JP2021174807A - エピタキシャルウェーハの製造システム及びエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]ウェーハ(W)の表面上にエピタキシャル膜を形成して、エピタキシャルウェーハを製造する枚葉式エピタキシャル成長装置(100)と、
厚み測定装置(200)及び抵抗率測定装置(300)と、
記憶部(400,500)と、
演算部(600)と、
を有するエピタキシャルウェーハの製造システム(1000)であって、
前記枚葉式エピタキシャル成長装置(100)は、
チャンバ(10)と、
前記チャンバ(10)内に位置し、前記ウェーハ(W)を載置するサセプタ(12)と、
前記チャンバ(10)に設けられ、前記チャンバ(10)内にソースガス及びドーパントガスを供給するガス供給口(16)と、
前記チャンバ(10)の上方及び下方にそれぞれ位置し、前記サセプタ(12)上のウェーハ(W)を加熱する上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)と、
前記チャンバ(10)の上方及び下方にそれぞれ位置し、前記ウェーハ(W)の表面の温度及び前記サセプタ(12)の裏面の温度をそれぞれ検出する上部パイロメーター(22A)及び下部パイロメーター(22B)と、
前記ガス供給口(16)を介した前記チャンバ(10)内への前記ソースガスの供給時間を調整するソースガス調整部(24)と、
前記ガス供給口(16)を介した前記チャンバ(10)内への前記ドーパントガスの流量を調整するドーパントガス調整部(26)と、
前記上部パイロメーター(22A)又は前記下部パイロメーター(22B)の検出温度に基づいて、前記上部ランプ(20A)及び前記下部ランプ(20B)の出力値を制御しつつ、その合計出力値を前記記憶部(400)に出力するランプ出力制御と、前記ソースガス調整部(24)及び前記ドーパントガス調整部(26)の制御と、を行う制御部(28)と、
を有し、
前記厚み測定装置(200)及び前記抵抗率測定装置(300)は、前記枚葉式エピタキシャル成長装置(100)で製造された前記エピタキシャルウェーハにおける、前記エピタキシャル膜の厚み及び抵抗率をそれぞれ測定し、その後その厚み測定値及び抵抗率測定値を前記記憶部(400)に出力し、
前記記憶部(400,500)は、
前記枚葉式エピタキシャル成長装置(100)に適用されている既定ソースガス供給時間及び既定ドーパントガス流量と、
仕様データとしての目標厚み範囲及び目標抵抗率範囲と、
前記厚み測定装置(200)から出力された前記厚み測定値、及び、前記抵抗率測定装置(300)から出力された前記抵抗率測定値と、
前記制御部(28)から出力された前記上部ランプ(20A)及び前記下部ランプ(20B)の合計出力値と、
を記憶し、
前記演算部(600)は、前記記憶部(400,500)から読み出した、前記既定ソースガス供給時間及び前記既定ドーパントガス流量と、前記目標厚み範囲及び前記目標抵抗率範囲と、前記厚み測定値及び前記抵抗率測定値と、前記上部ランプ(20A)及び前記下部ランプ(20B)の合計出力値と、に基づいて、前記既定ソースガス供給時間及び前記既定ドーパントガス流量を補正して、補正ソースガス供給時間及び補正ドーパントガス流量を決定し、前記制御部(28)及び前記記憶部(400)に出力し、
前記制御部(28)は、前記ソースガス調整部(24)及び前記ドーパントガス調整部(26)の制御を行うことで、前記演算部(600)により決定された前記補正ソースガス供給時間及び前記補正ドーパントガス流量を実現する
ことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造システム(1000)。
図1を参照して、本発明の一実施形態によるエピタキシャルウェーハの製造システム(1000)は、枚葉式エピタキシャル成長装置(100)と、厚み測定装置(200)と、抵抗率測定装置(300)と、メイン記憶部(400)と、仕様データ記憶部(500)と、演算部(600)と、を有する。以下、各構成について詳細に説明する。
図2を参照して、枚葉式エピタキシャル成長装置(100)は、チャンバ(10)、サセプタ(12)、サセプタサポートシャフト(14)、ガス供給口(16)、ガス排気口(18)、上部ランプ(20A)、下部ランプ(20B)、上部パイロメーター(22A)、及び下部パイロメーター(22B)を有する。さらに、枚葉式エピタキシャル成長装置(100)は、ブロック図として表記される構成として、図1も参照して、ソースガス調整部(24)、ドーパントガス調整部(26)、及び制御部(28)を有する。以下、各構成について説明する。
