von Epitaxieschichten für einen Fall zeigt, in welchen fünf Wafer durch den in 3 dargestellten Prozessablauf verarbeitet werden (Beispiel 1).
6 ist ein Prozessflussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Epitaxialwafern, in welchem eine Siliziumepitaxieschicht auf jeden von fünf Siliziumwafern durch das gleiche Prozessrezept ausgebildet wird.
7 ist ein Graph, welcher die Schichtdickenprofile von Epitaxieschichten in einem Fall zeigt, in welchen fünf Wafer durch den Prozessablauf der 6 verarbeitet werden (Vergleichsbeispiel 1).
8 ist ein Graph der Epitaxieschichtdickenprofile von Epitaxialwafern, welche durch den in 6 dargestellten Prozessablauf hergestellt wurden (Vergleichsbeispiel 2).
9 ist ein Graph der Epitaxieschichtdickenprofile für einen Fall, in welchem fünf Wafer durch den Prozessablauf der 3 verarbeitet werden, wobei die Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas) in zweiten Steuerparametern bezüglich erster Steuerparameter um eine vorgegebene Menge verringert ist, ohne dass die Flussrate von Inertgas (H₂-Gas) in einem unteren Raum einer Schichtausbildungskammer verändert wird (Beispiel 2-1).
10 ist ein Graph der Epitaxieschichtdickenprofile für einen Fall, in welchen fünf Wafer durch den Prozessablauf der 3 verarbeitet werden, wobei sowohl die Flussrate von reaktivem Gas (SiHCl₃-Gas) und Inertgas (H₂-Gas) in einem unteren Raum einer Schichtausbildungskammer in zweiten Steuerparametern jeweils bezüglich erster Steuerparameter um eine vorgegebene Menge verringert sind (Beispiel 2-2).
BESTE ART DIE ERFINDUNG AUSZUFÜHREN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden untenstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Ausführungsbeispiel 1)
1 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Epitaxiewachstumsofen zeigt, welche eine Hauptkomponente einer Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung ist.
Ein Epitaxiewachstumsofen 1 weist innenliegend eine Ausbildungskammer für Epitaxieschichten (im Folgenden als eine „Schichtausbildungskammer” bezeichnet) auf. Diese Schichtausbildungskammer 2 umfasst eine obere Kuppel 3, eine untere Kuppel 4 und ein Kuppelanschlussstück 5 zum Befestigen und Stützen dieser Kuppeln 3 und 4. Die obere Kuppel 3 und die untere Kuppel 4 sind aus einem transparenten Material wie Quarz gefertigt, und eine Halterung 10 und ein Siliziumwafer W, welcher auf der Halterung 10, welche später beschrieben wird, angebracht ist, werden mit einer Vielzahl von Halogenlampen 6, welche oberhalb und unterhalb des Epitaxiewachstumsofens angeordnet sind, erhitzt.
Der Epitaxiewachstumsofen 1 umfasst weiterhin die Aufnahme 10, welche die Schichtausbildungskammer 2 in einen oberen Raum 2a und in einen unteren Raum 2b unterteilt. Die Aufnahme 10 weist eine Scheibenform auf und wird durch Drehung einer Aufnahmedrehwelle 7 rotiert, wobei eine untere Oberfläche des äußeren Teils der Aufnahme 10 an einem Stützarm befestigt ist und mit diesem in Eingriff steht, welcher die Aufnahmedrehwelle 7 verbindet. Weiterhin sind insgesamt drei durchgehende Löcher alle 120 Grad um die Aufnahme 10 herum ausgebildet. Anhebungsstifte 9 zum Anheben und Absenken des Siliziumwafers W sind jeweils lose in eines der durchgehenden Löcher eingesetzt. Die Anhebungsstifte 9 werden durch Anhebungsarme 11 angehoben und gesenkt.
Bezüglich des Materials der Aufnahme 10 ist, solange die Oberfläche der Aufnahme aus SiC ausgebildet ist, um Verunreinigungskontaminierung zum Zeitpunkt der Ausbildung einer Epitaxieschicht zu verhindern, das beschichtete Material für die Aufnahme nicht in besonderer Weise eingeschränkt. Ein kohlenstoffbasiertes Material, dessen Oberfläche mit einer Siliziumcarbid(SiC)-Beschichtung beschichtet ist, wird allgemein verwendet, alternativ kann die gesamte Aufnahme 10 aus SiC ausgebildet sein.
Eine Gaszufuhröffnung 12 und eine Gasauslassöffnung 13 sind einander gegenüberliegend in Positionen in dem Koppelanschlussstück 5 angeordnet, wobei die Positionen näherungsweise in der gleichen Höhe liegen wie die obere Oberfläche der Aufnahme 10. Wenn eine Schicht ausgebildet wird, wird ein gemischtes Gas, in welchem ein reaktives Siliziumgas wie Trichlorsilan (SiHCl₃), verdünnt mit einem Trägergas aus Wasserstoffgas (H₂-Gas) oder dergleichen mit einer geringen Menge eines Dotierstoffs, wie Diboran (B₂H₆) gemischt wird, von der Gaszufuhröffnung 12 in die Schichtausbildungskammer 2 parallel mit der oberen Oberfläche des Siliziumwafers W (horizontal) zugeführt. Dieses zugeführte gemischte Gas geht über die Oberfläche des Siliziumwafers W hinweg, um eine Epitaxieschicht zu wachsen, und wird dann durch die Gasauslassöffnung 13 zum Äußeren der Schichtausbildungskammer 2 ausgelassen.
