JP2020088322A - Epitaxial wafer manufacturing method and device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法および装置に関するものである。 The present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method and apparatus.
シリコンエピタキシャルウェーハの製造において、複数のシリコンウェーハに対して同時にエピタキシャル成長処理をするバッチ方式のエピタキシャル成長装置以外に、大口径のシリコンウェーハにも対応可能な枚葉式のエピタキシャル成長装置が使用される。この種の枚葉式のエピタキシャル成長装置は、エピタキシャル成長炉のチャンバ内でサセプタに載置されたウェーハを高温に加熱するとともに回転させ、水素キャリアによるシリコン反応ガスを導入し、ウェーハの表面にシリコン薄膜を成長させる。シリコンエピタキシャル成長の反応ガスとしては、モノシランガス(SiH4)や塩化シランガス(SiH2Cl2,SiHCl3)等が用いられる。 In the production of silicon epitaxial wafers, a single-wafer type epitaxial growth apparatus that is applicable to a large-diameter silicon wafer is used in addition to a batch-type epitaxial growth apparatus that simultaneously performs epitaxial growth processing on a plurality of silicon wafers. This type of single-wafer type epitaxial growth apparatus heats and rotates a wafer placed on a susceptor in a chamber of an epitaxial growth furnace to a high temperature, introduces a silicon reaction gas by hydrogen carriers, and deposits a silicon thin film on the surface of the wafer. Grow. As a reaction gas for silicon epitaxial growth, monosilane gas (SiH 4 ) or silane chloride gas (SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 ) or the like is used.
この反応過程では、アモルファスシリコンや塩化シランポリマー等の材料ガスの生成物が、チャンバ内の壁面やサセプタ等に付着して堆積する。この堆積物が、エピタキシャル成長過程中に剥がれて、ウェーハ上に付着すると、不純物としてウェーハの薄膜内に混入してウェーハの品質が低下するおそれがある。このため、順次のウェーハのエピタキシャル成長処理の間に、チャンバ内に塩化水素ガスや三フッ化塩素ガス等のクリーニングガスを供給し、堆積物を除去するためのクリーニング処理が行われる。なお、ウェーハ1枚のエピタキシャル成長処理ごとにクリーニング処理を行うと生産性が低下することから、複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、チャンバ内のクリーニング処理を1回実施する、いわゆるマルチデポ処理方法が行われることもある(特許文献1)。 In this reaction process, a product of a material gas such as amorphous silicon or a silane chloride polymer adheres and deposits on the wall surface in the chamber, the susceptor, or the like. If this deposit is peeled off during the epitaxial growth process and adheres to the wafer, it may be mixed in the thin film of the wafer as an impurity to deteriorate the quality of the wafer. Therefore, a cleaning gas such as hydrogen chloride gas or chlorine trifluoride gas is supplied into the chamber during the sequential epitaxial growth process of the wafer to perform a cleaning process for removing deposits. Since the productivity decreases if the cleaning process is performed for each epitaxial growth process of one wafer, the cleaning process in the chamber is performed once after the epitaxial growth processes are continuously performed a plurality of times. A treatment method may be performed (Patent Document 1).
しかしながら、デバイス構造に基づき、シリコンウェーハの表面のシリコンエピタキシャル薄膜質も高品質化、高精度化が進み、上記マルチデポ処理方法を行うと、チャンバ内のクリーニング処理を実施した後の第1回のエピタキシャル成長処理によるエピタキシャル層の品質(たとえば膜厚)と、第2回以降のエピタキシャル成長処理によるエピタキシャル層の品質(たとえば膜厚)とがばらついて、品質が安定しないという問題があった。 However, based on the device structure, the quality of the silicon epitaxial thin film on the surface of the silicon wafer has also been improved and the accuracy has been improved. When the above multi-deposition treatment method is performed, the first epitaxial growth after the cleaning treatment in the chamber is performed. There is a problem that the quality (for example, film thickness) of the epitaxial layer by the treatment and the quality (for example, film thickness) of the epitaxial layer by the second and subsequent epitaxial growth treatments vary, and the quality is not stable.
本発明が解決しようとする課題は、複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、チャンバ内のクリーニング処理を1回実施するマルチデポ処理を行う場合に、エピタキシャルウェーハの品質を安定させ、且つエピタキシャル成長処理条件などの設備状態を一定に保ち得るエピタキシャルウェーハの製造方法および装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to stabilize the quality of an epitaxial wafer when performing a multi-deposition process in which a cleaning process in a chamber is performed once after continuously performing an epitaxial growth process a plurality of times, and It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for manufacturing an epitaxial wafer, which can keep equipment conditions such as epitaxial growth processing conditions constant.
