DE112015005650B4 - Verfahren zur herstellung epitaktischer wafer - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers, wobei das Verfahren das Aufwachsen einer epitaktischen Schicht auf einem Substrat umfasst, das auf einen Suszeptor (3) gesetzt ist, während das Substrat mit oberen und unteren Wärmequellen (9), die jeweils oberhalb und unterhalb des Suszeptors (3) angeordnet sind, erhitzt wird, in einem Zustand, in dem eine Oberseite (4b1) eines Hubstifts (4), der in ein Durchgangsloch (H) eingesetzt ist, das Öffnungen (H1a, H2a) an einer vorderen und hinteren Fläche des Suszeptors (3) aufweist, eine Höhendifferenz in Bezug auf die Öffnung (H1a) an der vorderen Flächenseite (3a) aufweist, wobei das Verfahren einen Einstellschritt zum Messen einer Höhendifferenz von der Öffnung (H1a) zur Oberseite (4b1) des Hubstifts (4) im oben genannten Zustand, und ein Einstellen eines Verhältnisses der Leistungen der oberen Wärmequelle (9), die oberhalb des Suszeptors (3) angeordnet ist, und unteren Wärmequelle (9), die unterhalb des Suszeptors (3) angeordnet ist, auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz umfasst, wobeiein angemessenes Paar von Höhendifferenz und Verhältnis der Leistungen, welches ein geeignetes Paar zum Ebnen einer Oberfläche der epitaktischen Schicht darstellt, vorher in einem vorbestimmten Bereich der Höhendifferenz in einem Zustand in dem sich die Oberseite (4b1) des Hubstifts (4) in das Durchgangsloch (H) zurückzieht, festgelegt wurde, im Einstellschritt, wenn die gemessene Höhendifferenz innerhalb des festgelegten Bereichs liegt, die Leistungen der Heizer an das Verhältnis angepasst werden, das ein angemessenes Paar mit der gemessenen Höhendifferenz darstellt, unddas angemessene Paar der gemessenen Höhendifferenz und das Verhältnis der Leistungen wie folgt festgelegt wird: je größer der Rückzug der Oberseite (4b1) des Hubstifts (4) mit Bezug auf den Durchgang (H1a) ist, umso größer ist das Verhältnis der Leistung der unteren Wärmequelle (9) zu der Summe der Leistungen der unteren und oberen Wärmequellen (9) .

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Ein Substrat für Wachstum, auf dem epitaktische Schichten während epitaktischen Wachstums aufwachsen, wird beispielsweise auf einen scheibenförmigen Suszeptor gesetzt. Der Suszeptor weist mehrere Durchgangslöcher auf, die ausgestaltet sind, die vorderen und hinteren Flächen davon zu durchdringen, und wie in JP 2000 - 26 192 A offenbart, ist beispielsweise ein Hubstift in jedes Durchgangsloch eingesetzt, und der Hubstift ist in Bezug auf den Suszeptor vertikal beweglich. Die Vertikalbewegung der mehreren Hubstifte, die in die jeweiligen Durchgangslöcher eingesetzt sind, ermöglicht die Übertragung eines Wafers zwischen den Hubstiften und dem Suszeptor.
  • Sobald ein Wafer, der über dem Suszeptor überführt wird, auf den Suszeptor gesetzt wird, werden die mehreren Hubstifte veranlasst, von den Durchgangslöchern nach oben vorzustehen und der Wafer wird derart aufgenommen, dass die hintere Fläche davon durch die Oberseiten der vorstehenden Hubstifte gestützt wird. Anschließend werden die Hubstifte, die den Wafer stützen, nach unten bewegt, um den Wafer auf den Suszeptor abzusenken, wobei der Wafer auf den Suszeptor gesetzt wird. Die Hubstifte, die den Wafer auf den Suszeptor gesetzt haben, werden außer Kraft gesetzt, so dass sich deren Oberseiten in die Durchgangslöcher zurückziehen, und deren obere Kanten von den Durchgangslöchern erfasst werden. Anschließend werden epitaktische Schichten auf dem Wafer, der auf den Suszeptor gesetzt ist, dampfphasengezüchtet.
  • Während des epitaktischen Wachstums wird der Wafer durch Wärmequellen, die oberhalb und unterhalb des Suszeptors angeordnet sind, erhitzt. Die Wärme, die den Wafer erhitzt, wird zudem an jeden Hubstift übertragen, von dem die obere Kante vom Durchgangsloch des Suszeptors erfasst ist, und während des epitaktischen Wachstums kommt es zu Wärmeableitung oder dergleichen vom Hubstift, was eine Temperaturdifferenz zwischen dem Bereich um den Hubstift und anderen Bereichen hervorruft. Daher kann es im Suszeptor und dem Wafer während des epitaktischen Wachstums zu einer lokalen Temperaturdifferenz kommen, abhängig davon, ob sich der Bereich nahe dem Hubstift befindet oder nicht. Wenn das epitaktische Wachstum mit einer solchen Temperaturdifferenz fortfährt, wird die Ebenheit von jeder epitaktischen Schicht verschlechtert.
  • Deshalb wird die Temperaturdifferenz, die durch die Hubstifte verursacht wird, durch Einstellen des Ausgleichs der Leistungen der Wärmequellen, die oberhalb und unterhalb des Suszeptors angeordnet sind, unterdrückt, um dadurch die Oberfläche von jeder epitaktischen Schicht zu ebnen.
    JP 2000 - 323 556 A befasst sich mit der Vermeidung des Abfalls der Epitaxieschicht. Gemäß dieser Druckschrift wird ein Gerät verwendet, bei dem ein Hebestift einen Wafer von einem Suszeptor hochdrückt. Das Material des Stiftes weist eine Wärmeleitfähigkeit auf, die geringer als diejenige des Suszeptors ist. Zudem ist ein Kopfteil des Hebestiftes so geformt, dass er genau durch ein Durchgangsloch passt.
