JP2013077627A - エピタキシャルウエーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を短縮できるエピタキシャルウエーハの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 チャンバー内にウエーハを載置するサセプタを具備し、チャンバー内を気相エッチングによりクリーニングするコールドウォールタイプの気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造する方法であって、
前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを前記チャンバー内壁に近づけ、該チャンバー内壁の温度を上昇させた後に、前記サセプタをもとの位置に戻し、その後、前記チャンバー及び前記サセプタを気相エッチングによりクリーニングし、
該クリーニングされたチャンバー内で、前記ウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。
【選択図】 なし
【解決手段】 チャンバー内にウエーハを載置するサセプタを具備し、チャンバー内を気相エッチングによりクリーニングするコールドウォールタイプの気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造する方法であって、
前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを前記チャンバー内壁に近づけ、該チャンバー内壁の温度を上昇させた後に、前記サセプタをもとの位置に戻し、その後、前記チャンバー及び前記サセプタを気相エッチングによりクリーニングし、
該クリーニングされたチャンバー内で、前記ウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。
【選択図】 なし
Description
本発明は、気相成長装置を用いたエピタキシャルウエーハの製造方法に関する。
一般的な気相成長によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造では、Ｈ２とＳｉ原料ガスであるＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４などのガスを用いてＳｉのエピタキシャル成長を行う。
エピタキシャル成長の反応はランプ加熱などで、９００℃〜１２００℃の比較的高温で行われることが多い。多くのエピタキシャル成長装置はコールドウォール式であり、水冷や空冷により、チャンバー構造部材である、石英やＳＵＳ（ステンレス鋼）などを冷却しながらプロセスを行う。
Ｓｉのエピタキシャル成長反応はウエーハ上で起こるが、同時にチャンバー構造部材上でも反応が起こり、ポリシリコンやポリ塩化シランが副生成物として堆積する。主にはウエーハを支持するサセプタ上、その周りの高温となるガス流路上にポリシリコンが多く堆積する。また一部はチャンバー内壁にも堆積し、これを総じてウォールデポと呼ぶ。ポリシリコンおよびウォールデポは定期的に除去する必要があり、除去にはＨＣｌによる気相エッチングが用いられる。
このようなＨＣｌによる気相エッチング反応は反応効率を上げるため、高温で行うことが望ましい。
コールドウォール型反応器では、サセプタの温度は容易に上昇するが、チャンバー内壁は昇温に時間がかかる。また、チャンバー内壁を十分に昇温できない場合もある。すなわち、サセプタの温度はエッチング反応を効率よく進められる１１００℃以上に容易に上げることができるため、サセプタ部分では速やかにエッチング反応を進めることができる。しかし、チャンバー内壁の温度はサセプタに比べて温度を上げることはできない構造になっており昇温に時間がかかる。
また、通常、内壁に付着するウォールデポ量はサセプタ上のデポに比べてわずかであるが、ＨＣｌエッチング時の温度もサセプタ部分に比べて７００℃以下と低いため、エッチング速度は非常に遅くなる。そのため、ウォールデポの除去がＨＣｌエッチング処理の律速となることもある。
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を短縮できるエピタキシャルウエーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、チャンバー内にウエーハを載置するサセプタを具備し、チャンバー内を気相エッチングによりクリーニングするコールドウォールタイプの気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造する方法であって、
前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを前記チャンバー内壁に近づけ、該チャンバー内壁の温度を上昇させた後に、前記サセプタをもとの位置に戻し、その後、前記チャンバー及び前記サセプタを気相エッチングによりクリーニングし、
該クリーニングされたチャンバー内で、前記サセプタ上に載置されたウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。
前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを前記チャンバー内壁に近づけ、該チャンバー内壁の温度を上昇させた後に、前記サセプタをもとの位置に戻し、その後、前記チャンバー及び前記サセプタを気相エッチングによりクリーニングし、
該クリーニングされたチャンバー内で、前記サセプタ上に載置されたウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。
このように、加熱しやすいサセプタを近づけてチャンバー内壁温度を上昇させれば、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を短縮できるエピタキシャルウエーハの製造方法となる。
また、前記クリーニング前の昇温時に、サセプタを１１００℃以上に加熱することが好ましく、さらに、サセプタをチャンバー内壁に近づけ、チャンバー内壁の温度を５８０℃以上に上昇させることが好ましい。