本発明は、エピタキシャル成長炉のチャンバ内にウェーハを1枚ずつ投入し、
非接触式温度センサにより前記ウェーハの表面の温度を計測しつつ、当該検出された温度が所定温度範囲になるように前記チャンバ内を加熱する加熱器の出力を制御し、
前記チャンバ内に反応ガスを供給しながらウェーハの表面にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を1回実施するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記クリーニング処理を終了してから第1回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、エピタキシャル成長処理を実施するエピタキシャルウェーハの製造方法によって上記課題を解決する。
The present invention puts wafers one by one into a chamber of an epitaxial growth furnace,
While measuring the temperature of the surface of the wafer by a non-contact temperature sensor, controlling the output of the heater to heat the inside of the chamber so that the detected temperature is within a predetermined temperature range,
A method of manufacturing an epitaxial wafer, wherein an epitaxial layer is vapor-phase grown on a surface of a wafer while supplying a reaction gas into the chamber,
In a method of manufacturing an epitaxial wafer, after performing a plurality of epitaxial growth treatments in succession, a cleaning treatment for removing deposits deposited in the chamber is performed once,
The waiting time from the end of the cleaning process to the loading of the first wafer into the chamber is such that the fluctuation rate of the output of the heater during the multiple epitaxial growth processes falls within a predetermined range. The above problem is solved by an epitaxial wafer manufacturing method in which the time is set and an epitaxial growth process is performed.
本発明において、前記待機時間は、前記クリーニング処理を終了してから第1回のエピタキシャル成長処理を実施する際の前記加熱器の出力と、第2回以降のエピタキシャル成長処理を実施する際の前記加熱器の出力との変動率が、±0.5%の範囲に入る時間であることがより好ましい。 In the present invention, the standby time is the output of the heater when the first epitaxial growth process is performed after the cleaning process is finished, and the heater when the second and subsequent epitaxial growth processes are performed. It is more preferable that the variation rate with the output of is within a range of ±0.5%.
本発明において、前記エピタキシャル成長炉の上部には石英製上側ドームが設けられ、前記非接触式温度センサは、前記エピタキシャル成長炉の外から前記石英製ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出するように構成することができる。 In the present invention, a quartz upper dome is provided in the upper part of the epitaxial growth furnace, and the non-contact temperature sensor detects the temperature of the surface of the wafer from outside the epitaxial growth furnace through the quartz dome. Can be configured to.
本発明において、前記非接触式温度センサは、たとえば赤外線放射温度センサである。 In the present invention, the non-contact temperature sensor is, for example, an infrared radiation temperature sensor.
また本発明は、少なくとも石英製上側ドームを有する枚葉式のエピタキシャル成長炉と、
ウェーハを載置するサセプタと、
前記エピタキシャル成長炉のチャンバ内へ反応ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバ内を加熱する加熱器と、
前記チャンバの外から前記石英製上側ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出する赤外線放射温度センサと、
前記赤外線放射温度センサにより検出された温度が所定温度範囲になるように前記加熱器の出力を制御するとともに、前記ガス供給系を制御する制御器と、を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記制御器は、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を1回実施するように前記ガス供給系を制御し、
前記クリーニング処理を終了してから第1回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、
前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間に達するまでは、前記第1回のウェーハの投入を禁止し、前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間を超えたら、前記第1回のウェーハの投入を許可するエピタキシャルウェーハの製造装置によっても上記課題を解決する。
Further, the present invention is a single-wafer type epitaxial growth furnace having at least a quartz upper dome,
A susceptor for mounting a wafer,
A gas supply system for supplying a reaction gas or a cleaning gas into the chamber of the epitaxial growth furnace;
A heater for heating the inside of the chamber,
An infrared radiation temperature sensor for detecting the temperature of the surface of the wafer from outside the chamber through the quartz upper dome;
While controlling the output of the heater so that the temperature detected by the infrared radiation temperature sensor falls within a predetermined temperature range, and a controller that controls the gas supply system, in an epitaxial wafer manufacturing apparatus,
The controller is
The gas supply system is controlled so that the cleaning process for removing the deposit accumulated in the chamber is performed once after the epitaxial growth process is continuously performed a plurality of times,
The waiting time from the end of the cleaning process to the loading of the first wafer into the chamber is such that the fluctuation rate of the output of the heater during the plurality of epitaxial growth processes falls within a predetermined range. Set in time,
Until the time from the end of the cleaning process reaches the waiting time, the first wafer loading is prohibited, and if the time from the end of the cleaning process exceeds the waiting time, The above problem is also solved by an epitaxial wafer manufacturing apparatus that permits the first wafer loading.
本発明によれば、クリーニング処理を終了してから第1回のウェーハをチャンバ内に投入するまでの待機時間を、複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定するので、マルチデポ処理を行う場合に、エピタキシャルウェーハの品質を安定させることができ、且つエピタキシャル成長処理条件などの設備状態を一定に保つことができる。 According to the present invention, the waiting time from the end of the cleaning process until the first wafer is loaded into the chamber is determined by the fluctuation rate of the output of the heater when the epitaxial growth process is performed a plurality of times within a predetermined range. Since the time is set to the start time, the quality of the epitaxial wafer can be stabilized and the equipment conditions such as the epitaxial growth processing conditions can be kept constant when performing the multi-depot processing.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造装置Aの一実施の形態を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an epitaxial wafer manufacturing apparatus A of the present invention.