  • US 2011 / 0 114 014 A1 befasst sich mit einem Suszeptor mit einem vertieften Abschnitt und einem ringartigen Stufenabschnitt, der in einer Reaktionskammer angeordnet und in einer Bodenwand im vertieften Abschnitt mit Ausnahme des Stufenabschnitts sind mehrere Durchgangsbohrungen ausgebildet ist. Ein in jede der Durchgangsbohrungen eingesetzter Hebestift hält vorübergehend einen Wafer. Dann wird eine untere Oberfläche eines äußeren Umfangsabschnitts des Wafers auf dem Stufenabschnitt montiert, um den Wafer im vertieften Abschnitt aufzunehmen, und ein Rohmaterialgas wird die Reaktionskammer eingebracht, um eine Epitaxieschicht auf einer Waferoberfläche im vertieften Abschnitt zu bilden. Beim Ausbilden der Epitaxieschicht auf der Waferoberfläche ragt der Hebestift von einer oberen Fläche der Bodenwand nach oben vor, und eine Höhe h eines oberen Abschnitts des Hebestifts wird basierend auf der oberen Fläche der Bodenwand als Referenz auf den Bereich von einer Position, bei der die Höhe h 0 mm übersteigt, bis zu einer Position unmittelbar bevor der Hebestift mit dem Wafer in Kontakt kommt, eingestellt.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Die Temperaturdifferenz, die durch Wärmeableitung von den Hubstiften verursacht wird, ändert sich dennoch gemäß der Positionsbeziehung zwischen der Oberseite von jedem Hubstift, der in das entsprechende Durchgangsloch eingesetzt ist und einer oberen Öffnung des Durchgangsloches (einer Öffnung an der vorderen Flächenseite des Suszeptors). Das heißt, dass sich die Temperaturdifferenz gemäß einer Höhendifferenz ändert, die zwischen dem Hubstift und dem Suszeptor gebildet ist, sobald die Oberseite des Hubstifts, der in das Durchgangsloch eingesetzt ist, so ausgerichtet wird, dass sie sich in Bezug auf die obere Öffnung des Durchgangsloches zurückzieht oder vorsteht. Ferner ist die Höhendifferenz von den Endabmessungen des Suszeptors und des Hubstifts abhängig, und die Höhendifferenz ändert sich innerhalb eines Bereichs von Planungsfehlern der Endabmessungen des Suszeptors und des Hubstifts. Die Temperaturdifferenz, die durch den Hubstift verursacht wurde, ändert sich daher in Abhängigkeit von der Kombination des Suszeptors und Hubstifts, die für epitaktisches Wachstum verwendet werden, und der Leistungsausgleich der oberen und unteren Wärmequellen muss jedes Mal, wenn sich die Kombination ändert, eingestellt werden, was die Einstellung mühsam macht.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers bereitzustellen, welches das Einstellen von Leistungen von Wärmequellen während epitaktischen Wachstums ermöglicht.
  • LÖSUNGEN FÜR DIE PROBLEME UND WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers gemäß der Erfindung stellt ein Verfahren des Aufwachsens einer epitaktischen Schicht auf einem Substrat dar, das auf einen Suszeptor gesetzt ist, während das Substrat mit oberen und unteren Wärmequellen, die jeweils oberhalb und unterhalb des Suszeptors angeordnet sind, in einem Zustand erhitzt wird, in dem eine Oberseite eines Hubstifts, der in ein Durchgangsloch eingesetzt ist, das Öffnungen an einer vorderen und hinteren Fläche des Suszeptors aufweist, eine Höhendifferenz in Bezug auf die Öffnung an der vorderen Flächenseite aufweist. Das Verfahren umfasst einen Einstellschritt zum Messen einer Höhendifferenz von der Öffnung zur Oberseite des Hubstifts im oben genannten Zustand, und ein Einstellen von Leistungen der oberen und unteren Wärmequellen auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz.
  • Die Oberseite des Hubstifts, der in das Durchgangsloch eingesetzt ist, zieht sich in Bezug auf die Öffnung des Durchgangsloches (die Öffnung an der vorderen Fläche des Suszeptors) zurück oder steht hervor, wobei eine Höhendifferenz zwischen der Öffnung des Durchgangsloches und der Oberseite des Hubstifts entsteht. Die Höhendifferenz von der Öffnung an der Vorderseite des Suszeptors zur Oberseite des Hubstifts wird zu einem Faktor, der eine Änderung eines Wertes einer lokalen Temperaturdifferenz hervorruft, die im Wafer und dem Suszeptor um den Hubstift herum während epitaktischen Wachstums auftritt. In dieser Erfindung wird die Höhendifferenz, die ein solcher Faktor wird, gemessen, und die Leistungen der oberen und unteren Wärmequellen werden auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz eingestellt. Daher ist es durch die Annahme des Wertes einer Temperaturdifferenz, welche im Wafer und Suszeptor auftreten kann, auf der Grundlage der gemessenen Höhendifferenz möglich, das Einstellen der Leistungen der Wärmequellen durch Nutzung der gemessenen Höhendifferenz als einen Richtwert zu erleichtern. Im Fall, dass die Oberseite des Hubstifts bündig mit der Vorderseitenöffnung des Durchgangsloches ist, ist die Höhendifferenz Null. Dennoch wird in dieser Spezifikation der Zustand, in dem die Höhendifferenz Null ist, als ein „Zustand, in dem eine Höhendifferenz vorhanden ist“ angesehen, das heißt, dass der Zustand, in dem die Höhendifferenz Null ist, nicht ausgeschlossen wird.
  • Gemäß der Erfindung ist im Einstellschritt ein Verhältnis der Leistung der oberen Wärmequelle, die oberhalb des Suszeptors angeordnet ist, zur Leistung der unteren Wärmequelle, die unterhalb des Suszeptors angeordnet ist, einstellbar.
