JP2019519933A - コーティングされた半導体ウエハを製造するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

コーティングされた半導体ウエハを製造するための方法および装置は、サセプタ上に配置された半導体材料からなる基板ウエハ上に層を堆積させるために、第１流れ方向に沿って基板ウエハ上を通過するように第１ガス導入口を介して処理ガスを反応チャンバに導入するステップを含み、処理ガスから由来する材料は、サセプタの周囲に設けられた予熱リング上に析出され、反応チャンバからコーティングされた基板ウエハを取り出すステップと、反応チャンバからコーティングされた基板ウエハを取り出した後、第１流れ方向に沿って第１ガス導入口を介してエッチングガスを反応チャンバに導入し、第１流れ方向と交差する更なる流れ方向に沿って予熱リング上を通過するように第２ガス導入口を介してエッチングガスを反応チャンバ導入することによって、予熱リングから材料析出物を除去するステップとを含み、第１ガス導入口は、第２ガス導入口の間に配置される。

Description

本発明は、コーティングされた半導体ウエハ、好ましくはエピタキシャル層を有する半導体ウエハを製造するための方法、およびこの方法を実施するための装置に関する。

従来技術／課題
半導体ウエハの製造は、しばしば、反応チャンバに配置された基板ウエハ上に層を堆積させることを含む。反応チャンバに配置された基板ウエハは、蒸着（ＣＶＤ）によって個別にコーティングされる。このような反応チャンバは、ライナと、上方カバーと、下方カバーとを備える。上方カバーおよび下方カバーは、上方ドームおよび下方ドームとも呼ばれる。層を堆積させる間に、基板ウエハは、サセプタ上に配置され、上方ドームおよび下方ドームに各々配置された上方ランプアレイおよび下方ランプアレイからの放射熱によって加熱される。処理ガスは、ガスインジェクタによって、ガス導入口を介して反応チャンバに供給され、基板ウエハ上を通過する。処理ガスは、基板ウエハと接触すると、部分的に分解し、材料層として基板ウエハの表面に堆積される。また、材料は、反応チャンバの内部に、特にサセプタを囲む予熱リング上に析出することがある。このような意図されていない材料析出物は、洗浄プロセスによって特定の間隔で除去されなければならない。通常、このような材料析出物の除去は、処理ガスの代わりに、ガス導入口を介してエッチングガスを供給することによって、いわゆるチャンバをエッチングすることによって行われる。エッチングガスは、材料析出物と反応することによって、気体の反応生成物を形成する。その後、この反応生成物は、ガス排出口を介して反応チャンバから排出される。

米国特許出願ＵＳ２０１５／０３６８７９６Ａ１は、エピタキシー反応器に使用されるガスインジェクタを記載している。このガスインジェクタは、エピタキシャル層の堆積を改善するために、選択的なエピタキシャルプロセスを行うように、第１ガス導入口および第２ガス導入口を介して処理ガスおよびエッチングガスを連続的にまたは同時に供給する。

米国特許第６２４５１４９号は、基板ウエハに、エピタキシャル層、例えばシリコンからなるエピタキシャル層をコーティングするための装置および方法を開示している。また、この方法は、エッチングガスとしての塩化水素を用いてチャンバをエッチングすることを含む。

チャンバをエッチングする場合、基板ウエハのコーティングを中断しなければならないため、生産性を損なう。予熱リングがサセプタのすぐ近くに配置されているため、予熱リング上の意図しない材料の析出が最大である。したがって、チャンバをエッチングするための時間は、実質的に、予熱リングから特定の厚さの材料析出物を除去するために必要とされた時間によって決められる。

本発明の目的は、この時間をできる限り短くすることである。

本発明の目的は、コーティングされた半導体ウエハを製造するための方法によって達成される。この方法は、サセプタ上に配置された半導体材料からなる基板ウエハ上に層を堆積させるために、第１流れ方向に沿って基板ウエハ上を通過するように第１ガス導入口を介して処理ガスを反応チャンバに導入するステップを含み、処理ガスから由来する材料は、サセプタの周囲に設けられた予熱リング上に析出され、反応チャンバからコーティングされた基板ウエハを取り出すステップと、反応チャンバからコーティングされた基板ウエハを取り出した後、第１流れ方向に沿って第１ガス導入口を介してエッチングガスを反応チャンバに導入し、第１流れ方向と交差する更なる流れ方向に沿って予熱リング上を通過するように第２ガス導入口を介してエッチングガスを反応チャンバ導入することによって、予熱リングから材料析出物を除去するステップとを含み、第１ガス導入口は、第２ガス導入口の間に配置される。