図1に示すように、エピタキシャル成長炉1は、シリコンウェーハWにエピタキシャル層を形成するためのチャンバ11を有する。このチャンバ11は、上側ドーム12と、下側ドーム13と、これら上側ドーム12及び下側ドーム13を固定して支持するドーム取り付け体14とにより構成される。上側ドーム12および下側ドーム13は、石英などの透明な材料から構成され、エピタキシャル成長炉1の上方および下方に複数配置された複数のハロゲンランプ15により、後述するサセプタ16およびサセプタ16に載置されるシリコンウェーハWが加熱される。複数のハロゲンランプ15は、図1にその一部を示すように、エピタキシャル成長炉1の上方と下方とのそれぞれに環状に配置され、駆動部24により各ハロゲンランプ15の出力が制御され、当該駆動部24は制御器5からの制御信号により制御される。
As shown in FIG. 1, the
エピタキシャル成長炉1は、さらに、チャンバ11を上部空間11aと下部空間11bとに仕切るサセプタ16を備える。サセプタ16は、円板形状とされ、サセプタ回転軸17に連なる支持アーム18によってその下面の外周部に固定され、サセプタ回転軸17を回転駆動することにより回転する。また、サセプタ16の外周部には、その周方向に向かって120度毎に合計3本の貫通孔が形成されている。各貫通孔には、シリコンウェーハWを昇降させる昇降ピン19が遊挿されている。昇降ピン19の昇降は、リフトアーム20により行われる。これらサセプタ回転軸17の回転駆動、リフトアーム20の昇降駆動は、駆動部21により行われ、当該駆動部21は、制御器5からの指令信号により制御される。
The
なお、サセプタ16の材質は、エピタキシャル層を形成する際に不純物が混入するのを防止するため、サセプタ16の表面がSiCにより形成されていればよく、被コーティング材の材質は特に限定されない。一般的に炭素基材の表面にシリコンカーバイド(SiC)被膜をコーティングしたものが多く用いられるが、サセプタ16の全体がSiCで形成されていてもよい。
The material of the
ドーム取り付け体14の、サセプタ16の上面と略等しい高さ位置には、ガス供給口22とガス排出口23とが対向して配置されている。エピタキシャル成長処理時において、ガス供給口22からは、チャンバ11の内部にトリクロロシラン(SiHCl3)などのシリコン反応ガスを水素ガス(H2ガス)等のキャリアガスで希釈し、それに必要に応じてジボラン(B2H6)等のドーパントを微量混合した混合ガスが、シリコンウェーハWの上部表面に対して平行(水平方向)に供給される。この供給された混合ガスは、シリコンウェーハWの表面を通過してエピタキシャル層を成長させた後、ガス排出口23よりチャンバ11の外に排出される。
A
一方、クリーニング処理時には、図示しないウェーハ搬送機構により図示しないゲートバルブを通過してシリコンウェーハWがチャンバ11より搬出された状態で、所定の手順に従い塩化水素(HCl)ガス等のクリーニングガスをガス供給口22からチャンバ11に導入し、ガス排出口23から排出する。これにより、サセプタ16などに付着した堆積物をドライエッチングにより除去する。こうした反応ガスやクリーニングガスの供給・排出は、ガス供給系3により行われ、当該ガス供給系3は、制御器5からの制御信号により制御される。
On the other hand, during the cleaning process, a cleaning gas such as hydrogen chloride (HCl) gas is supplied according to a predetermined procedure while the silicon wafer W is unloaded from the
エピタキシャル成長炉1の上方の中央部には、赤外線放射温度センサ4が設けられ、シリコンウェーハWから放射される赤外線の量を、上側ドーム12を介して光学的に検出し、これによりシリコンウェーハWの表面の温度を非接触で検出する。なお、物体はその表面から赤外線を放射しており、物体表面の温度は赤外線の量によって決まるところ、赤外線は空間を伝ってエネルギーを運ぶという特徴がある。赤外線放射温度センサ4は、この空間を伝ってきた赤外線を光学的に読み取り、物体とセンサを接触させることなく温度を測定する。赤外線放射温度センサ4により検出された検出信号は制御器5に読み出され、制御器5は、これにより検出されたシリコンウェーハWの表面温度に応じて駆動部24からハロゲンランプ15の出力を、たとえばPID制御(Proportional Integral Differential Controller)する。すなわち、エピタキシャル成長処理時にはシリコンウェーハWの表面温度が所定温度範囲になるように駆動部24を制御して各ハロゲンランプ15の出力を制御する。たとえば、検出されたシリコンウェーハWの表面温度が所定温度範囲より低い場合はハロゲンランプ15の出力を増加させ、所定温度範囲より高い場合はハロゲンランプ15の出力を減少させる制御を実行する。
An infrared
制御器5は、CPU,ROM及びRAMなどを有するコンピュータで構成され、図示しないウェーハ搬送機構およびゲートバルブ、ガス供給系3、ハロゲンランプ15の駆動部24、サセプタ16の駆動部21を制御する。そのため、エピタキシャルウェーハを製造するためのプロセスシーケンスおよび制御パラメータ(温度、圧力、ガスの種類及びガスの流量、時間などの制御目標値)に関する装置の処理プログラム(以下、プロセスレシピともいう)と、エピタキシャル成長炉および排気管をクリーニングするためのプロセスシーケンスおよび制御パラメータに関する処理プログラム(以下、クリーニングレシピともいう)が確立され、エピタキシャル成長処理時にはプロセスレシピが読み出されて、ウェーハ搬送機構、ゲートバルブ、ガス供給系3、ハロゲンランプ15の駆動部24及びサセプタ16の駆動部21を制御し、クリーニング処理時にはクリーニングレシピが読み出されて、ウェーハ搬送機構、ゲートバルブ、ガス供給系3、ハロゲンランプ15の駆動部24及びサセプタ16の駆動部21を制御する。
The
本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置Aでは、いわゆるマルチデポ処理が実行される。マルチデポ処理とは、複数回のエピタキシャル製造処理を連続して実施したのちに、チャンバ11内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を1回実施する操業方式をいう。マルチデポ処理の一例を図2に示す。図示する例では、第1回、第2回及び第3回という3回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、1回のクリーニング処理を実施し、これを繰り返す。
In the epitaxial wafer manufacturing apparatus A of this embodiment, a so-called multi-depot process is executed. The multi-depot treatment refers to an operation system in which after performing the epitaxial manufacturing treatment a plurality of times in succession, a cleaning treatment for removing deposits accumulated in the