  • Ein geeignetes Paar aus der Höhendifferenz und dem Verhältnis der Leistungen, welches zum Ebnen der Oberfläche der epitaktischen Schicht geeignet ist, wurde vorher innerhalb eines festgelegten Bereichs der Höhendifferenz festgelegt. Im Einstellschritt werden, wenn die gemessene Höhendifferenz innerhalb des festgelegten Bereichs liegt, die Leistungen der Heizgeräte auf das Verhältnis eingestellt, das ein geeignetes Paar mit der gemessenen Höhendifferenz bildet.
  • Durch das Festlegen des geeigneten Verhältnisses (Verhältnis der Leistungen der oberen und unteren Wärmequellen) entsprechend der gemessenen Höhendifferenz im Voraus, wird die Zeit verkürzt, die für die Auswahl des Verhältnisses, das der gemessenen Höhendifferenz entspricht, benötigt wird, wobei das Einstellen der Leistungen der Wärmequellen während epitaktischen Wachstums erleichtert wird. Aufgrund dessen kann die Produktivität von epitaktischen Wafern verbessert werden.
  • Ferner können im Einstellschritt der Suszeptor und der Hubstift ersetzt werden, wenn die gemessene Höhendifferenz außerhalb des festgelegten Bereichs liegt. Dadurch ist es möglich, im Voraus einen Suszeptor und einen Hubstift auszuwählen, die eine angemessene Höhendifferenz gewährleisten, wenn die gemessene Höhendifferenz nicht zum Ebnen der Oberfläche des epitaktischen Wafers geeignet ist.
  • In der Ausführungsform der Erfindung kann ausgehend von der Annahme, dass die Summe der Leistungen der oberen und unteren Wärmequellen 100 % ergibt, das Verhältnis der Leistung der oberen Wärmequelle zur Leistung der unteren Wärmequelle innerhalb eines Bereichs von 55 %:45 % bis 40 %:60 % eingestellt werden.
  • Das Verhältnis der Leistungen der oberen und unteren Wärmequellen hat negativen Einfluss auf die Wachstumsgeschwindigkeit der epitaktischen Schichten während des Dampfphasenwachstums, die Nanotopologie an der hinteren Fläche des gefertigten epitaktischen Wafers, und die periphere Abscheidung an der hinteren Fläche des epitaktischen Wafers. Daher wird durch Einstellen der Leistungen der Wärmequellen innerhalb des vorgenannten Bereichs, das Verhältnis der Leistungen der Wärmequellen, die Wachstumsgeschwindigkeit epitaktischer Schichten usw. negativ zu beeinflussen, unterdrückt.
  • Wenn das Verhältnis der Leistungen, welches ein angemessenes Paar mit der gemessenen Höhendifferenz bildet, innerhalb des Bereichs von 55 %:45 % bis 40 %:60 % liegt, kann daher die Oberfläche der epitaktischen Schicht geebnet werden und nachteilige Auswirkungen auf die Wachstumsgeschwindigkeit der epitaktischen Schicht, etc. können unterdrückt werden.
  • In der Ausführungsform der Erfindung kann die Höhendifferenz durch die Nutzung eines Lasers im Einstellschritt gemessen werden. Die Nutzung des Lasers für die Messung ermöglicht eine äußerst genaue Messung des Höhenunterschieds.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1A ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung zeigt, die für die Erfindung genutzt wird.
    • 1B ist eine teilweise vergrößerte Darstellung eines Durchgangsloches, das in 1A gezeigt ist.
    • 1C ist eine teilweise vergrößerte Darstellung des Durchgangsloches, das in 1B gezeigt ist, in welches ein Hubstift eingesetzt ist.
    • 2A ist eine schematische Perspektivdarstellung der Messvorrichtung, die eine Höhendifferenz von einer Oberseite eines Hubstifts, der in einem Durchgangsloch hängt, zu einer Öffnung des Durchgangsloches (einer Öffnung an der Vorderseite eines Suszeptors) misst.
    • 2B ist eine schematische Seitenansicht der Messvorrichtung, die in 2A gezeigt ist.
    • 2C ist eine schematische Frontansicht der Messvorrichtung, die in 2A gezeigt ist.
    • 2D ist eine schematische Draufsicht der Messvorrichtung, die in 2A gezeigt ist.
    • 3 ist ein Graph, der ein Ergebnis der Messung einer Höhendifferenz von einer Oberseite eines Hubstifts, der in einem Durchgangsloch hängt, zu einer Öffnung des Durchgangsloches (einer Öffnung an der Vorderseite eines Suszeptors) durch Verwendung der Messvorrichtung, die in 2A gezeigt ist, zeigt.
    • 4 ist ein Graph, der ein Ergebnis einer Untersuchung einer optimalen Leistung einer Wärmequelle (untere Wärmequelle) während epitaktischen Wachstums in Bezug auf eine Höhendifferenz von einer Oberseite eines Hubstifts, der in einem Durchgangsloch hängt, zu einer Öffnung des Durchgangsloches (einer Öffnung an der Vorderseite eines Suszeptors) zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein Fertigungsverfahren dieser Erfindung umfasst: Messen der Positionsbeziehung zwischen einem Suszeptor und einem Hubstift einer Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung zum Aufwachsen epitaktischer Schichten auf einem Substrat für Wachstum; und Einstellen von Temperaturbedingungen während des epitaktischen Wachstums auf Grundlage des Messergebnisses. In folgender Beschreibung wird zunächst die Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung und anschließend eine Messvorrichtung zum Messen der Positionsbeziehung zwischen einem Suszeptor und einem Hubstift beschrieben.
  • 1A zeigt ein Beispiel einer Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 zur Verarbeitung einzelner Wafer, die im Herstellungsverfahren der Erfindung genutzt wird. Epitaktische Schichten werden auf einem Substrat für Wachstum W durch die Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 dampfphasengezüchtet, wobei ein epitaktischer Wafer hergestellt wird.