本発明は、チャンバをエッチングする間に予熱リング上の材料析出物を除去する。この場合、エッチングガスを供給するために設けられた第２ガス導入口を介して、エッチングガスを追加的に供給する。第２ガス導入口は、基板ウエハの処理に関係なく、基板ウエハのコーティングまたは基板ウエハのエッチングに関係ない。したがって、第２ガス導入口は、予熱リングから材料析出物を除去する間のみに使用される。

予熱リングから材料析出物を除去する間に第１ガス導入口から流出するエッチングガスは、ガス排出口に向けた流れ方向を有する。このように形成されたエッチングガス流は、この流れ方向に対して横方向の幅を有し、この幅は、予熱リングの内径以下である。これは、第１ガス導入口の実際の目的に関連している。処理工程に処理ガスおよび／またはエッチングガスを使用したか否かに関わらず、第１ガス導入口を介して反応器に供給されたガス流は、主に基板ウエハを処理するために使用される。基板ウエハを完全にカバーするために、形成されたガス流は、基板ウエハの直径よりも小さくない幅を有する流路で移動しなければならない。しかしながら、処理される基板ウエハに供給されたガスの影響を制限するために、この流路は、実質的に基板ウエハの直径以下である。

本発明の発明者は、第１ガス導入口を介してエッチングガスを導入することによって、予熱リングから材料析出物を除去することが特に有効ではないことを見出した。

本発明は、第１ガス導入口がその間に配置された第２ガス導入口を設け、更なる流れ方向に沿って第２ガス導入口を介してエッチングガスを予熱リング上の材料析出物に向けて導入することによって、この課題を解決した。この解決策によって、より短い時間で予熱リングから材料析出物を除去することができ、処理時間を大幅に短縮することができる。

予熱リングから材料析出物の除去は、コーティングされた基板ウエハを反応チャンバから取り出した後、第１流れ方向に沿って第１ガス導入口を介しておよび第２ガス更なる流れ方向に沿って第２ガス導入口を介してエッチングガスを反応チャンバに導入することを含む。第１流れ方向は、第１ガス導入口から、反応チャンバのガス排出口に向けて方向付けられる。エッチングガスは、エッチングガス流として第１ガス導入口から流出する。このエッチングガス流は、第１流れ方向に対して横断する方向の幅を有し、この幅は、予熱リングの内径以下である。

また、エッチングガスは、第１流れ方向と交差する更なる流れ方向に沿って第２ガス導入口を介して反応チャンバに供給される。したがって、更なる流れ方向は、第１流れ方向に垂直な向きの流れ成分を有する。

半導体材料からなる基板ウエハの選択は、原則的に制限されない。好ましくは、基板ウエハは、コーティングされる単結晶半導体材料を含む半導体ウエハ、例えば、単結晶シリコンからなる半導体ウエハ、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ、または接合された半導体ウエハから選択される。シリコンの代わりに、コーティングされる半導体材料は、別の半導体または化合物半導体、例えばＳｉＧｅまたはＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体であってもよい。

同様に、堆積される層の選択は、原則的に制限されない。堆積される層は、好ましくは、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンもしくは単結晶化合物半導体、例えばＳｉＧｅまたはＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体からなる。特に好ましくは、単結晶シリコンからなるエピタキシャル層を半導体材料からなる基板ウエハ上に堆積させる。

同様に、エッチングガスの選択は、特に制限されない。シリコンを含む層またはシリコンからなる層を堆積させる場合に、使用されるエッチングガスは、好ましくは、塩化水素を含むまたは塩化水素からなる。

コーティング後、コーティングされた基板ウエハを反応チャンバから取り出し、予熱リングから材料析出物の除去を始める、または反応チャンバにおいて更なる基板ウエハのコーティングを始める。好ましくは、予熱リングから材料析出物を除去する前に、複数の半導体材料からなる基板ウエハを連続的にコーティングする。半導体材料からなる基板ウエハにシリコンを含む層またはシリコンからなる層をコーティングする場合、好ましくは、予熱リング上の材料析出物が５０μｍの最小厚さに達した後、予熱リングから材料析出物の除去を始める。予熱リングから材料析出物の除去を始める前に材料析出物が７０μｍ以上に成長することを避けるべきである。

サセプタの表面を保護するために、予熱リングから材料析出物を除去する前に、サセプタ上にダミーウエハを配置することができる。しかしながら、この措置は、絶対に必要というわけではない。