Auf der anderen Seite wird zur Zeit der Reinigung, wobei der Siliziumwafer W aus der Schichtausbildungskammer 2 durch einen später zu beschreibenden Wafertransfermechanismus transferiert wird, Reinigungsgas wie Chlorwasserstoff (HCl) von der Gaszufuhröffnung 12 in die Schichtausbildungskammer 2 gemäß einer spezifizierten Prozedur eingeführt und wird durch die Gasauslassöffnung ausgestoßen, wodurch Abscheidungen durch Trockenätzen von der Aufnahme entfernt wird.
2 ist ein Blockdiagramm, welches ein Steuersystem einer Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung 20 zum Steuern des Epitaxiewachstumsofens der 1 zeigt. Die Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung 20 weist einen Wafertransfermechanismus 21, einen Heizmechanismus 22, welcher eingerichtet ist, Halogenlampen 6 zu umfassen, und einen Gaszuführ-/Auslassmechanismus 23 auf. Der Wafertransfermechanismus 21 trägt einen Wafer von außerhalb auf die Aufnahme 10 in der Schichtausbildungskammer 2 des Epitaxiewachstumsofens 1 und exportiert einen verarbeiteten Wafer auf der Aufnahme 10 zu dem Äußeren der Schichtausbildungskammer 2. Weiterhin ist der Gaszuführ-/Auslassmechanismus 23 getrennt mit der Gaszuführöffnung 12 und der Gasauslassöffnung 13 verbunden, um ein Gas in die Schichtausbildungskammer 2 zuzuführen und aus ihr auszulassen, während Parameter wie Druck des Gases, Art des Gases, Flussrate des Gases und eine Menge von Dotierstoff in der Schichtausbildungskammer 2 gesteuert werden.
Weiter umfasst die Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung 20 eine Speichereinheit 24, welche ein Speichermittel ist, und eine Steuereinheit 25, welche ein Steuermittel ist. Die Speichereinheit 24 speichert ein Reinigungsrezept und ein Prozessrezept umfassend Prozessrezepte A und B, welche später zu beschreiben sind. In der Zwischenzeit steuert die Steuereinheit 25 den allgemeinen Prozess der Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung 20 umfassend den Epitaxiewachstumsofen 1 und führt einen Prozess gemäß einem Reinigungsrezept oder einem Prozessrezept A oder B, welche aus der Speichereinheit 24 ausgelesen sind, wie zutreffend durch eine Handlung eines Betreibers über ein Programm oder eine Schnittstelleneinheit 26 durch. Weiterhin ist die Steuereinheit 25 eingerichtet, in der Lage zu sein, jeden Wafer mit einem anderen Prozessrezept zu verarbeiten. Die Speichereinheit 24 und die Steuereinheit 25 können durch von dem Epitaxiewachstumsofen getrennte Hardware realisiert sein. Beispielsweise kann die Speichereinheit 24 in einem Datenbanksystem bereitgestellt sein.
Es ist zu bemerken, dass bei der vorliegenden Erfindung ein Prozessprogramm für eine Vorrichtung, welche sich auf eine Prozesssequenz und auf Steuerparameter (Steuerzielwerte, wie Temperatur, Druck, Art des Gases und Gasflussrate, und Zeit) bezieht, um einen Epitaxialwafer zu erzeugen, als ein Prozessrezept bezeichnet wird. Weiter wird ein Prozessprogramm, welches sich auf eine Prozesssequenz und Steuerparameter zum Reinigen des Epitaxiewachstumsofens und einer Auslassleitung bezieht, als Reinigungsrezept bezeichnet.
Im Allgemeinen wird ein Produkt eines Epitaxialwafers durch eine Art von Prozessrezept erzeugt. Gemäß den Studien des vorliegenden Anmelders variieren jedoch aufeinanderfolgend hergestellte Epitaxialwafer hinsichtlich der Qualität, und die Ursache ist der Unterschied zwischen dem Schichtdickenprofil eines äußeren Teils eines Epitaxialwafers, welcher durch ein erstes Prozessrezept nach einem Reinigungsrezept hergestellt wird, und denjenigen eines zweiten Wafers und anschließend hergestellter Wafer, wobei das gleiche Prozessrezept verwendet wird.
Im Hinblick darauf wird bei diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem ersten Prozessrezept (Prozessrezept A) für einen ersten Wafer nach einem Reinigungsrezept, welcher ein erster Epitaxialwafer ist, ein zweites Prozessrezept (Prozessrezept B) entsprechend der Herstellung eines zweiten Wafers, welcher ein zweiter Epitaxialwafer ist, und von anschließend produzierten Wafern zusätzlich vorbereitet. Der zweite und die anschließenden Wafer können Epitaxieschichten aufweisen, welche das gleiche Schichtdickenprofil durch das gleiche Prozessrezept aufweisen. Daher wird das einzige Prozessrezept B benutzt. Während das Prozessrezept A erste Steuerparameter umfasst, umfasst hier das Prozessrezept B zweite Steuerparameter.