エピタキシャル成長炉1の一側面には、図示しないゲートバルブ及びロードロック室が設けられ、エピタキシャル成長処理前のシリコンウェーハWは、ロードロック室からゲートバルブを介してチャンバ11内へ投入され、エピタキシャル成長処理後のシリコンウェーハWは、ゲートバルブを介してロードロック室へ取り出される。すなわち、図示しないゲートバルブを開いてチャンバ11から成膜後のシリコンエピタキシャルウェーハWを、図示しないウェーハ搬送機構によりゲートバルブを介して搬出する。そして、ゲートバルブを閉じ、駆動部24を制御してハロゲンランプ15の出力を制御してエピタキシャル成長炉1のチャンバ11内の温度を所定温度に昇温し、ガス供給系3を制御して、チャンバ11内に塩化水素ガスや三フッ化塩素ガス等のクリーニングガスを所定時間供給し、堆積物を除去する(クリーニング処理)。次いで、ハロゲンランプ15をOFFするとともに、エピタキシャル成長炉1のチャンバ11内を水素ガスでパージして冷却する。ここで、前記所定温度(クリーニング処理温度)への昇温は、1130℃から1250℃が好ましく、温度が高いほどクリーニングガスの供給時間を短くできる。そして、前記クリーニングガスを供給する所定時間は、チャンバ内に堆積したシリコン堆積物を除去し、石英製の上側ドーム12の内壁に付着するシリコン堆積物も除去する程度の時間に設定する。クリーニング処理温度は、後述するエピタキシャル成長処理の温度よりも高く設定することが好ましい。これにより、シリコン堆積物を短時間でクリーニングすることができる。
A gate valve and a load lock chamber (not shown) are provided on one side surface of the
クリーニング処理を終了すると、チャンバ11内に成膜前のシリコンウェーハWを投入したのち、駆動部24を制御してハロゲンランプ15の出力を制御してチャンバ11の内部温度を1000〜1200℃の間で所定温度に昇温し、ガス供給系3を制御して、チャンバ11内にモノシランガス(SiH4)や塩化シランガス(SiH2Cl2,SiHCl3)等の反応ガスを、水素または不活性ガス等のキャリアガスとともに所定時間供給し、シリコンウェーハWの表面にエピタキシャル層を成膜する(エピタキシャル成長処理)。次いで、ハロゲンランプ15をOFFするとともに、チャンバ11内を水素ガスでパージして冷却したのち、チャンバ11から成膜後のシリコンエピタキシャルウェーハWを搬出するとともに、次の成膜前のシリコンウェーハWを投入し、第1回のエピタキシャル成長処理と同様にエピタキシャル成長処理を行う。こうしたエピタキシャル成長処理を3回繰り返したのち、上述したクリーニング処理を行う。
When the cleaning process is completed, a silicon wafer W before film formation is loaded into the
ここで、本発明者が探求したところ、クリーニング処理温度をエピタキシャル成長処理温度より高く設定した条件下において、クリーニング処理を終了してから第1回のエピタキシャル成長処理を行うまでの間の時間により、成膜されたシリコンエピタキシャルウェーハWの膜厚がばらつくことが判明した。図3は、クリーニング処理温度をエピタキシャル成長処理温度より高く設定した条件下、同じエピタキシャルウェーハの製造装置Aを用いて同じ条件でクリーニング処理と3回のエピタキシャル成長処理とを行った場合において、クリーニング処理を終了してから第1回のエピタキシャル成長処理を行うまでの間の時間(以下、待機時間ともいい、チャンバ11の冷却時間でもある。)を、0秒、60秒、120秒、180秒、240秒及び300秒としたときのエピタキシャル層のウェーハの中心の相対膜厚を測定した確認実験の結果を示すグラフである。なお、エピタキシャルの厚さは4μmで行った。この確認実験の結果によれば、第2回の膜厚と第3回の膜厚との増減率は、どの水準であっても0.2%以下の増加または減少で、さほど差はないが、第1回の膜厚と第2回以降の膜厚との増減率は、0.5%を超える値で減少することがわかり、これは無視できないくらいに大きい。そして、待機時間が短いほど第1回の膜厚が厚く、待機時間が長いほど第1回の膜厚が薄い。よって、適当の時間を選定すれば、第1回の膜厚と第2回以降の膜厚との増減率が小さくなることが分かる。なお、前記増減率は、(((n+1)回目の値[μm]−n回目の値[μm])の絶対値)/n回目の値[μm]×100[%]、(ただしnは1以上の数値)で定義した値とする。 Here, the inventors of the present invention have sought to find that, under the condition that the cleaning treatment temperature is set higher than the epitaxial growth treatment temperature, the film formation is performed depending on the time between the completion of the cleaning treatment and the first epitaxial growth treatment. It was found that the film thickness of the formed silicon epitaxial wafer W varies. FIG. 3 shows that the cleaning process ends when the cleaning process and the epitaxial growth process are performed three times under the same conditions using the same epitaxial wafer manufacturing apparatus A under the condition that the cleaning process temperature is set higher than the epitaxial growth process temperature. The time (hereinafter, also referred to as standby time, which is also the cooling time of the chamber 11) between the first and the first epitaxial growth treatment is 0 seconds, 60 seconds, 120 seconds, 180 seconds, 240 seconds, and It is a graph which shows the result of the confirmation experiment which measured the relative film thickness of the center of the wafer of an epitaxial layer when it was 300 seconds. The epitaxial thickness was 4 μm. According to the