これにより、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を一層短縮することができる。
さらに、前記クリーニング時に、チャンバーにＨＣｌガスを流してサセプタ及びチャンバーを気相エッチングによりクリーニングすることが好ましい。
これによりサセプタ及びチャンバーからポリシリコンやポリ塩化シランを容易に除去することができる。
以上説明したように、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法であれば、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を短縮できる。特に、サセプタ及びチャンバーからポリシリコンやポリ塩化シランを効率よく除去することができる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。上述のように、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を短縮できるエピタキシャルウエーハの製造方法が望まれていた。
本発明者らは、上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、加熱されたサセプタをチャンバー内壁に近づけて、チャンバー内壁の温度を上昇させることで、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を短縮できることを見出して、本発明を完成させた。以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法では、チャンバー内にウエーハＷを載置するサセプタを具備し、チャンバー内を気相エッチングによりクリーニングするコールドウォールタイプの気相成長装置を用いる。図１に本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法に用いることのできる枚葉式の気相成長装置の一例を示す。図１に示すように、コールドウォールタイプの気相成長装置２０はチャンバー１内にウエーハＷを載置するサセプタ２を具備する。
さらに、気相成長装置２０は、ＳＵＳからなるチャンバーベース３とそれを上下から挟み、チャンバー１を形成する透明石英部材４、４’と、チャンバー１の内部に設けられてＳＵＳのチャンバーベースをカバーする不透明石英部材５、５’とウエーハＷを上面で支持するサセプタ２を備えている。
また、サセプタ２は回転機構６に接続されており、気相成長中は回転している。回転機構６内部はＳＵＳが使われており、回転機構６内部をパージするガス導入管７が設けられている。さらに、サセプタ２は上下動してチャンバー１の内壁（上部の透明石英部材４）に近づき、また元の位置に戻れるように、支持構造１０で支持される。
チャンバー１には、チャンバー１内に原料ガス（例えばＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４、及びドーパントガスなど）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長ガスをサセプタ２の上側の領域に導入してサセプタ上のウエーハＷの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管８が設けられている。また、チャンバー１は、気相成長用ガス導入管８が設けられた側と反対側にガス排出管９が設けられている。
なお、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法に用いることのできる気相成長装置としては、上記のようにサセプタがチャンバーの内壁に近づき、また元の位置に戻れるような装置であればバッチ式の気相成長装置でもよい。
本発明では、クリーニング前の昇温時に、サセプタ２をチャンバー１の内壁に近づけ、該チャンバー１の内壁の温度を上昇させた後に、サセプタ２をもとの位置に戻す。これにより、容易に昇温するサセプタ２がチャンバー１の内壁（上部の透明石英部材４のサセプタ２側の内壁）の昇温を助け、クリーニング前の昇温時間を短縮することができる。さらに、これにより、チャンバー１の内壁が充分に昇温し、これに付着するウォールデポの除去も促進され、エッチング時間を短縮することができる。
ここで、サセプタ２をチャンバー１の内壁に近づけるとは、通常、気相成長時の位置にあるサセプタ２を、支持構造１０等で、その位置よりもチャンバー１の内壁側に近づけることを意味し、サセプタ２をもとの位置に戻すとは、近づけられたサセプタ２を気相成長時の位置に戻すことをいう。
なお、チャンバー１内、及びサセプタ２の加熱は公知の加熱装置（不図示）で行うことができる。例えば、チャンバー１及びサセプタ２の加熱装置としては、いわゆるランプ加熱方式が例示される。
この際に、サセプタ２を１１００℃以上に加熱することが好ましく、サセプタ２をチャンバー１の内壁に近づけ、チャンバー１の内壁の温度を５８０℃以上に上昇させることが好ましい。これにより、クリーニング前の昇温時間とエッチング時間を一層短縮することができる。
その後、クリーニング時には、チャンバー１及びサセプタ２を気相エッチングによりクリーニングする。この際、サセプタの周りの高温となるガス流路等も同時にクリーニングできる。このクリーニング時には、チャンバー１にＨＣｌガスを流してサセプタ２及びチャンバー１を気相エッチングによりクリーニングすることが好ましい。これにより、サセプタ１、その周りの高温となるガス流路、及びチャンバー２等からポリシリコンやポリ塩化シランをより容易に除去することができるエピタキシャルウエーハの製造方法となる。なお、クリーニング時にはチャンバー１は１１００〜１２００℃まで加熱することができる。