図1を参照して、厚み測定装置(200)は、枚葉式エピタキシャル成長装置(100)で製造されたエピタキシャルウェーハにおける、エピタキシャル膜の厚みを測定する。厚み測定装置(200)としては、例えばナノメトリクス社製:QS−3300シリーズ等のFT−IR方式の膜厚測定器を用いることができる。厚み測定値のデータは、後述のメイン記憶部(400)に出力され、メイン記憶部(400)に記憶される。
図1を参照して、抵抗率測定装置(300)は、枚葉式エピタキシャル成長装置(100)で製造されたエピタキシャルウェーハにおける、エピタキシャル膜の抵抗率を測定する。抵抗率測定装置(300)としては、例えば日本セミラボ株式会社製:MCV−2200/2500等のCV法による抵抗率測定装置を用いることができる。抵抗率測定値のデータは、後述のメイン記憶部(400)に出力され、メイン記憶部(400)に記憶される。
図1を参照して、メイン記憶部(400)は、インターフェース部(800)を介してエピタキシャル成長装置(100)と接続された外部記憶装置(データサーバ)により構成される。メイン記憶部(400)には、以下の情報が記憶される。
(i)枚葉式エピタキシャル成長装置(100)に適用されている既定ソースガス供給時間t1及び既定ドーパントガス流量D1
(ii)厚み測定装置(200)から出力された厚み測定値、及び、抵抗率測定装置(300)から出力された抵抗率測定値
(iii)制御部(28)から出力された上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)の合計出力値
図1を参照して、仕様データ記憶部(500)は、一般的な外部記憶装置により構成され、(iv)仕様データとしての目標厚み範囲及び目標抵抗率範囲を記憶する。例えば、目標厚み範囲が3.90〜4.10μm(仕様中心:4.00μm)であり、かつ、目標抵抗率範囲が9.0〜11.0Ω・cm(仕様中心:10.0Ω・cm)である場合、これらの仕様データが仕様データ記憶部(500)に記憶される。
演算部(600)は、エピタキシャルウェーハの製造システム(1000)に設けられた中央演算処理装置(CPU)によって実現することができる。演算部(600)は、メイン記憶部(400)から読み出した情報(i)〜(iii)と、仕様データ記憶部(500)から読み出した情報(iv)とに基づいて、既定ソースガス供給時間t1及び既定ドーパントガス流量D1を補正して、補正ソースガス供給時間t2及び補正ドーパントガス流量D2を決定する。
図1に加えて図3も参照して、エピタキシャルウェーハの製造システム(1000)を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法を説明する。
ステップS1では、第1のエピタキシャル成長条件(既定ソースガス供給時間t1及び既定ドーパントガス流量D1)で、エピタキシャルウェーハの製造を行う。具体的には、演算部(600)が、メイン記憶部(400)から既定ソースガス供給時間t1及び既定ドーパントガス流量D1の情報を読み出し、インターフェース部(700)を介して制御部(28)に出力する。制御部(28)は、ソースガス調整部(24)及びドーパントガス調整部(26)を制御して、t1及びD1を実現する。
ステップS2では、演算部(600)が、メイン記憶部(400)から第1のエピタキシャル成長条件(既定ソースガス供給時間t1及びドーパントガス流量D1)を読み出す。また、演算部(600)が、仕様データ記憶部(500)から、目標厚み範囲が3.90〜4.10μm(仕様中心tec:4.00μm)であり、かつ、目標抵抗率範囲が9.0〜11.0Ω・cm(仕様中心ρec:10.0Ω・cm)であるといった仕様データを読み出す。
ステップS3では、第1のエピタキシャル成長条件で製造された測定用エピタキシャルウェーハについて、厚み測定装置(200)でエピタキシャル膜の厚みを測定し、抵抗率測定装置(300)でエピタキシャル膜の抵抗率を測定する。ここで得られた厚み測定値te1及び抵抗率測定値ρe1は、メイン記憶部(400)に記憶される。なお、厚み測定値te1及び抵抗率測定値ρe1としては、ウェーハ面内の複数点の測定値の平均値を採用することが好ましい。例えば、ウェーハ半径をRとして、ウェーハ中心から同一距離(例えば、R/2)の複数点(例えば4〜8点)での測定値の平均値を採用することができる。