result of this confirmation experiment, the increase/decrease rate of the film thickness of the second time and the film thickness of the third time is increased or decreased by 0.2% or less at any level, which is not so different. It was found that the increase/decrease rate of the film thickness of the first time and the film thickness of the second time and thereafter decreased at a value exceeding 0.5%, which is not negligible. The shorter the waiting time, the thicker the first film thickness, and the longer the waiting time, the thinner the first film thickness. Therefore, it can be understood that the increase/decrease rate of the film thickness of the first time and the film thickness of the second time and thereafter is reduced by selecting an appropriate time. The rate of increase/decrease is ((absolute value of ((n+1)th value [μm]-nth value [μm]))/nth value [μm]×100[%] (where n is 1 The value defined above is used.
エピタキシャル成長処理時のエピタキシャル層の膜厚は、シリコンウェーハWの表面温度が高いほど厚くなるので、制御器5は、赤外線放射温度センサ4により検出したシリコンウェーハWの表面温度に応じてハロゲンランプ15の出力をPID制御し、シリコンウェーハWの表面温度が所定温度範囲になるように制御する。図4は、上述した確認実験における赤外線放射温度センサ4により検出されたシリコンウェーハWの表面の相対温度の測定結果を示すグラフである。この結果によれば、第1回から第3回までシリコンウェーハWの表面温度は所定温度範囲に維持されている。このようにシリコンウェーハWの表面温度が所定温度範囲に維持されているにも拘らず、図3に示すように第1回の膜厚と第2回以降の膜厚との差が大きくなっている。尚、シリコンウェーハWの表面温度の変動は、±1度以下が好ましい。
Since the film thickness of the epitaxial layer during the epitaxial growth process becomes thicker as the surface temperature of the silicon wafer W increases, the
ちなみに、図5は、上述した確認実験におけるハロゲンランプ15の相対出力の変動を測定した結果を示すグラフである。この結果によれば、待機時間が短いほどハロゲンランプ15の出力が小さく制御され、待機時間が長いほどハロゲンランプ15の出力が大きく制御されている。これは、待機時間が短いほどエピタキシャル成長炉1の内部温度が高い状態で維持されるのでハロゲンランプ15の出力が小さくなる方向の制御が実行され、待機時間が長いほどエピタキシャル成長炉1の内部温度が低下するのでハロゲンランプ15の出力が大きくなる方向の制御が実行されるためであると考えられる。
By the way, FIG. 5 is a graph showing the result of measuring the fluctuation of the relative output of the
しかしながら、図4及び図5に示すように、赤外線放射温度センサ4により検出されたシリコンウェーハWの表面温度が所定温度範囲になるようにハロゲンランプ15の出力をPID制御しているにも拘らず、図3に示すように第1回の膜厚がばらつくのは、何か他の要因があるものと推察される。そこで、本発明者は、上側ドーム12の温度に着目し、図に記載していない石英表面を測定可能な赤外線放射温度センサを用い、上述した確認実験における上側ドーム12の温度をエピタキシャル成長処理時に測定した。この結果を図6に示す。図6は、クリーニング処理温度をエピタキシャル成長処理の温度よりも高く設定した条件下において、待機時間を0秒、60秒、120秒、180秒、240秒及び300秒としたときの上側ドーム12の相対温度を測定した確認実験の結果を示すグラフである。この結果によれば、待機時間が短いほど上側ドーム12の温度が高く、待機時間が長いほど上側ドーム12の温度が低い。すなわち、図6の結果と図3の結果を併せると、上側ドーム12の温度が高いほど第1回の膜厚が厚く、上側ドーム12の温度が低いほど第1回の膜厚が薄い結果となり、温度と膜厚との関係が整合する。したがって、上側ドーム12の温度を制御すれば、図3に示す第1回の膜厚のバラツキを抑制することができるものと推察される。なお、石英表面を測定可能な赤外線放射温度センサは、赤外線放射温度センサ4と異なる測定波長とする。具体的には、赤外線放射温度センサ4の検出範囲が0.9〜0.97μmに対し4.8〜5.2μmを用いる。
However, as shown in FIGS. 4 and 5, although the output of the
図7は、上記確認実験において使用したものと同じエピタキシャルウェーハの製造装置Aを用いて同じ条件でクリーニング処理と3回のエピタキシャル成長処理とを行った場合において、待機時間と、第1回から第3回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム12の相対温度との関係を測定した結果を示すグラフである。この結果によれば、上側ドーム12の温度がばらつくのは第1回のエピタキシャル成長処理の場合のみであり、第2回及び第3回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム12の温度は殆んど一定となっている。したがって、主として第1回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム12の温度、すなわちクリーニング処理後の待機時間を制御すれば、図3に示す第1回の膜厚のバラツキを抑制することができるものと推察される。さらに、上側ドーム12の温度は、前記石英表面を測定可能な赤外線放射温度センサにて、全てのエピタキシャル成長処理時において±10度以下、好ましくは±5度以下となるように前記待機時間を設定することができる。