本発明では、前述のようにしてクリーニングされたチャンバー１内で、ウエーハＷの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造する。以下、図１に示す枚葉式の気相成長装置を例に本発明の気相成長について具体的に説明するが、本発明の気相成長はこれに制限されるものではない。最初に、投入温度（例えば６５０℃）に調整したチャンバー１内にウエーハＷを投入し、その主表面が上を向くように、サセプタ２上面のザグリに載置する。
ここでチャンバー１にはウエーハＷが投入される前段階から、気相成長用ガス導入管８及びパージガス導入管７をそれぞれ介して水素ガスを導入しておく。
次に、サセプタ２上のウエーハＷを加熱装置により水素熱処理温度（例えば１０５０〜１２００℃）まで加熱する。
次に、ウエーハＷの主表面に形成されている自然酸化膜を除去するための気相エッチングを行う。なお、この気相エッチングは、具体的には、次工程である気相成長の直前まで行われる。
次に、ウエーハＷを所望の成長温度（例えば１０５０〜１１８０℃）まで降温し、気相成長用ガス導入管８を介してウエーハＷの主表面上に原料ガス（例えば、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４及びドーパントガスなど）を、パージガス導入管７を介してパージガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給することによってウエーハＷの主表面上にエピタキシャル層を気相成長してエピタキシャルウエーハを製造することができる。
最後に、エピタキシャルウエーハを取り出し温度（例えば、６５０℃）まで降温し、チャンバー１外へと搬出する。
以下、本発明の実施例および比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
〔実施例〕
図１に示す枚様式の気相成長装置を準備した。加熱装置でサセプタを７００℃から１２００℃まで加熱し、加熱されたサセプタを１２００℃で保持して、ウエーハ載置面をチャンバー内壁に近づけ、チャンバー内壁の温度を上昇させた。図２にチャンバー内壁の温度変化をパイロメータで測温した結果を示す。図２の横軸は後述する比較例のチャンバー内壁が５８０℃となるまでの時間を１として、経過時間を示したものである。
図１に示す枚様式の気相成長装置を準備した。加熱装置でサセプタを７００℃から１２００℃まで加熱し、加熱されたサセプタを１２００℃で保持して、ウエーハ載置面をチャンバー内壁に近づけ、チャンバー内壁の温度を上昇させた。図２にチャンバー内壁の温度変化をパイロメータで測温した結果を示す。図２の横軸は後述する比較例のチャンバー内壁が５８０℃となるまでの時間を１として、経過時間を示したものである。
その後、サセプタをもとの位置に戻し、ＨＣｌガスを流してチャンバー及びサセプタに付着したポリシリコンやポリ塩化シランを気相エッチングによりクリーニングした。クリーニングされたチャンバー内で、ウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造した。
〔比較例〕
図１の枚様式の気相成長装置を準備した。サセプタを移動させずに通常用いられるヒーターでチャンバー内の温度を上昇させた。図２にチャンバー内壁の温度変化をパイロメータで測温した結果を示す。
図１の枚様式の気相成長装置を準備した。サセプタを移動させずに通常用いられるヒーターでチャンバー内の温度を上昇させた。図２にチャンバー内壁の温度変化をパイロメータで測温した結果を示す。
その後、チャンバー及びサセプタを気相エッチングによりクリーニングした。クリーニングされたチャンバー内で、ウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造した。
図２に示されるようにチャンバー内壁が約５８０℃に到達する時間が短縮できた。また、実施例においてクリーニングから気相成長までに要した時間は比較例と比べて８０％となった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…チャンバー、 ２…サセプタ、 ３…チャンバーベース、 ４、４’…透明石英部材、 ５、５’…不透明石英部材、 ６…回転機構、 ７…パージガス導入管、 ８…気相成長用ガス導入管、 ９…ガス排出管、 １０…支持構造、 ２０…気相成長装置、 Ｗ…ウエーハ
Claims (4)
- チャンバー内にウエーハを載置するサセプタを具備し、チャンバー内を気相エッチングによりクリーニングするコールドウォールタイプの気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造する方法であって、
前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを前記チャンバー内壁に近づけ、該チャンバー内壁の温度を上昇させた後に、前記サセプタをもとの位置に戻し、その後、前記チャンバー及び前記サセプタを気相エッチングによりクリーニングし、
該クリーニングされたチャンバー内で、前記サセプタ上に載置されたウエーハの主表面にエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウエーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。 - 前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを１１００℃以上に加熱することを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
- 前記クリーニング前の昇温時に、前記サセプタを前記チャンバー内壁に近づけ、前記チャンバー内壁の温度を５８０℃以上に上昇させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
- 前記クリーニング時に、前記チャンバーにＨＣｌガスを流して前記サセプタ及び前記チャンバーを気相エッチングによりクリーニングすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエピタキシャルウエーハの製造方法。
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