Ein Epitaxiewachstum gemäß dem Prozessrezept B kann durch Einstellen der Flussrate des reaktiven Gases, beispielsweise SiHCl₃-Gas, Wachstumszeit des Epitaxiewachstums und der Flussrate eines Dotiergases in dem Prozessrezept B derart, dass das Schichtdickenprofil an dem Waferrand näherungsweise das gleiche ist wie das Schichtdickenprofil an dem Waferrand des ersten Epitaxialwafers, welcher durch Verarbeitung eines ersten Wafers gemäß dem Prozessrezept A hergestellt wird, erreicht werden. Bei dieser Gelegenheit sind andere Bedingungen als die des obigen Parameters die gleichen, wie die Bedingungen des Prozessrezeptes A. Es ist zu bemerken, dass ein Fall, bei dem die Schichtdickenprofile an dem Waferrand näherungsweise die gleichen sind, einen Fall bedeutet, bei dem beim Vergleichen des Unterschiedes der Schichtdicke an dem Rand zwischen dem ersten Wafer und dem zweiten und folgenden Wafern die Schichtdickendifferenz kleiner ist als die Schichtdickendifferenz zwischen einer Vielzahl von Wafern, welche epitaktisch durch ein und dasselbe Prozessrezept A gewachsen werden. Beispielsweise entspricht der Fall, wenn ein Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm benutzt wird, einem Fall, bei dem die Schichtdickendifferenz an dem Rand 5 nm oder kleiner ist. Es ist zu bemerken, dass die Schichtdickendifferenz an dem Rand als ROA2-Differenz, welche später zu beschreiben ist, definiert ist.
Gemäß einem Experiment durch die vorliegenden Erfinder unter Benutzung von SiHCl₃-Gas als reaktives Gas wurde herausgefunden, dass die Parameter des obigen Prozessrezeptes B generell durch die folgenden Ausdrücke gegeben sind: SiHCl₃-Flussrate = SiHCl₃-Flussrate für den ersten Wafer – a (1) Epitaxiewachstumszeit = Median der Epitaxieschichtdicke/Epitaxiewachstumsrate des zweiten Wafers (2) Dotiergasflussrate = Dotiergasflussrate für den ersten Wafer – [b × (Epitaxiewachstumsrate des ersten Wafers – Epitaxiewachstumsrate für den zweiten Wafer) + c] (3) wobei a, b und c Konstanten sind, welche abhängig von den Attributen der Epitaxiewachstumsvorrichtung, des Wafers und dergleichen variieren. Weiterhin kann sowohl die Epitaxiewachstumsrate des ersten Wafers als auch die Epitaxiewachstumsrate des zweiten Wafers durch die Epitaxieschichtdicke geteilt durch die Wachstumszeit bestimmt werden. Der Median der Epitaxieschichtdicken bedeutet einen Median in dem Bereich von Epitaxieschichtdicken, welche in einer Spezifizierung für ein Epitaxialwaferprodukt gefordert sind, was die Zielepitaxieschichtdicke ist. Die Epitaxieschichtdicke wurde unter Benutzung eines Fouriertransformationsinfrarotspektrometers (QS3300, hergestellt durch Nanometrics Incorporated), gemessen, das Verfahren zum Messen der Epitaxieschichtdicke ist jedoch nicht hierauf begrenzt.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm in 3 ein Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.
Wenn die Herstellung eines Epitaxialwafers gestartet wird, initiiert die Steuereinheit 25 einen Prozess gemäß den Prozessdetails, welche von der Speichereinheit 24 erhalten werden. Als erstes wird unter der Steuerung der Steuereinheit 25 ein Reinigungsschritt für die Aufnahme 10 in der Schichtausbildungskammer 2, basierend auf einem Reinigungsrezept durchgeführt (Schritt S101). Es ist zu bemerken, dass, wenn das Innere der Schichtausbildungskammer 2 bereits gereinigt ist, dieser Schritt nicht durchgeführt werden muss.
Als nächstes führt die Steuereinheit 25 ein Prozessrezept A als einen Schritt der ersten Waferverarbeitung durch (Schritt S102). In dem Prozessrezept A wird ein polierter Wafer in die Schichtausbildungskammer 2 transferiert, um auf der Aufnahme 10 durch den Wafertransfermechanismus 21 angebracht zu werden. Dann wird ein Epitaxiewachstum mit einer Prozesssequenz und Steuerparametern, welche durch das Prozessrezept A spezifiziert sind, durchgeführt, um einen ersten Epitaxialwafer gemäß der geforderten Spezifizierung herzustellen, und der erste Epitaxialwafer wird aus der Schichtausbildungskammer 2 durch den Wafertransfermechanismus 21 exportiert.
Als nächstes führt die Steuereinheit 25 ein Prozessrezept B als einen Schritt der zweiten Waferverarbeitung (Schritt S103) durch. Wie in dem Fall des Schrittes S102 ist ein polierter Wafer auf der Aufnahme 10 angebracht. In dem Prozessrezept B sind wie oben beschrieben, die Flussrate des reaktiven Gases (beispielsweise SiHCl₃-Gas), die Wachstumszeit des Epitaxiewachstums und die Flussrate des Dotiergases derart festgelegt, um ein Schichtdickenprofil an dem Rand zu erreichen, welches äquivalent zu demjenigen des ersten Epitaxialwafers ist, welcher durch das Prozessrezept A hergestellt ist. Somit wird ein Epitaxialwafer mit näherungsweise dem gleichen Schichtdickenprofil wie der erste Wafer hergestellt und exportiert.
Danach wiederholt eine Epitaxiewachstumsvorrichtung 1 das Prozessrezept B vier Mal unter der Steuerung der Steuereinheit 25 (Schritt 104), um insgesamt fünf Epitaxialwafer mit näherungsweise dem gleichen Schichtdickenprofil herzustellen. Danach führt die Epitaxiewachstumsvorrichtung 1 wiederholt den Reinigungsprozess und die Herstellung von fünf Epitaxialwafern durch die Prozessrezepte A und B (Schritte S101–S104) aus, bis sie einen Beendigungsbefehl durch ein Programm oder einen Bediener (Schritt S105) erhält. Es ist bemerken, dass die Wiederholungsanzahl der Waferherstellung durch das Prozessrezept B nicht auf vier Mal beschränkt ist und beliebig festgesetzt werden kann, solange es nicht die Waferqualität verschlechtert.