ステップS4では、演算部(600)が、メイン記憶部(400)から上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)の合計出力値を読み出す。既述のとおり、ステップS1で行った複数回のエピタキシャル成長において、上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)の合計出力値は常に読み取られており、経時データとしてランプ出力記憶部(26)に記憶されている。よって、例えば、各回のエピタキシャル成長における上下ランプの合計出力値の平均値を、全ての回のエピタキシャル成長について読み出す。これにより、演算部(600)は、ステップS1において複数枚のエピタキシャルウェーハの製造を行う過程における上下ランプの合計出力値の変動を把握することができる。
続いて、ステップS5では、演算部(600)が、メイン記憶部(400)から読み出した、情報(i)枚葉式エピタキシャル成長装置(100)に適用されている既定ソースガス供給時間t1及び既定ドーパントガス流量D1、情報(ii)厚み測定装置(200)から出力された厚み測定値、及び、抵抗率測定装置(300)から出力された抵抗率測定値、及び情報(iii)制御部(28)から出力された上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)の合計出力値と、仕様データ記憶部(500)から読み出した情報(iv)仕様データとしての目標厚み範囲及び目標抵抗率範囲とに基づいて、既定ソースガス供給時間t1及び既定ドーパントガス流量D1を補正して、補正ソースガス供給時間t2及び補正ドーパントガス流量D2を決定する。
第1の補正は、既述の比較方法と同様であり、測定用エピタキシャルウェーハにおける厚み測定値te1及び抵抗率測定値ρe1を、仕様データにおける目標厚みの仕様中心tec及び目標抵抗率の仕様中心ρecとそれぞれ比較することにより行うことができる。
第2の補正は、メイン記憶部(400)から読み出した上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)の合計出力値を考慮した補正である。ステップS1において複数枚のエピタキシャルウェーハの製造を行う過程において、ウォールデポジションが徐々に進行する。それにつれて、チャンバ(10)の外方に位置する上部ランプ(20A)及び下部ランプ(20B)からの熱がチャンバ内のウェーハ(W)に伝わりにくくなり、ウェーハ(W)が加熱されにくくなることから、エピタキシャル成長速度が遅くなる傾向にある。
以上のとおり、具体的な補正式として次に示すものを挙げることができる。
t1:既定ソースガス供給時間
t2:補正ソースガス供給時間
tec:目標厚み範囲の仕様中心
te1:測定用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜の厚み測定値
W1:最終ロットの25枚での上下ランプの合計出力値の平均値
W2:最終ロットの1つ前のロットでの25枚での上下ランプの合計出力値の平均値
として、補正式としては、
t2=t1×(tec/te1)×(W2/W1)
t2=t1×{1+(tec−te1)/tec}×{1+(W2−W1)/W2}
等を挙げることができる。
D1:既定ドーパントガス流量
D2:補正ドーパントガス流量
ρec:目標抵抗率範囲の仕様中心
ρe1:測定用エピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜の抵抗率測定値
W1:最終ロットの25枚での上下ランプの合計出力値の平均値
W2:最終ロットの1つ前のロットでの25枚での上下ランプの合計出力値の平均値
として、補正式としては、
D2=D1×(ρe1/ρec)×(W1/W2)
等を挙げることができる。
ステップS6では、制御部(28)が、ソースガス調整部(24)及びドーパントガス調整部(26)を制御して、演算部(600)により新たに決定された第2のエピタキシャル成長条件で、エピタキシャルウェーハの製造を行う。このステップS6にて、例えば25枚/ロット×8ロット=200枚といった、複数枚の製品用エピタキシャルウェーハを製造し、その後、1枚のモニターウェーハを用いた測定用エピタキシャルウェーハを製造することができる。
その後、ステップS2に戻り、上記で説明したエピタキシャル条件の補正(ステップS2〜S5)と、補正後のエピタキシャル条件でのエピタキシャルウェーハの製造(ステップS6)とをくり返し行ってもよい。ステップS2〜S6をくり返し行わない場合には、エピタキシャルウェーハの製造を終了する。