FIG. 7 shows the waiting time and the first to the third time when the cleaning process and the epitaxial growth process were performed three times under the same conditions using the same epitaxial wafer manufacturing apparatus A as that used in the confirmation experiment. It is a graph which shows the result of having measured the relation with the relative temperature of the
こうした上側ドーム12の温度により第1回のエピタキシャル成長処理後の膜厚がばらつくのは、以下の理由によるものと推察される。すなわち、待機時間が短い場合には、PID制御によってハロゲンランプ15の出力が抑制されているものの上側ドーム12の温度が高く、上側ドーム12からの輻射熱によって、シリコンウェーハWの実際の表面温度が、赤外線放射温度センサ4により検出された温度より高くなっているものと推察される。したがって実際の膜厚が目標膜厚より厚くなる。これに対して、待機時間が長い場合は、上側ドーム12の温度が充分に低くなり当該上側ドーム12からの輻射熱の影響が極めて小さい。したがって、シリコンウェーハWの実際の表面温度は、赤外線放射温度センサ4により検出されたシリコンウェーハWの表面温度との乖離が小さくなり、PID制御されたハロゲンランプ15の出力に応じた表面温度となるため、目標とされる膜厚になるものと推察される。
The variation in the film thickness after the first epitaxial growth treatment due to the temperature of the
以上の確認実験により、本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置Aにおいては、エピタキシャル成長処理時のプロセスレシピを複数準備することなく、待機時間をエピタキシャルウェーハの製造装置Aの固有値に設定することで、図3に示す第1回のエピタキシャル成長処理後の膜厚と、第2回以降のエピタキシャル成長処理後の膜厚とのバラツキを小さくすることができる。待機時間は、エピタキシャルウェーハの製造装置Aの個体差やプロセスレシピの条件により異なると予想されるため、エピタキシャルウェーハの製造装置Aごと及びプロセスレシピごとに、待機時間を複数設定した場合の第1回のエピタキシャル成長処理時のエピタキシャル層の膜厚と第2回以降のエピタキシャル成長処理時の膜厚とのデータを実験又はコンピュータシミュレーションにより取得しておき、これら膜厚の増減率が所定の許容範囲に入るときの待機時間の範囲を予め取得する。そして、実際の生産時には、こうして取得した待機時間の範囲を用いて、クリーニング処理を終了してからの時間が待機時間の範囲にある場合は、次のウェーハの投入を許可し、クリーニング処理を終了してからの時間が待機時間の範囲にない場合は、次のウェーハの投入を禁止するように制御器5により制御する。さら加えて、上側ドーム温度も同様に取得しておき上側ドーム温度が所定の許容範囲に入るときの待機時間の範囲を取得することもできる。設備状態における特に石英製上側ドームにおいて、温度を安定させることで、ハロゲンランプ15の出力もさらに安定させることができる。次のウェーハの投入の許可及び禁止は、制御器5により図示しないウェーハ搬送機構を制御することにより行うことができる。なお、増減率の所定の範囲とは、±0.5%以下が好ましく、±0.2%以下がより好ましい。ここで、±で表示するときは増加および減少方向を表す。
According to the above confirmation experiment, in the epitaxial wafer manufacturing apparatus A of the present embodiment, the standby time is set to the unique value of the epitaxial wafer manufacturing apparatus A without preparing a plurality of process recipes for the epitaxial growth process. It is possible to reduce the variation between the film thickness after the first epitaxial growth process shown in 3 and the film thickness after the second epitaxial growth process. Since the standby time is expected to vary depending on the individual difference of the epitaxial wafer manufacturing apparatus A and the conditions of the process recipe, the first time when a plurality of standby times are set for each epitaxial wafer manufacturing apparatus A and each process recipe Data of the film thickness of the epitaxial layer during the epitaxial growth process and the film thickness during the second and subsequent epitaxial growth processes is acquired by experiment or computer simulation, and the increase/decrease rate of these film thicknesses falls within a predetermined allowable range. The range of the waiting time of is acquired in advance. Then, during the actual production, using the range of the waiting time thus acquired, if the time after the cleaning process is finished is within the range of the waiting time, the next wafer is permitted to be input and the cleaning process is finished. If the time after that is not within the range of the waiting time, the