Wie oben beschrieben, werden gemäß des Ausführungsbeispiels 1 Abscheidungen auf einer Aufnahme in einem Epitaxiewachstumsofen unter Benutzung eines Reinigungsrezepts entfernt, und dann wird ein erster Wafer durch ein Prozessrezept A hergestellt. Weiter werden Wafer durch das Prozessrezept B hergestellt, in welchem die Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas), welches dem oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 zugeführt wird, derart festgesetzt ist, um einen zweiten und folgende Wafer mit näherungsweise dem gleichen Schichtdickenprofil an dem Waferrand wie der erste Wafer zu erzeugen. Somit können Epitaxialwafer mit geringerer Variation hinsichtlich der Qualität aufeinanderfolgend hergestellt werden. Daher kann die Produktivität der Epitaxialwafer verbessert werden. In der Tat kann in einem Fall, in welchem fünf Epitaxialwafer, wie oben beschrieben, aufeinanderfolgend hergestellt werden, die Produktivität um etwa 25% verbessert werden.
(Ausführungsbeispiel 2)
Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass, wenn Epitaxiwachstumsprozesse unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden (Gasflussrate, Wachstumszeit, Flussrate von Dotiergas und dergleichen), unabhängig von der Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃), welches für den ersten Waferepitaxiewachstumsprozess benutzt wird, die Differenz der Schichtdicke an dem Rand zwischen dem ersten Wafer und dem zweiten und den folgenden Wafern im Wesentlichen konstant wird. Daher können die Prozessbedingungen der Epitaxiewachstumsprozesse für den zweiten und nachfolgende Wafer, welche benötigt werden, die Schichtdickendifferenz zu beseitigen, erhalten werden, indem die Flussraten des reaktiven Gases (SiHCl₃), welches in den oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 geladen wird, und des Inertgases (H₂-Gas), welches in den unteren Raum 2B der Schichtausbildungskammer 2 geladen wird, angepasst werden.
Insbesondere werden, verglichen mit den Prozessbedingungen für den ersten Wafer, die Flussraten des reaktiven Gases und des Inertgases jeweils entsprechend den Bedingungen um eine vorgegebene Menge verringert. Weiterhin wird bei der Gelegenheit die Epitaxiewachstumszeit derart bestimmt, dass eine Zielschichtdicke gemäß der Flussrate des reaktiven Gases erreicht wird, und die Flussrate des Dotiergases wird bestimmt, um einen Zielwert des elektrischen Widerstandes zu erreichen. Eine Verringerung der Flussrate des Inertgases (H₂-Gas), welches in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 geladen wird, vergrößert die Schichtdicke der Epitaxieschicht. Es wird angenommen, dass das so ist, weil die Druckbalance zwischen dem oberen Raum 2a und dem unteren Raum 2b in der Schichtausbildungskammer geändert wird, um die Strömung des reaktiven Gases an dem Waferrand zu verändern, was zu dem Effekt des Vergrößerns der Schichtdicke führt. Dieses Verfahren wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.
4 ist eine Querschnittsansicht, welche schematisch einen Epitaxiewachstumsofen zeigt, welcher eine Hauptkomponente einer Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der in dem Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Epitaxialwaferherstellungsverfahren die Flussrate des Inertgases (H₂-Gas), welches in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 geladen wird, ebenso angepasst wird.
Daher ist unter der Gaszuführöffnung 12 in dem Kuppelanschlussstück 5 der Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung 20 eine weitere Gaszufuhröffnung 14 zum Zuführen von Inertgas wie Wasserstoffgas (H₂-Gas) in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 bereitgestellt. Die Gaszufuhröffnung 14 ist mit dem Gaszuführ-/Auslassmechanismus 23 gekoppelt, um die Zufuhr von Gas zu steuern. Weiterhin sind der äußere Teil der Aufnahme 10 und der innere Rand des Kuppelanschlussstücks 5 der Schichtausbildungskammer 2 durch einen kleinen Zwischenraum mit kreisförmiger Form entlang des äußeren Teils der Aufnahme 10 voneinander beabstandet. Dies bewirkt unausweichlich eine Differenz der Druckbalance zwischen dem oberen Raum 2a, welcher zwischen der oberen Kuppel 3 und der Aufnahme 10 bereitgestellt wird, und dem unteren Raum 2b, welcher zwischen der unteren Kuppel 4 und der Aufnahme 10 bereitgestellt ist. Abgesehen davon ist die Struktur die gleiche wie die Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung 20 des Ausführungsbeispiels 1.
Mit der obigen Struktur wird zu der Zeit der Schichtausbildung Inertgas mit einem Gasdruck geringfügig höher als des gemischten Gases des oberen Raums 2a der Schichtausbildungskammer 2 dem unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 zugeführt. Es wird bewirkt, dass dieses Inertgas in den oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 durch den durch den Zwischenraum zwischen dem Kuppelanschluss 5 und dem Rand der Aufnahme 10 erzeugten aufsteigenden Strom strömt und aus der Gasauslassöffnung 13 mit dem gemischten Gas, welches von der Gaszuführöffnung 12 zugeführt wird, ausgestoßen wird. Dies hindert das gemischte Gas daran, in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 zu strömen.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben. Epitaxialwafer werden in dem Ausführungsbeispiel 2 ebenso basierend auf dem Flussdiagramm der 3 hergestellt.