  • Die Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 umfasst einen Reaktionsofen 2, der aus einem transparenten Quarzbauteil, einem Metallbauteil, wie beispielsweise Edelstahl, und ähnlichem, besteht. Im Reaktionsofen 2 werden bereitgestellt: ein Suszeptor 3; Hubstifte 4, die das Substrat W vom/zum Suszeptor 3 empfangen/überführt; ein Stützelement 5, das den Suszeptor 3 und die Hubstifte 4 stützt; und einen Antrieb 6, der den Suszeptor 3 und die Hubstifte 4 durch das Stützelement 5 treibt.
  • Der Suszeptor 3 ist scheibenförmig gestaltet, um das Substrat W im Wesentlichen horizontal zu stützen. Der Suszeptor 3 umfasst: einen Taschenabschnitt 3a, der auf der Oberfläche des Suszeptors 3 angeordnet ist und scheibenförmig vertieft ist; und mehrere (drei) Durchgangslöcher H, die den Suszeptor 3 von der vorderen Fläche des Taschenabschnitts 3a zur hinteren Fläche des Suszeptors 3 durchdringen. Der Taschenabschnitt 3a wird durch das Vertiefen eines Abschnitts an der Oberseite des Suszeptors 3 gebildet, sodass er einen Durchmesser aufweist, der ein wenig größer als der Durchmesser des Substrats W ist und eine Tiefe, die der Dicke des Substrats W entspricht, aufweist.
  • Wird der Suszeptor 3 von der vorderen Flächenseite betrachtet, sind die drei Durchgangslöcher H um die Mitte des scheibenförmigen Taschenabschnitts 3a gebildet. Wie in 1B gezeigt, ist jedes Durchgangsloch H trichterförmig gebildet, und umfasst einen mörserförmigen oberen Abschnitt H1, und einen zylindrischen unteren Abschnitt H2, der mit dem oberen Abschnitt H1 verbunden ist. Der obere Abschnitt H1 umfasst: eine Öffnung H1a, die an der vorderen Flächenseite des Taschenabschnitts 3a angeordnet ist; einen Verjüngungsabschnitt H1b, der sich nach unten hin von der Öffnungsseite H1a verengt; und einen Verbindungsanschluss H1c, der am unteren Ende des Verjüngungsabschnitts H1b angeordnet ist und den oberen Abschnitt H1 mit dem unteren Abschnitt H2 verbindet. Der untere Abschnitt H2 umfasst: den Verbindungsanschluss H1c; und eine Öffnung H2a, die an einer hinteren Flächenseite des Suszeptors 3 angeordnet ist.
  • Wie in 1C gezeigt, wird jeder Hubstift 4 in das Durchgangsloch H eingesetzt. Der Hubstift 4 empfängt/überträgt das Substrat W vom/zum Suszeptor 3. Der Hubstift 4 umfasst: einen Hauptkörper 4a, der in einer runden Stabform gebildet ist; und einen Kopfabschnitt 4b, der eine Mörserform hat (eine gefüllte Mörserform) und an ein oberes Ende des Hauptkörpers 4a anschließt. Der Kopfabschnitt 4b ist in einer Mörserform gestaltet, die kleiner als der obere Abschnitt H1 des Durchgangsloches H ist, und eine Oberseite 4b1 aufweist, die die hintere Fläche des Substrats W stützt. Sobald der Hubstift 4 in die Öffnung H1a des Durchgangsloches H von der Schenkelseite des Hubstifts 4 (der Seite gegenüber des Kopfabschnitts 4b) eingesetzt wird, wird der Kopfabschnitt 4b des Hubstifts 4 durch den Verjüngungsabschnitt H1b des Durchgangsloches H erfasst. Der Hubstift 4, der vom Verjüngungsabschnitt H1b erfasst ist, hängt vom Durchgangsloch H herab, und somit wird ein Raum, der einer Höhendifferenz D entspricht, zwischen der Oberseite 4b1 des Hubstifts 4 und der Öffnung H1a des Durchgangsloches H gebildet.
  • Rückbezogen auf 1A, umfasst das Stützelement 5: ein Suszeptor-Stützelement 5a, das den Suszeptor 3 stützt; und ein Hubstift-Stützelement 5b, das den Hubstift 4 stützt, wenn das Substrat W zwischen dem Suszeptor 3 und dem Hubstift 4 empfangen/überführt wird. Das Suszeptor-Stützelement 5a ist im Querschnitt in einer Y-Form gestaltet, und derart angeordnet, dass es den Suszeptor 3 im Wesentlichen horizontal von der hinteren Flächenseite des Suszeptors 3 stützt. Das Suszeptor-Stützelement 5a umfasst: einen Säulenabschnitt 5a1, der sich in einer Säulenform in die vertikale Richtung erstreckt; und einen Arm 5a2, der sich radial vom oberen Abschnitt des Säulenabschnitts 5a1 erstreckt und mit der hinteren Fläche des Suszeptors 3 verbunden ist. Das Hubstift-Stützelement 5b umfasst: einen zylindrischen Abschnitt 5b1, der sich zylindrisch den Säulenabschnitt 5a1 umgebend erstreckt; und einen Hubarm 5b2, der sich radial vom oberen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 5b1 erstreckt und nahe dem unteren Ende des Hubstifts 4 angeordnet ist. Der Hubarm 5b2 umfasst an einem oberen Ende davon eine Trägerplatte 5b3, die in der Lage ist, das untere Ende des Hubstifts 4 zu stützen.