上述したとおり、マルチデポ処理における第1回のエピタキシャル成長処理時の膜厚と第2回以降のエピタキシャル成長処理時の膜厚は、上側ドーム12の温度に強く相関するため、図6に示すように複数の待機時間に対する上側ドーム12の温度を計測し、第1回のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム12の温度と、第2回以降のエピタキシャル成長処理時の上側ドーム12の温度との変動率が所定範囲内に入る待機時間の範囲を予め求めてもよい。またこれに代えて、マルチデポ処理における第1回のエピタキシャル成長処理時の膜厚と第2回以降のエピタキシャル成長処理時の膜厚は、ハロゲンランプ15の出力にも強く相関するため、図5に示すように複数の待機時間に対するハロゲンランプ15の出力を計測し、第1回のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ15の出力と、第2回以降のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ15の出力との変動率が所定範囲内に入る待機時間の範囲を予め求めてもよい。
As described above, the film thickness during the first epitaxial growth process and the film thickness during the second and subsequent epitaxial growth processes in the multi-deposition process have a strong correlation with the temperature of the
図5に示すハロゲンランプ15の出力の変動率と図3に示すエピタキシャル膜の増減率の結果を表1に示す。なお、ハロゲンランプ15の出力の変動率を(第2回以降のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ15の出力−第1回のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ15の出力)÷(第1回のエピタキシャル成長処理時のハロゲンランプ15の出力)と定義する。また、エピタキシャル層の膜厚の増減率は、第1回と第2回の膜厚の増減率を上記定義に基づき表1に示す。
図5に示すエピタキシャルウェーハの製造装置Aの結果においては、待機時間が0秒のときの変動率は1.64%、60秒のときの変動率は1.25%、120秒のときの変動率は0.50%、180秒のときの変動率は0.25%、240秒のときの変動率は−0.49%、300秒のときの変動率は−0.98%である。これに対して、図3に示す第1回と第2回の膜厚の増減率は、待機時間が0秒のときの膜厚増減率は0.55%、60秒のときの膜厚増減率は0.42%、120秒のときの膜厚増減率は0.18%、180秒のときの膜厚増減率は0.03%、240秒のときの膜厚増減率は0.13%、300秒のときの膜厚増減率は0.16%である。エピタキシャル層の膜厚の増減率の許容範囲を0.20%以下とすれば、ハロゲンランプ15の出力の変動率が±0.98%の範囲にある場合に膜厚のバラツキが抑制される。
In the results of the epitaxial wafer manufacturing apparatus A shown in FIG. 5, the fluctuation rate when the standby time is 0 second is 1.64%, the fluctuation rate when 60 seconds is 1.25%, and the fluctuation time is 120 seconds. The rate is 0.50%, the variation rate at 180 seconds is 0.25%, the variation rate at 240 seconds is -0.49%, and the variation rate at 300 seconds is -0.98%. On the other hand, the rate of increase and decrease in film thickness between the first and second times shown in FIG. 3 is 0.55% when the standby time is 0 seconds, and the increase or decrease in film thickness when the standby time is 60 seconds. The rate is 0.42%, the film thickness change rate at 120 seconds is 0.18%, the film thickness change rate at 180 seconds is 0.03%, and the film thickness change rate at 240 seconds is 0.13%. %, the rate of change in film thickness at 300 seconds is 0.16%. By setting the allowable range of the increase/decrease rate of the thickness of the epitaxial layer to 0.20% or less, the variation of the film thickness is suppressed when the variation rate of the output of the
A…エピタキシャルウェーハの製造装置
1…エピタキシャル成長炉
11…チャンバ
12…上側ドーム
13…下側ドーム
14…ドーム取り付け体
15…ハロゲンランプ
16…サセプタ
16a…外周部
17…サセプタ回転軸
18…支持アーム
19…昇降ピン
20…リフトアーム
21…駆動部
22…ガス供給口
23…ガス排出口
24…駆動部
3…ガス供給系
4…赤外線放射温度センサ
5…制御器
W…シリコンウェーハ
A... Epitaxial
Claims (5)
非接触式温度センサにより前記ウェーハの表面の温度を計測しつつ、当該検出された温度が所定温度範囲になるように前記チャンバ内を加熱する加熱器の出力を制御し、
前記チャンバ内に反応ガスを供給しながら前記ウェーハの表面にエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を1回実施するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記クリーニング処理を終了してから第1回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、エピタキシャル成長処理を実施するエピタキシャルウェーハの製造方法。 Put one wafer at a time in the chamber of the epitaxial growth furnace,
While measuring the temperature of the surface of the wafer by the non-contact temperature sensor, controlling the output of the heater to heat the inside of the chamber so that the detected temperature is within a predetermined temperature range,