Bei dem Ausführungsbeispiel 2 ist (sind) in dem Prozessrezept B (Schritt S103) die Flussrate(n) des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas) in den oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 und/oder des Inertgases (H₂-Gas) in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 um eine vorgegebene Menge entsprechend den Flussraten in dem Prozessrezept A verringert, so dass die Schichtdicke an dem Waferrand genau mit der Schichtdicke an dem Waferrand des ersten Wafers in dem Prozessrezept A übereinstimmt. Weiterhin werden die Epitaxiewachstumszeit und die Flussrate des Dotiergases in diesem Fall ebenso in Abhängigkeit von den Flussraten des reaktiven Gases und des Inertgases bestimmt. Die anderen Schritte sind die gleichen wie diejenigen im Ausführungsbeispiel 1, so dass die Erklärung weggelassen wird.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung zusätzlich zum Festsetzen der Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas), welches dem oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 zugeführt wird, die Flussrate des Inertgases (H₂-Gas), welches dem unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 zugeführt wird, derart festgelegt, dass der zweite und die folgenden Wafer näherungsweise das gleiche Schichtdickenprofil an dem Waferrand wie der erste Wafer aufweisen. Somit können Epitaxialwafer mit weiter verringerter Variation der Qualität aufeinanderfolgend hergestellt werden.
BEISPIELE
Als nächstes werden Beispiele der vorliegenden Erfindung unter Benutzung von Vergleichsbespielen beschrieben.
(Beispiel 1)
5 entspricht dem Ausführungsbeispiel 1 und ist ein Graph, welcher die Schichtdickenprofile von Epitaxieschichten, welche durch die Verarbeitung von fünf Wafern gemäß dem in 3 dargestellten Prozessflussdiagramm unter Benutzung der Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung, die in 1 gezeigt ist, erhalten wurden. Die Horizontalachse in diesem Graph zeigt den Abstand von dem Wafermittelpunkt zu der radialen Richtung, und die vertikale Achse zeigt die Differenz zwischen der Schichtdicke der Epitaxieschicht eines hergestellten Wafers und der gewünschten Schichtdicke normalisiert auf Null. Wie in dem Graph dargestellt wird, stimmen die Schichtdickenprofile an dem Waferrand des ersten Wafers nach dem Reinigen bis zu dem fünften Wafer gut überein. Es ist zu bemerken, dass die Schichtdicke jeder Epitaxieschicht unter Benutzung eines Fouriertransformationsinfrarotspektrometers gemessen wurde (QS3300, hergestellt durch Nanometrics Incorporated).
(Vergleichsbeispiel 1)
6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von Epitaxialwafern in einem Fall, in welchem fünf Wafer durch das gleiche Prozessrezept für Vergleichszwecke verarbeitet wurden. Wie in dieser 6 gezeigt, werden in dem Vergleichsbeispiel 1, nachdem die Aufnahme 10 durch ein Reinigungsrezept gereinigt wurde (Schritt S201), fünf Wafer aufeinanderfolgend durch das Prozessrezept A verarbeitet (Schritt 202) (Schritt S203). Danach werden die Schritte S201 bis S203 wiederholt durchgeführt (Schritt S204), bis ein Beendigungsbefehl von einem Programm oder einem Bediener empfangen wird.
7 ist ein Graph, welcher das Schichtdickenprofil jeder Epitaxieschicht zeigt, welche durch aufeinanderfolgendes Verarbeiten einer Vielzahl von Rezepten durch den in 6 dargestellten Prozessfluss unter Benutzung der in 1 dargestellten Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung erhalten wurden. Das Messverfahren und die Darstellung der vertikalen Achse, horizontalen Achse und dergleichen des Graphen sind die gleichen wie in 5. Verglichen mit dem in 5 gezeigten Beispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich das Schichtdickenprofil an dem Waferrand an dem ersten Wafers nach dem Reinigen stark von demjenigen der zweiten bis fünften Wafer. Daher variieren Epitaxialwafer gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 stark hinsichtlich der Qualität und ein derartiges Verfahren kann in der Praxis nicht genutzt werden.
Die Differenz des Schichtdickenprofils an dem Waferrand zwischen dem ersten Wafer und dem zweiten und den folgenden Wafern wird wegen der Temperaturdifferenz an dem Waferrand verursacht, welche wie folgt erzeugt wird. Silizium an dem äußeren Teil 10a der Aufnahme 10, welches weiter außerhalb des Waferrandes mit dem darauf angebrachten Wafer angeordnet ist, wird unmittelbar nach dem Reinigungsrezept entfernt, auf der anderen Seite ist nach dem ersten Epitaxiewachstumsprozess der äußere Teil 10a durch das zugeführte SiHCl₃-Gas mit Silizium beschichtet.