  • Der Antrieb 6 ist mit den unteren Abschnitten des Säulenabschnitts 5a1 und des zylindrischen Abschnitts 5b1 verbunden. Der Antrieb 6 ist als Antriebsmittel (z. B. ein Motor) ausgestaltet, das den Säulenabschnitt 5a1 und den zylindrischen Abschnitt 5b1 unabhängig voneinander antreibt, um diese Abschnitte vertikal zu bewegen und um eine Achse 0 (in die vertikale Richtung) zu drehen. Sobald der Antrieb 6 den zylindrischen Abschnitt 5b1 antreibt, um sich von der Position, die in 1A gezeigt ist, aufwärts zu bewegen, bewegt sich die Trägerplatte 5b3 gemeinsam mit dem zylindrischen Abschnitt 5b1 aufwärts, und die Trägerplatte 5b3 stützt das untere Ende von jedem Hubstift 4 und bewegt den Hubstift 4 nach oben. Um jeden Hubstift 4 nach unten zu bewegen, wird ein Vorgang, der umgekehrt zum vorstehenden Vorgang ist, durchgeführt.
  • Links und rechts des Reaktionsofens 2, sind jeweils ein Gaszuführungsrohr 7 und ein Gasableitungsrohr 8 angeschlossen. Das Gaszuführungsrohr 7 ist angeordnet, um mit einem Ende des Reaktionsofens 2 in der horizontalen Richtung verbunden zu werden, und leitet, im Wesentlichen horizontal, verschiedene Gase in den Reaktionsofen 2 ein. Das Gaszuführungsrohr 7 leitet das Gas in den Reaktionsofen 2 von einem Gaszuführungsanschluss 7a, der mit dem Reaktionsofen 2 in Verbindung steht, ein. Sobald Dampfphasenepitaxie stattfindet, leitet das Gaszuführungsrohr 7 ein Dampfphasenepitaxie-Gas G in den Reaktionsofen 2 vom Gaszuführungsanschluss 7a ein. Das Dampfphasenepitaxie-Gas G umfasst: ein Rohmaterialgas als ein Rohmaterial einer epitaktischen Schicht; ein Trägergas, das das Rohmaterialgas verdünnt; und ein Dotiergas, das einem Dünnfilm einen bestimmten Leitfähigkeitstyp verleiht.
  • Am anderen Ende des Gaszuführungsrohrs 7 ist das Gasableitungsrohr 8 angeschlossen, durch welches ein Gas (zum Beispiel das Dampfphasenepitaxie-Gas G, das über das Substrat W geleitet wurde) im Reaktionsofen 2 abgeleitet wird. Das Gasableitungsrohr 8 leitet das Dampfphasenepitaxie-Gas G oder ähnliches, das in den Reaktionsofen 2 eingeleitet wurde, von einem Gasableitungsanschluss 8a, der in Verbindung mit den Reaktionsofen 2 steht, zur Außenseite des Reaktionsofen 2 ab.
  • Oberhalb und unterhalb des Reaktionsofens 2 (oberhalb und unterhalb des Suszeptors 3) sind mehrere Heizer 9 angeordnet, welche als Wärmequellen zum Beheizen des Reaktionsofens 2 während epitaktischen Wachstums dienen, um die Temperatur innerhalb des Reaktionsofens 2 einzustellen. Die Leistung des Heizers 9, der oberhalb des Suszeptors 3 angeordnet ist und die Leistung des Heizers 9, der unterhalb des Suszeptors 3 angeordnet ist, werden von einem Heizungsregler (nicht gezeigt) gesteuert. Der Heizungsregler passt das Verhältnis der Leistung des oberen Heizers 9 an die Leistung des unteren Heizers 9 an. Während epitaktischen Wachstums, zum Beispiel, unter der Annahme, dass die Summe der Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 100 % ist, wird die Einstellung derart ausgeführt, dass das Verhältnis der Leistung des oberen Heizers 9 zur Leistung des unteren Heizers 9 innerhalb eines Bereichs von 55 %:45 % bis 40 %:60 % liegt. Mit anderen Worten, unter der Annahme, dass die Summe der Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 100 % beträgt, die Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 derart eingestellt sind, dass die Leistung des unteren Heizers 9 innerhalb eines Bereichs von 45 % bis 60 % liegt.
  • Das Substrat W wird zur Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 überführt, die wie vorstehend beschrieben eingestellt ist, und eine epitaktische Schicht wird auf dem Substrat W dampfphasengezüchtet. Das Substrat W wird über dem Suszeptor 3 in den Reaktionsofen 2 durch ein Überführungsmittel (nicht gezeigt) überführt. Das Substrat W, das über dem Suszeptor 3 überführt wurde, wird in folgender Weise auf den Suszeptor 3 gesetzt.
  • Der Antrieb 6 veranlasst die Trägerplatte 5b3 sich nach oben zu bewegen. Die Trägerplatte 5b3, die nach oben bewegt wurde, stützt das untere Ende von jedem Hubstift 4 und hebt den Hubstift 4, um den Hubstift 4 zu veranlassen durch das Durchgangsloch H vorzustehen. Der Hubstift 4 wird nach oben bewegt, bis der Kopfabschnitt 4b davon, der vom Durchgangsloch H vorsteht, die hintere Fläche des Substrats W erreicht, und anschließend empfängt der Hubstift 4 das Substrat W, wobei die Oberseite 4b1 des Kopfabschnitts 4b davon die hintere Fläche des Substrats stützt. Nachdem der Hubstift 4 das Substrat W empfangen hat, wird die Trägerplatte 5b3 nach unten bewegt, um den Hubstift 4 mit dem Substrat W, das vom Hubstift 4 gestützt wird, nach unten zu bewegen. Sobald der Hubstift 4 nach unten bewegt wird und das Substrat W, das vom Hubstift 4 gestützt wird, auf den Taschenabschnitt 3a gesetzt wird, wird der Kopfabschnitt 4b des Hubstifts 4 weiter nach unten bewegt, um von der hinteren Fläche des Substrats W getrennt zu werden. Anschließend hängt der Hubstift 4 vom Durchgangsloch H herab, wobei der Kopfabschnitt 4b vom Verjüngungsabschnitt H1b des Durchgangsloches H (1C) erfasst wird, wobei die Trägerplatte 5b3, die das untere Ende des Hubstifts 4 stützt, der vom Durchgangsloch H herabhängt, vom Hubstift 4 getrennt wird. Hängt der Hubstift 4 vom Durchgangsloch H herab, wird epitaktisches Wachstum auf dem Substrat W durchgeführt, um einen epitaktischen Wafer herzustellen.