本発明はさらに、基板ウエハ上に層を堆積させるための装置に関する。この装置は、ライナと、上方カバーと、下方カバーとを有する反応チャンバと、基板ウエハを保持するためのサセプタと、サセプタを囲む予熱リングと、第１流れ方向に沿ってサセプタ上を通過するようにガスを反応チャンバに導入するための第１ガス導入口と、第１流れ方向と交差する更なる流れ方向に沿って予熱リング上を通過するようにエッチングガスを反応チャンバに導入するための第２ガス導入口とを備え、第１ガス導入口は、第２ガス導入口の間に配置される。

好ましくは、第２ガス導入口は、対称軸としての第１流れ方向に対して軸対称に設けられ且つ第１円弧および第２円弧に沿う予熱リングの周縁と同心に設けられる。好ましくは、第１円弧および第２円弧は各々、７０°以上１００°以下の中心角αによって決められた長さを有する。

好ましくは、１５〜２０個の第２ガス導入口が、第１円弧および第２円弧に沿って等間隔に設けられている。第２ガス導入口は、好ましくは、５ｍｍ〜７ｍｍの直径を有する円形断面を有する。

第１ガス導入口および／または第２ガス導入口は、１つまたは複数のグループに細分することができる。

ガスインジェクタは、ガスを第１ガス導入口および第２ガス導入口に供給する。換言すれば、ガスインジェクタは、基板ウエハをコーティングする間に、処理ガスを第１ガス導入口に供給し、予熱リングから材料析出物を除去する間に、エッチングガスを第１ガス導入口および第２ガス導入口に供給する。好ましくは、ガスインジェクタは、少なくとも第１ガス導入口および第２ガス導入口を各々制御できるように、すなわち、供給ガスの種類および／または温度および／または圧力および／または流速によって異なるガスを各々供給できるように構成されることができる。同様に、第１ガス導入口および／または第２ガス導入口を複数のグループに細分した場合、各々のグループを各々制御することができる。

本発明の方法の実施形態に関連して説明した特徴は、本発明の装置に同様に適用することができる。逆に、本発明の装置の実施形態に関連して説明した特徴は、本発明の方法に同様に適用することができる。本発明の実施形態のこれらの特徴および他の特徴は、図面および特許請求の範囲において説明される。個々の特徴は、本発明の実施形態として単独にまたは組み合わせて実装されてもよい。さらに、これらの特徴は、独立して保護可能な好ましい実施形態を説明することができる。

以下、図面を参照して、本発明を説明する。

本発明の実施に適した基板ウエハ上に層を堆積するための装置を示す図である。 本発明に係る装置の特徴を示す斜視図である。 本発明に係る装置の特徴を示す上面図である。

本発明の例示的な実施形態の詳細な説明
図１に示された装置は、基板ウエハ上に層を堆積させるためのものであり、反応チャンバ３を備える。反応チャンバ３は、上方カバー１と、下方カバー２と、上方ライナ７と、下方ライナ８とを含み、反応空間を囲む。反応チャンバ３の外側に設けられた上方ランプアレイおよび下方ランプアレイは、図示されていない。

基板ウエハ４は、サセプタ５上に載置され、キャリアのアームによって下方から回転可能に支持されている。基板ウエハ４は、サセプタ５上に載置され、コーティング後、サセプタ５を貫通するリフティングピンによってサセプタ５から持ち上げられてもよい。

基板ウエハ４をコーティングする間に、処理ガスは、上方ライナ７に設けられた第１ガス導入口９を介して反応チャンバ３内に導入され、第１流れ方向に沿って基板ウエハ上を通過して第１ガス排出口１１に供給される。また、サセプタ５の下方で洗浄ガスを第２ガス排出口１３に供給するために、下方ガス導入口１２および第２ガス排出口１３を任意に設けてもよい。

上方ライナ７は、図２の斜視図に示されている。第１ガス導入口９のほかに、第２ガス導入口１０が設けられている。予熱リングから材料析出物を除去するために、エッチングガスは、第１ガス導入口９および第２ガス導入口１０を介して反応チャンバに供給され、第１ガス排出口１１を介して反応チャンバから排出される。

図３は、図２の上方ライナ７と、予熱リング６と、サセプタ５と、基板ウエハ４とを含む構造を示す上面図である。基板ウエハ４上に層を堆積する間に、長い矢印で示された処理ガスは、第１流れ方向に沿って基板ウエハ４上を通過して第１ガス排出口に流れる。第１ガス導入口９から導入された処理ガス流の幅は、好ましくは、基板ウエハの直径より大きく、予熱リングの内径以下である。ガスを第１ガス導入口９および第２ガス導入口１０に各々供給するためのガスインジェクタは、図示されていない。基板ウエハ４上に層を堆積する間に、第２ガス導入口からガスを供給しない。