(Vergleichsbeispiel 2)
8 ist ein Graph, welcher Dickenprofile von Epitaxieschichten zeigt. Die Epitaxieschichten werden durch den in 6 dargestellten Prozessfluss unter Benutzung einer in 4 dargestellten Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung hergestellt. Die Dickenprofile wurden erhalten, indem die Differenz zwischen der Dicke eines Siliziumwafers mit einem Durchmesser von 300 mm vor dem Epitaxiewachstumsprozess, welcher in dem in 6 dargestellten Prozessfluss verwendet wurde, und die Dicke des Epitaxialwafers, welcher durch den in 6 dargestellten Prozessfluss hergestellt wurde, benutzt wurden, welche unter Benutzung einer Planheitmessvorrichtung vom Kapazitätstyp (Produktname: WaferSight, hergestellt durch KLA-Tencor Corporation) gemessen wurde. Dieser Graph entspricht nur dem Rand 140 mm bis 150 mm weg von dem Mittelpunkt des Wafers, und die horizontale Achse dieses Graphen zeigt den Abstand von dem Mittelpunkt des Wafers zu der radialen Richtung hin. Weiter stellt die vertikale Achse eine relative Dicke dar, welche durch eine Korrektur der Schichtdicke, welche aus der Differenz zwischen der Dicke vor und nach dem Epitaxialwaferwachstumsprozess unter Bezug auf einen Punkt auf einer geraden Linie erhalten durch ein Fitten mit dem Verfahren der kleinsten Quadrate des Abstands von 120 mm bis 135 mm von dem Mittelpunkt und der entsprechenden Schichtdicke, welche auf Null (z. B. auf eingeebnete Dicke) normiert wurde, erhalten wurde. In dem Graph entsprechen die durchgezogene Linie, die gestrichelte Linie und die gestrichpunktete Linie dem ersten, zweiten bzw. dem dritten bis fünften Epitaxialwafer. Die graphischen Formen des dritten bis fünften Wafers sind fast gleich, so dass sie mit einer Linie gezeigt sind.
8 zeigt, dass sich das Schichtdickenprofil an dem Waferrand des ersten Wafers nach dem Reinigen deutlich von denjenigen der zweiten bis fünften Wafer unterscheiden. Beispielsweise variieren die Schichtdicken des ersten Wafers und des zweiten und der folgenden Wafer stark in einem Abstand von 148 mm von dem Mittelpunkt der horizontalen Achse (bei einer Position 2 mm entfernt von dem Waferrand zum Mittelpunkt hin) in dem Graphen. Daher variieren die Epitaxialwafer gemäß diesem Vergleichsbeispiel 2 stark hinsichtlich der Qualität. Es ist zu bemerken, dass die obige Differenz der Schichtdicke an einer Position 2 mm entfernt von dem Waferrand zu dem Mittelpunkt hin als ROA2-Differenz bezeichnet wird.
(Beispiel 2-1)
9 ist ein Graph der Epitaxieschichtdickenprofile in einem Fall, in welchem fünf Wafer unter Benutzung einer in 4 dargestellten Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung durch den Prozessfluss der 3 verarbeitet werden, bei welchem die Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas) in den zweiten Steuerparametern bezüglich derjenigen der ersten Steuerparameter um eine vorgegebene Menge verringert wird, ohne dass die Flussrate von Inertgas (H₂-Gas) in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 verändert wird (Beispiel 2-1). Das Messverfahren und die Darstellungen der vertikalen Achse, horizontalen Achse und dergleichen des Graphen sind die gleichen wie in 8.
Hier, wenn 9 mit 8 verglichen wird, verglichen mit dem Fall, in welchem fünf Wafer mit dem gleichen Prozessrezept verarbeitet werden (8), werden in Beispiel 2-1 der 9 die zwei Prozessrezepte A und B benutzt, bei welchen die Flussraten jedes reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas) in den oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 unterschiedlich gemacht werden, so dass die Schichtdickenprofile des ersten Wafers nach dem Reinigen und des zweiten bis fünften Wafers näher beieinanderliegen können.
(Beispiel 2-2)
Auf der anderen Seite ist 10 ein Graph der Epitaxieschichtdickenprofile in einem Fall, in welchem fünf Wafer unter Benutzung einer in 4 dargestellten Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung durch den Prozessfluss der 3 verarbeitet werden, wobei sowohl die Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas) in den zweiten Steuerparametern als auch des Inertgases (H₂-Gas) in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 jeweils entsprechend um eine vorgegebene Menge verringert werden (Beispiel 2-2). Das Messverfahren und die Darstellung der vertikalen Achse, horizontalen Achse und dergleichen des Graphen sind die gleichen wie in 8 und 9. Die Flussrate des Inertgases (H₂) in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 wird um eine vorgegebene Menge verringert, und somit kann bewirkt werden, dass die Schichtdickenprofile an dem Rand des ersten Wafers und des zweiten bis fünften Wafers, wie in 10 dargestellt, zusammenfallen.