  • Während epitaktischen Wachstums wird das Substrat W durch die Heizer 9, die oberhalb und unterhalb des Suszeptors 3 angeordnet sind, erhitzt. Die Wärme, die das Substrat W erhitzt, wird zudem zum Hubstift 4 überführt, der vom Durchgangsloch H herabhängt, und die Wärme, die auf den Hubstift 4 übertragen wurde, wird zum Beispiel, vom Hubstift 4 abgeleitet, wobei eine Temperaturdifferenz zwischen einem Bereich um den Hubstift 4 und anderen Bereichen auftritt. Der thermische Ausbreitungszustand der Wärme, die vom Hubstift 4 übertragen wird, ändert sich entsprechend einer Höhendifferenz D (1C) von der Oberseite 4b1 des Hubstifts 4, der in das Durchgangsloch H eingesetzt ist zur Öffnung H1 des Durchgangsloches H, und dabei ändert sich auch der Wert der Temperaturdifferenz, die auf dem Hubstift 4 beruht. Da ferner die Höhendifferenz D von den fertigen Abmessungen des Suszeptors 3 und des Hubstifts 4 abhängt, ändert sich die Höhendifferenz D, wenn der Suszeptor 3 und der Hubstift 4 beispielsweise ausgetauscht werden. Die Temperaturdifferenz, die von der Höhendifferenz D verursacht wird, ändert sich daher jedes Mal, wenn das Paar aus dem Suszeptor 3 und dem Hubstift 4 gewechselt wird. Um die Änderung in der Temperaturdifferenz zu unterdrücken, muss der Ausgleich der Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 eingestellt werden, jedoch ist eine solche Einstellung mühsam.
  • Daher wird in einer Ausführungsform der Erfindung die Höhendifferenz D, die sich in Abhängigkeit von den fertigen Abmessungen des Suszeptors 3 und des Hubstifts 4 ändert, durch eine Messvorrichtung gemessen, und die Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 werden auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz D eingestellt. Das heißt, dass der Wert einer Temperaturdifferenz, die im Substrat W und dem Suszeptor 3 aufgrund des Hubstifts 4 auftreten kann, auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz D angenommen wird, und Einstellung der Leistungen der Heizer 9 wird durch die Nutzung der gemessenen Höhendifferenz D als Richtwert ermöglicht. 2A bis 2D zeigen ein Beispiel einer Messvorrichtung 10 zum Messen einer Höhendifferenz D von der Öffnung H1a des Durchgangsloches H zur Oberseite 4b1 des Hubstifts 4. Im Folgenden wird die Messvorrichtung 10 beschrieben. Bei der Messung einer Höhendifferenz D, misst die Messvorrichtung 10 die Höhendifferenz D von einem Suszeptor 3 und Hubstiften 4 bevor sie in der Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 montiert werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die Hubstifte 4 in den 2A bis 2D nicht gezeigt werden.
  • Die Messvorrichtung 10 umfasst: ein Basisteil 11, das den Suszeptor 3 und die Hubstifte 4, die in die Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 eingesetzt werden sollen, stützt; und einen Messteil 12, der die Positionsbeziehung zwischen dem Suszeptor 3 und den Hubstiften 4, die durch den Basisteil 11 gestützt werden, misst.
  • Der Basisteil 11 weist auf: einen Rahmen 11a, der eine rechteckige Parallelepipedform aufweist; einen Kopfplattendeckel, der an einem obersten Teil des Rahmens 11a angeordnet ist; einen Sockel 11c, der in der Mitte der Kopfplatte 11b angeordnet ist und die hintere Fläche des Suszeptors 3 stützt; und einen Trägerdeckel, der von einer Ecke der Kopfplatte 11b nach oben hervorsteht. Der Trägerdeckel umfasst eine Armabschnittsablage, die sich von einer oberen Ecke der Kopfplatte 11b zu einem Raum oberhalb des Durchgangsloches H des Suszeptors 3 erstreckt, der vom Sockel 11c gestützt wird. Der Messteil 12 ist an der Armabschnittsablage befestigt.
  • Das Messteil 12 ist als ein Abstandssensor zum Messen einer Höhendifferenz D eingestellt, die gebildet wird, wenn die Oberseite 4b des Hubstifts 4 sich in Bezug auf die Öffnung H1a des Durchgangsloches H zurückzieht oder hervorsteht (siehe 1C, welche den Fall zeigt, in dem die Oberseite 4b sich zurückzieht). Wenn ein bekanntes Laserverschiebungsmesser als Abstandssensor genutzt wird, wird die Höhendifferenz D beispielsweise wie folgt gemessen. Zuerst wird Laserlicht von einem Halbleiterlaser des Laserverschiebungsmessers in Richtung des Durchgangsloches H und dessen nahe Umgebung auf dem Suszeptor 3 ausgestrahlt, der vom Sockel 11c gestützt wird. Das ausgestrahlte Laserlicht wird von der Oberseite des Hubstifts 4, der Oberfläche des Suszeptors 3, der inneren Fläche des Durchgangsloches H und ähnlichem reflektiert. Das reflektierte Licht wird an einen Bildsensor im Laserverschiebungsmesser geleitet, um ein Bild im Bildsensor zu erstellen. Anschließend wird eine Höhendifferenz D von der Oberseite des Hubstifts 4, der mit dem Laserlicht bestrahlt wurde, zur Öffnung H1a des Durchgangsloches H unter Nutzung des Bildes, das auf dem Bildsensor erstellt wurde, gemessen. Somit ist eine Distanz von der Öffnung H1a des Durchgangsloches H zur Oberseite 4b1 des Hubstifts 4 als Höhendifferenz D gemessen (siehe 1C).