短い矢印は、エッチングガスが流れる更なる流れ方向を表す。反応チャンバからコーティングされた基板ウエハ４を取り出した後、予熱リング６から材料析出物を除去するために、エッチングガスは、第２ガス導入口１０を介して、更なる流れ方向に沿って予熱リング６上を通過するように供給される。同時に、エッチングガスは、第１流れ方向に沿って第１ガス導入口を介して反応チャンバに導入される。第１ガス導入口を介して導入されたエッチングガス流の幅は、好ましくは、処理ガス流の幅に対応する。更なる流れ方向は、第１流れ方向と交差し、そのため、それぞれ第１流れ方向に垂直な向きの流れ成分を有する。

実施例
本発明は、実際に試験されている。シリコンからなるエピタキシャル層をシリコンから基板ウエハ上に堆積させた。本発明の方法を使用することによって、第１ガス導入口のみを使用して予熱リングから材料析出物を除去する方法に比べて、予熱リングから材料析出物を除去するのにかかる時間を最大４０％に短縮することができる。

上記で説明した例示的な実施形態は、例示として理解されるべきである。本開示は、当業者が本発明および関連する利点を理解することを可能にすると共に、記載された構造および方法の変更および修正を含むことが当業者にとって明らかである。したがって、そのような変更および修正並びにその均等物は、特許請求の範囲によって保護される。

１ 上方カバー、２ 下方カバー、３ 反応チャンバ、４ 基板ウエハ、５ サセプタ、６ 予熱リング、７ 上方ライナ、８ 下方ライナ、９ 第１ガス導入口、１０ 第２ガス導入口、１１ 第１ガス排出口、１２ 下方ガス導入口、１３ 第２ガス排出口

Claims (8)

1. コーティングされた半導体ウエハを製造するための方法であって、
   サセプタ上に配置された半導体材料からなる基板ウエハ上に層を堆積させるために、第１流れ方向に沿って前記基板ウエハ上を通過するように第１ガス導入口を介して処理ガスを反応チャンバに導入するステップを含み、前記処理ガスから由来する材料は、前記サセプタの周囲に設けられた予熱リング上に析出され、
   前記反応チャンバから前記コーティングされた基板ウエハを取り出すステップと、
   前記反応チャンバから前記コーティングされた基板ウエハを取り出した後、前記第１流れ方向に沿って前記第１ガス導入口を介してエッチングガスを前記反応チャンバに導入し、前記第１流れ方向と交差する更なる流れ方向に沿って前記予熱リング上を通過するように第２ガス導入口を介して前記エッチングガスを前記反応チャンバに導入することによって、前記予熱リングから前記材料の析出物を除去するステップとを含み、前記第１ガス導入口は、前記第２ガス導入口の間に配置される、方法。
2. 前記エッチングガスを前記反応チャンバに導入する前に、半導体材料からなる基板ウエハ上に層の堆積を繰り返し、前記予熱リング上の前記材料の析出物が最小厚さに達したときに、前記反応チャンバから前記コーティングされた基板ウエハを取り出すステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記エッチングガスは、塩化水素を含み、
   前記予熱リング上の前記材料の析出物は、５０μｍの最小厚さを有し、シリコンを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記基板ウエハ上にシリコンからなるエピタキシャル層を堆積させるステップを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 基板ウエハ上に層を堆積させるための装置であって、
   ライナと、上方カバーと、下方カバーとを有する反応チャンバと、
   前記基板ウエハを載置するためのサセプタと、
   前記サセプタを囲む予熱リングと、
   第１流れ方向に沿って前記サセプタ上を通過するようにガスを前記反応チャンバに導入するための第１ガス導入口と、
   前記第１流れ方向と交差する更なる流れ方向に沿って前記予熱リング上を通過するようにエッチングガスを前記反応チャンバ導入するための第２ガス導入口とを備え、
   前記第１ガス導入口は、前記第２ガス導入口の間に配置される、装置。
6. 前記第２ガス導入口は、対称軸としての前記第１流れ方向に対して軸対称に設けられ且つ第１円弧および第２円弧に沿う前記予熱リングの周縁と同心に設けられ、
   前記第１円弧および前記第２円弧は各々、７０°以上１００°以下の中心角αによって決められた長さを有する、請求項５に記載の装置。
7. 前記第１円弧および前記第２円弧に沿って等間隔に設けられた１５〜２０個の前記第２ガス導入口を有する、請求項６に記載の装置。
8. 前記反応チャンバは、エピタキシャル反応器として構成されている、請求項５〜７のいずれか１項に記載の装置。

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