A method of manufacturing an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is vapor-grown on a surface of the wafer while supplying a reaction gas into the chamber,
In a method for manufacturing an epitaxial wafer, after performing a plurality of epitaxial growth treatments successively, a cleaning treatment for removing deposits accumulated in the chamber is performed once,
The waiting time from the end of the cleaning process to the loading of the first wafer into the chamber is such that the fluctuation rate of the output of the heater during the plurality of epitaxial growth processes falls within a predetermined range. A method for manufacturing an epitaxial wafer in which an epitaxial growth process is performed by setting the time.
前記非接触式温度センサは、前記エピタキシャル成長炉の外から前記石英製ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出する請求項1又は2に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。 A quartz upper dome is provided on the upper portion of the epitaxial growth furnace,
The method for manufacturing an epitaxial wafer according to claim 1, wherein the non-contact temperature sensor detects the temperature of the surface of the wafer from outside the epitaxial growth furnace through the quartz dome.
ウェーハを載置するサセプタと、
前記エピタキシャル成長炉のチャンバ内へ反応ガス又はクリーニングガスを供給するガス供給系と、
前記チャンバ内を加熱する加熱器と、
前記チャンバの外から前記石英製上側ドームを介して前記ウェーハの表面の温度を検出する赤外線放射温度センサと、
前記赤外線放射温度センサにより検出された温度が所定温度範囲になるように前記加熱器の出力を制御するとともに、前記ガス供給系を制御する制御器と、を備えるエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記制御器は、
複数回のエピタキシャル成長処理を連続して実施したのちに、前記チャンバ内に堆積した堆積物を除去するクリーニング処理を1回実施するように前記ガス供給系を制御し、
前記クリーニング処理を終了してから第1回のウェーハを前記チャンバ内に投入するまでの待機時間を、前記複数回のエピタキシャル成長処理を実施する際における前記加熱器の出力の変動率が所定範囲に入る時間に設定し、
前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間に達するまでは、前記第1回のウェーハの投入を禁止し、前記クリーニング処理を終了してからの時間が前記待機時間を超えたら、前記第1回のウェーハの投入を許可するエピタキシャルウェーハの製造装置。 A single-wafer epitaxial growth furnace having at least a quartz upper dome;
A susceptor for mounting a wafer,
A gas supply system for supplying a reaction gas or a cleaning gas into the chamber of the epitaxial growth furnace;
A heater for heating the inside of the chamber,
An infrared radiation temperature sensor for detecting the temperature of the surface of the wafer from outside the chamber through the quartz upper dome;
While controlling the output of the heater so that the temperature detected by the infrared radiation temperature sensor falls within a predetermined temperature range, and a controller that controls the gas supply system, in an epitaxial wafer manufacturing apparatus,
The controller is
The gas supply system is controlled so that the cleaning process for removing the deposit accumulated in the chamber is performed once after the epitaxial growth process is continuously performed a plurality of times,
The waiting time from the end of the cleaning process to the loading of the first wafer into the chamber is such that the fluctuation rate of the output of the heater during the multiple epitaxial growth processes falls within a predetermined range. Set in time,
Until the time from the end of the cleaning process reaches the waiting time, the first wafer loading is prohibited, and if the time from the end of the cleaning process exceeds the waiting time, An epitaxial wafer manufacturing apparatus that permits the first wafer loading.
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