  • Durch die Verwendung der Messvorrichtung 10, die wie oben beschrieben eingestellt ist, wird die Höhendifferenz D gemessen, die durch den Suszeptor 3 und den Hubstift 4 gebildet wird, bevor sie in die Dampfphasenwachstumsvorrichtung 1 gesetzt werden. Auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz D, wird der Wert einer Temperaturdifferenz, die nahe dem Substrat W und dem Suszeptor 3 aufgrund des Hubstifts 4 während epitaktischen Wachstums auftreten kann, angenommen, wobei die Einstellung der Leistungen der Heizer 9 durch die Nutzung der gemessenen Höhendifferenz als ein Richtwert ermöglicht werden kann.
  • Beispiel
  • Das folgende Experiment wurde durchgeführt, um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen.
  • Vor der Montage in der Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 wurden mehrere Paare des Suszeptors 3 und des Hubstifts 4 vorbereitet und jedes Paar wurde einer Messung eines Höhenunterschieds D (Distanz von der Öffnung H1a des Durchgangsloches H zur Oberseite 4b1 des Hubstifts 4) durch die Messvorrichtung 10 unterzogen. Als Messteil 12 der Messvorrichtung 10 wurde ein Hochgeschwindigkeits-Laserprofilometer (LJ-V6080), der von KEYENCE CORPORATION hergestellt wurde, verwendet. 3 zeigt ein Messergebnis der Höhendifferenz D, das unter Verwendung der Messvorrichtung 10 gemessen wurde, wobei die Höhendifferenz D von der Öffnung H1a zur Oberseite 4b1 des Hubstifts 4 gemessen ist. In diesem Beispiel ist die Höhendifferenz D in dem Zustand, in dem sich die Oberseite 4b1 des Hubstifts 4 in das Durchgangsloch H zurückzieht, durch einen positiven Wert dargestellt. Die Höhendifferenz D im Zustand, in dem die Oberseite 4b1 des Hubstifts 4 aus dem Durchgangsloch H hervorsteht, ist durch einen negativen Wert dargestellt, obgleich er in diesem Beispiel nicht gezeigt wird.
  • Als nächstes wurde von den mehreren Paaren des Suszeptors 3 und des Hubstifts 4, die einer Messung der Höhendifferenz D unterzogen wurden, ein Paar 1, dessen Höhendifferenz D nahezu 0 mm (positiver Wert) betrug, entnommen, und ein Paar 2, dessen Höhendifferenz D etwa 0,2 mm höher als die vom Paar 1 war, entnommen. Ferner wurde ein Paar 3, dessen Höhendifferenz D etwa 0,2 mm höher als die vom Paar 2 war, entnommen, gefolgt von der Entnahme eines Paares 4 und eines Paares 5 auf gleiche Weise. Somit wurden die Paare 1 bis 5, deren Höhendifferenzen D innerhalb des Bereichs von 0 bis 1 mm lag, entnommen. Das heißt, dass die Paare 1 bis 5, deren Höhendifferenzen D sich in dem Zustand befanden, in dem sich die Oberseite 4b1 des Hubstifts 4 in das Durchgangsloch H zurückzog, entnommen.
  • Der Suszeptor 3 und der Hubstift 4 von jedem der entnommenen Paare 1 bis 5 wurden in die Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 montiert und mehrere epitaktische Wafer wurden für jedes der Paare 1 bis 5 hergestellt. Konkret wurde ein epitaktischer Siliziumwafer durch Aufwachsen einer epitaktischen Siliziumschicht auf einem Silizium-Einkristall-Substrat hergestellt. Bei der Herstellung der mehreren epitaktischen Wafer für jedes der Paare 1 bis 5, wurden die Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 wie folgt festgelegt. Es wurden fünf epitaktische Wafer gefertigt, während angenommen wurde, dass die Summe der Leistungen der Heizer 9, die oberhalb und unterhalb des Suszeptors 3 angeordnet sind 100 % betrug, und dass die Leistung des unteren Heizer 9 auf 52 %, 54 %, 56 %, 58 % und 60 % (zu diesem Zeitpunkt wurde die Leistung des oberen Heizers 9 auf 48 %, 46 %, 44 %, 42 % und 40 % in Übereinstimmung mit der Leistung des unteren Heizers 9 geändert) geändert wurde. Anschließend wurden Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht von jedem der hergestellten epitaktischen Wafer (Unregelmäßigkeiten der epitaktischen Schicht, die direkt über dem Hubstift 4 positioniert war) festgestellt und die Leistung des unteren Heizers 9, bei der die Unregelmäßigkeiten am größten waren, wurde verringert.
  • 4 zeigt einen Graphen, an dem die Prozentzahlen der Leistungen des unteren Heizers 9, bei denen Unregelmäßigkeiten der epitaktischen Schicht am meisten reduziert wurden, und die Werte der Höhendifferenzen D, die den Prozentzahlen zugehörig sind, die von den jeweiligen Paaren 1 bis 5 erhalten wurden, eingezeichnet sind und eine ungefähre Linie auf Grundlage der Einzeichnungen gezogen wird. Die ungefähre Linie gibt entsprechende Paare der Höhendifferenz D und der Leistungen (%) des unteren Heizers 9 an, welche zum Ebnen der Oberfläche der epitaktischen Wafer geeignet sind, und die ungefähre Linie wird innerhalb eines Bereichs von 52 % bis 60 % für die Leistung des unteren Heizers 9 festgelegt.