Tabelle 1 zeigt das Ergebnis des Messens der ROA2-Differenz zwischen dem ersten verarbeiteten Epitaxialwafer und dem zweiten verarbeiteten Epitaxialwafer nach einem Reinigungsrezept in fünf experimentellen Beispielen umfassend das obige Vergleichsbeispiel 2, die Beispiele 2-1 und 2-2 unter Benutzung der in 4 gezeigten Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung. Die Flussratendifferenz des reaktiven Gases in dem Graphen zeigt die Menge der Verringerung in der zweiten Flussrate bezüglich der ersten Flussrate des reaktiven Gases (SiHCl₃-Gas), welches in den oberen Raum 2a der Schichtausbildungskammer 2 geladen wird. Weiterhin zeigt die Flussratendifferenz des Inertgases die Größe der Verringerung der zweiten Flussrate bezüglich der ersten Flussrate des Inertgases (H₂-Gas), welches in den unteren Raum 2b der Schichtausbildungskammer 2 geladen wird. Zusätzlich ist slm (Standardliter pro Minute) eine Einheit der Flussrate, welche erhalten wird, indem die Flussrate bei 0°C bei einer Atmosphäre in Litern/Min. umgewandelt wird. Die experimentellen Beispiele 3 und 5 dieser experimentellen Beispiele entsprechen dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung. Tabelle 1

	Flussratendifferenz des reaktiven Gases [slm]	Flussratendifferenz des Inertgases [slm]	ROA2 Differenz [nm]
Experimentelles Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel 2)	0	0	11,7
Experimentelles Beispiel 2 (Beispiel 2-1)	2	0	3,2
Experimentelles Beispiel 3 (Beispiel 2-2)	2	5	0,9
Experimentelles Beispiel 4 (Beispiel 2-3)	1,5	0	4,8
Experimentelles Beispiel 5 (Beispiel 2-2)	1,5	5	1,6

In Tabelle 1 werden der erste Wafer und der zweite Wafer im experimentellen Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel 2) unter den gleichen Bedingungen verarbeitet. Die ROA2-Differenz, welche die Differenz der Schichtdicken der Epitaxieschichten anzeigt, war 11,7 nm. Dann wurde wie in dem experimentiellen Beispiel 2 (Beispiel 2-1) die Flussrate des reaktiven Gases bei dem Epitaxiewachstum des zweiten Wafers um eine vorgegebene Menge verringert (2 slm in Tabelle 1), somit kann die ROA2-Differenz auf 3,2 nm verringert werden. Weiter wird, wie in dem experimentiellen Beispiel 3 (Beispiel 2-2) die Flussrate des Inertgases um eine vorgegebene Menge (5 slm in Tabelle 1) verringert, somit kann die ROA-Differenz auf 0,9 nm verringert werden. Dementsprechend kann die Differenz der Flussrate des reaktiven Gases und die Differenz der Flussrate des Inertgases bestimmt werden, so dass die ROA2-Differenz Null nähert. Es ist zu bemerken, dass, wie früher erwähnt, die Differenz der Flussrate des reaktiven Gases und die Differenz der Flussrate des Inertgases nicht von der Flussrate des in dem ersten Epitaxiwachstums nach einem Reinigungsrezept benutzten Flussrate abhängt. Dementsprechend können die Flussrate des reaktiven Gases und die Flussrate des Inertgases in den Parametern des Prozessrezepts B basierend auf den Parametern des Prozessrezeptes A bestimmt werden.
Es ist zu bemerken, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsbeispiele begrenzt ist und viele Modifizierungen und Variationen möglich sind. Beispielsweise wurde SiHCl₃-Gas als reaktives Siliziumgas benutzt, es kann jedoch, ohne darauf beschränkt zu sein, ein anderes Gas, wie SiCl₄, SiH₂Cl₂ oder SiH₄ alternativ benutzt werden. Weiter kann das Gas zum Reinigen irgendein Gas sein, welches ein Produkt des Materialgases entfernen kann, wie ein amorphes Silizium oder ein Chlorsilanpolymer, welches an einer Wandoberfläche eines Epitaxiewachstumofens, auf einer Aufnahme, etc. anhaftet und abgeschieden wird. Bezüglich Reinheit und Entfernungseffizienz wird Chlorwasserstoff (HCl) wünschenswerterweise benutzt. Weiterhin wurde Diboran (B₂H₆) als Dotierstoff benutzt; ohne hierauf beschränkt zu sein, kann jedoch Phosphin (PH₃) oder dergleichen alternativ benutzt werden.
Weiterhin wurden fünf Wafer aufeinanderfolgend zwischen einer Reinigung und einer anderen Reinigung in den oben beschriebenen Beispielen hergestellt, die Anzahl von aufeinanderfolgenden hergestellten Wafern kann jedoch willkürlich festgesetzt werden, solange es nicht die Qualität der herzustellenden Epitaxialwafer verschlechtert. Die Qualitätsverschlechterung tritt hauptsächlich aufgrund von Siliziumabscheidungen auf, welche innerhalb des Epitaxiewachstumsofens präzipitieren. Daher ist es bevorzugt, dass die Anzahl von Epitaxialwafern, welche aufeinanderfolgend hergestellt werden kann, im Vornherein durch ein Experiment bestimmt wird, und eine Reinigung wird zumindest einmal bei der Verarbeitung der vorgegebenen Anzahl von Wafern durchgeführt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Gemäß der vorliegenden Erfindung können Epitaxialwafer, welche hinsichtlich der Qualität nicht variieren, aufeinanderfolgend hergestellt werden, und die Produktivität der Epitaxialwafer kann verbessert werden.