  • Die Höhendifferenz D wird von der Messvorrichtung 10 gemessen, und eine angemessene Prozentzahl der Leistung des unteren Heizers 9, welche der gemessenen Höhendifferenz D entspricht, wird auf dem Graphen, der in 4 gezeigt ist, ermittelt, wobei angemessene Höhendifferenz D und Prozentzahl der Leistung, bei der die Oberfläche der epitaktischen Schicht geebnet werden kann, ermittelt werden können. Daher wird Zeit verkürzt, die für die Auswahl der Prozentzahl der Leistung des Heizers 9, welche der gemessenen Höhendifferenz D entspricht, benötigt wird, und das Einstellen der Leistungen der oberen und unteren Heizer 9 während epitaktischen Wachstums wird erleichtert. Zudem wird, selbst wenn die Höhendifferenz D aufgrund der fertigen Abmessungen des Suszeptors 3 und des Hubstifts 4 geändert wird, die Einstellung der Prozentzahl der Leistung des Heizers 9, welche der Höhendifferenz D entspricht, auf Grundlage des in 4 gezeigten Graphen erleichtert. Die Produktivität epitaktischer Wafer kann dementsprechend verbessert werden.
  • Im Fall, dass die entsprechende Prozentzahl der Leistung des Heizers 9 nicht aus 4 entnommen werden kann, weil die gemessene Höhendifferenz D groß (z. B. gleich oder größer als 1 mm) oder ein negativer Wert ist, können der Suszeptor 3 und der Hubstift 4 ausgetauscht werden. Daher können ein Suszeptor 3 und Hubstift 4, welche die angemessene Tiefe D gewährleisten, vor Verwendung der Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung 1 ausgewählt werden.
  • Im Graphen, der in 4 gezeigt ist, reicht die Prozentzahl der Leistung des unteren Heizers 9 von 52 % bis 60 %. Daher hat die Leistung des Heizers 9 keinen negativen Einfluss auf die Wachstumsgeschwindigkeit der epitaktischen Schichten während des Dampfphasenwachstums, Nanotopologie an der hinteren Fläche des hergestellten epitaktischen Wafers, und periphere Abscheidung an der hinteren Fläche des epitaktischen Wafers. Folglich kann die Oberfläche der epitaktischen Schicht geebnet werden und die Wachstumsgeschwindigkeit und ähnliches der epitaktischen Schicht sind nicht nachteilig betroffen.
  • BESCHREIBUNG DER BEZUGSZEICHEN
    • 1
    Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung
    2
    Reaktionsofen
    3
    Suszeptor
    4
    Hubstift
    4bl
    Oberseite
    5
    Stützelement
    6
    Antrieb
    10
    Messvorrichtung
    12
    Messteil
    H
    Durchgangsloch
    H1a
    Öffnung
    D
    Höhendifferenz

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers, wobei das Verfahren das Aufwachsen einer epitaktischen Schicht auf einem Substrat umfasst, das auf einen Suszeptor (3) gesetzt ist, während das Substrat mit oberen und unteren Wärmequellen (9), die jeweils oberhalb und unterhalb des Suszeptors (3) angeordnet sind, erhitzt wird, in einem Zustand, in dem eine Oberseite (4b1) eines Hubstifts (4), der in ein Durchgangsloch (H) eingesetzt ist, das Öffnungen (H1a, H2a) an einer vorderen und hinteren Fläche des Suszeptors (3) aufweist, eine Höhendifferenz in Bezug auf die Öffnung (H1a) an der vorderen Flächenseite (3a) aufweist, wobei das Verfahren einen Einstellschritt zum Messen einer Höhendifferenz von der Öffnung (H1a) zur Oberseite (4b1) des Hubstifts (4) im oben genannten Zustand, und ein Einstellen eines Verhältnisses der Leistungen der oberen Wärmequelle (9), die oberhalb des Suszeptors (3) angeordnet ist, und unteren Wärmequelle (9), die unterhalb des Suszeptors (3) angeordnet ist, auf Grundlage der gemessenen Höhendifferenz umfasst, wobei ein angemessenes Paar von Höhendifferenz und Verhältnis der Leistungen, welches ein geeignetes Paar zum Ebnen einer Oberfläche der epitaktischen Schicht darstellt, vorher in einem vorbestimmten Bereich der Höhendifferenz in einem Zustand in dem sich die Oberseite (4b1) des Hubstifts (4) in das Durchgangsloch (H) zurückzieht, festgelegt wurde, im Einstellschritt, wenn die gemessene Höhendifferenz innerhalb des festgelegten Bereichs liegt, die Leistungen der Heizer an das Verhältnis angepasst werden, das ein angemessenes Paar mit der gemessenen Höhendifferenz darstellt, und das angemessene Paar der gemessenen Höhendifferenz und das Verhältnis der Leistungen wie folgt festgelegt wird: je größer der Rückzug der Oberseite (4b1) des Hubstifts (4) mit Bezug auf den Durchgang (H1a) ist, umso größer ist das Verhältnis der Leistung der unteren Wärmequelle (9) zu der Summe der Leistungen der unteren und oberen Wärmequellen (9) .
  2. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers nach Anspruch 1, wobei im Einstellschritt der Suszeptor (3) und der Hubstift (4) ersetzt werden, wenn die gemessene Höhendifferenz außerhalb des festgelegten Bereichs liegt.
  3. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ausgehend von der Annahme, dass eine Summe der Leistungen der oberen und unteren Wärmequellen (9) 100 % ergibt, das Verhältnis der Leistung der oberen Wärmequelle (9) zur Leistung der unteren Wärmequelle (9) innerhalb eines Bereichs von 55 %:45 % bis 40 %:60 % eingestellt ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Einstellschritt die Höhendifferenz durch Verwenden eines Lasers gemessen wird.
DE112015005650.5T 2014-12-19 2015-11-17 Verfahren zur herstellung epitaktischer wafer Active DE112015005650B4 (de)

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