Bezugszeichenliste

1: Epitaxiewachstumsofen
2: Schichtausbildungskammer
3: obere Kuppel
4: untere Kuppel
5: Kuppelanschlussstück
6: Halogenlampen
7: Aufnahmedrehwelle
8: Trägerarm
9: Anhebungsstifte
10: Aufnahme
10a: äußerer Teil
11: Anhebungsarme
12: Gaszufuhröffnung
13: Gasauslassöffnung
14: Gaszuführöffnung
20: Epitaxialwaferherstellungsvorrichtung
21: Wafertransfermechanismus
22: Heizmechanismus
23: Gaszuführ-/Auslassmechanismus
24: Speichereinheit
25: Steuereinheit
26: Schnittstelleneinheit
W: Wafer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-215461 [0001]
JP 2010-181047 [0001]
JP 2004-289098 (A) [0007]
JP 2008-277795 (A) [0007]

Claims

Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern unter Benutzung eines Epitaxiwachstumsofens für Einzelwaferverarbeitung, umfassend folgende Schritte: ein Reinigen zum Entfernen von Abscheidungen auf einer Aufnahme in dem Epitaxiewachstumsofen, eine erste Waferverarbeitung zum Erhalten eines ersten Epitaxialwafers durch Anbringen eines ersten Wafers auf der Aufnahme und Wachsen einer Epitaxieschicht auf dem ersten Wafer basierend auf ersten Steuerparametern, und eine zweite Waferverarbeitung nach dem Transferieren des ersten Epitaxialwafers auf der Aufnahme zum Erhalten eines zweiten Epitaxialwafers durch Anbringen eines zweiten Wafers auf der Aufnahme und Wachsen einer Epitaxieschicht auf dem zweiten Wafer basierend auf zweiten Steuerparametern, welche derart festgesetzt sind, dass der zweite Epitaxialwafer näherungsweise das gleiche Schichtdickenprofil wie der erste Epitaxialwafer aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 1, wobei eine Prozesssequenz des Durchführens des Schrittes des Reinigens, anschließendes einmaliges Durchführen des Schrittes der ersten Waferverarbeitung und anschließendes zwei- oder mehrmaliges Durchführen des Schrittes der zweiten Waferverarbeitung nach der ersten Waferverarbeitung wiederholt ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter sich in zumindest einer Prozessbedingung einer Flussrate von reaktivem Gas zum Wachsen der Epitaxieschicht, Verarbeitungszeit und Flussrate von Dotiergas unterscheiden.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 3, wobei der Epitaxiewachstumsofen eine Schichtausbildungskammer, welche im Wesentlichen durch die Aufnahme in einen oberen Raum und in einen runderen Raum unterteilt ist, umfasst, und wobei die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter jeweils eine Flussrate des reaktiven Gases, welches dem oberen Raum der Schichtausbildungskammer zugeführt wird, und eine Flussrate des Inertgases, welches dem unteren Raum der Schichtausbildungskammer zugeführt wird, umfassen.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 4, wobei die Flussrate des reaktiven Gases, welche in dem zweiten Steuerparameter enthalten ist, niedriger ist als die Flussrate des reaktiven Gases, welches in den ersten Steuerparametern enthalten ist.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Flussrate des Inertgases, welche in den zweiten Steuerparametern enthalten ist, niedriger ist als die Flussrate des Inertgases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest ein Oberflächenabschnitt der Aufnahme durch den Reinigungsschritt aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt ist.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das reaktive Gas Trichlorsilan (SiHCl₃) ist.
Verfahren zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Inertgas Wasserstoffgas (H₂-Gas) ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern, umfassend: einen Epitaxiewachstumsofen für Einzelwaferverarbeitung, ein Speichermittel zum Speichern: eines Reinigungsrezeptes zum Entfernen von Abscheidungen auf einer Aufnahme in dem Epitaxiewachstumsofen, eines ersten Prozessrezepts zum Erhalten eines ersten Epitaxialwafers durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf einem ersten Wafer, welcher auf der Aufnahme angebracht ist, basierend auf ersten Steuerparametern und eines zweiten Prozessrezepts zum Erhalten eines zweiten Epitaxialwafers mit einem Schichtdickenprofil näherungsweise gleich dem ersten Epitaxialwafer durch Wachsen einer Epitaxieschicht auf dem zweiten Wafer, welcher auf der Aufnahme angebracht ist, basierend auf von den ersten Steuerparametern verschiedenen zweiten Steuerparametern, und ein Steuermittel zum Auslesen der in dem Speichermittel gespeicherten Rezepte, um die Epitaxiewachstumsvorrichtung gemäß den ausgelesenen Rezepten zu steuern.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 10, wobei das Steuermittel wiederholt eine Prozesssequenz des Durchführens des Reinigungsrezepts, anschließendes einmaliges Durchführen des ersten Prozessrezepts und aufeinanderfolgendes Durchführen des zweiten Prozessrezepts für eine Vielzahl von Malen, nachdem das erste Prozessrezept ausgeführt wird, durchführt.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter sich voneinader in mindestens einer Prozessbedingung einer Flussrate von reaktivem Gas zum Wachsen der Epitaxieschicht, Prozesszeit und einer Flussrate von Dotiergas unterscheiden.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 12, wobei der Epitaxiewachstumsofen eine Schichtausbildungskammer umfasst, wobei die Schichtausbildungskammer durch die innenliegende Aufnahme im Wesentlichen in einen oberen Raum und in einen unteren Raum unterteilt wird, und wobei die ersten Steuerparameter und die zweiten Steuerparameter jeweils eine Flussrate des dem oberen Raum der Schichtausbildungskammer zum Wachsen der Epitaxieschicht zugeführten reaktiven Gases und eine Flussrate des dem unteren Raum der Schichtausbildungskammer zugeführten Inertgases umfasst.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 13, wobei die Flussrate des reaktiven Gases, welche in den zweiten Steuerparametern enthalten ist, niedriger ist als die Flussrate des reaktiven Gases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei die Flussrate des Inertgases, welche in den zweiten Steuerparametern enthalten ist, niedriger ist als die Flussrate des Inertgases, welche in den ersten Steuerparametern enthalten ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Epitaxialwafern gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei zumindest ein Oberflächenabschnitt der Aufnahme aus Siliziumcarbid (SiC) gefertigt ist, und eine Oberflächenschicht des Siliziumcarbids durch das Reinigungsrezept freigelegt wird.