図1及び図2に示すエピタキシャルウェーハの製造システムによって、図3に示すフローでエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。製品用ウェーハ及びモニターウェーハは、いずれも直径300mm、抵抗率10Ω・cmのp型単結晶シリコンウェーハを用いた。エピタキシャル膜の仕様は、目標厚み範囲:3.90〜4.10μm(仕様中心:4.00μm)、目標抵抗率範囲:9.0〜11.0Ω・cm(仕様中心:10.0Ω・cm)とした。1回のエピタキシャル成長処理では、1130℃で60秒の水素ベークをした後、シリコンソースであるSiHCl3およびボロンドーパントソースであるB2H6を水素ガスで希釈した混合反応ガスを、エピタキシャル成長装置のチャンバ内に供給して、上部パイロメーターの検出温度が1130℃となるように、上部ランプ及び下部ランプの出力値をPID制御した。
t2=t1×(tec/te1)×(W2/W1)
D2=D1×(ρe1/ρec)×(W1/W2)
ランプ出力値の変動を考慮した補正を行わなかったこと以外は、発明例と同様の方法で、エピタキシャルシリコンウェーハを製造した。すなわち、ソースガス供給時間及びドーパントガス流量の補正は、以下の補正式を用いて行った。
t2=t1×(tec/te1)
D2=D1×(ρe1/ρec)
発明例及び比較例について、30枚のモニターウェーハのエピタキシャル膜の厚み及び抵抗率を測定し、測定値の規格中心からのばらつきを工程能力指数Cpkで評価した。測定値の規格中心からのばらつきが少ないほど、Cpkは高くなる。結果を表1に示す。
100 枚葉式エピタキシャル成長装置
10 チャンバ
11A 上部ドーム
11B 下部ドーム
12 サセプタ
14 サセプタサポートシャフト
16 ガス供給口
18 ガス排気口
20A 上部ランプ
20B 下部ランプ
22A 上部パイロメーター
22B 下部パイロメーター
24 ソースガス調整部
26 ドーパントガス調整部
28 制御部
200 厚み測定装置
300 抵抗率測定装置
400 メイン記憶部(記憶部)
500 仕様データ記憶部(記憶部)
600 演算部
700 インターフェース部
800 インターフェース部
Claims (4)
- ウェーハの表面上にエピタキシャル膜を形成して、エピタキシャルウェーハを製造する枚葉式エピタキシャル成長装置と、
厚み測定装置及び抵抗率測定装置と、
記憶部と、
演算部と、
を有するエピタキシャルウェーハの製造システムであって、
前記枚葉式エピタキシャル成長装置は、
チャンバと、
前記チャンバ内に位置し、前記ウェーハを載置するサセプタと、
前記チャンバに設けられ、前記チャンバ内にソースガス及びドーパントガスを供給するガス供給口と、
前記チャンバの上方及び下方にそれぞれ位置し、前記サセプタ上のウェーハを加熱する上部ランプ及び下部ランプと、
前記チャンバの上方及び下方にそれぞれ位置し、前記ウェーハの表面の温度及び前記サセプタの裏面の温度をそれぞれ検出する上部パイロメーター及び下部パイロメーターと、
前記ガス供給口を介した前記チャンバ内への前記ソースガスの供給時間を調整するソースガス調整部と、
前記ガス供給口を介した前記チャンバ内への前記ドーパントガスの流量を調整するドーパントガス調整部と、
前記上部パイロメーター又は前記下部パイロメーターの検出温度に基づいて、前記上部ランプ及び前記下部ランプの出力値を制御しつつ、その合計出力値を前記記憶部に出力するランプ出力制御と、前記ソースガス調整部及び前記ドーパントガス調整部の制御と、を行う制御部と、
を有し、
前記厚み測定装置及び前記抵抗率測定装置は、前記枚葉式エピタキシャル成長装置で製造された前記エピタキシャルウェーハにおける、前記エピタキシャル膜の厚み及び抵抗率をそれぞれ測定し、その後その厚み測定値及び抵抗率測定値を前記記憶部に出力し、
前記記憶部は、
前記枚葉式エピタキシャル成長装置に適用されている既定ソースガス供給時間及び既定ドーパントガス流量と、
仕様データとしての目標厚み範囲及び目標抵抗率範囲と、
前記厚み測定装置から出力された前記厚み測定値、及び、前記抵抗率測定装置から出力された前記抵抗率測定値と、
前記制御部から出力された前記上部ランプ及び前記下部ランプの合計出力値と、
を記憶し、
前記演算部は、前記記憶部から読み出した、前記既定ソースガス供給時間及び前記既定ドーパントガス流量と、前記目標厚み範囲及び前記目標抵抗率範囲と、前記厚み測定値及び前記抵抗率測定値と、前記上部ランプ及び前記下部ランプの合計出力値と、に基づいて、前記既定ソースガス供給時間及び前記既定ドーパントガス流量を補正して、補正ソースガス供給時間及び補正ドーパントガス流量を決定し、前記制御部及び前記記憶部に出力し、
前記制御部は、前記ソースガス調整部及び前記ドーパントガス調整部の制御を行うことで、前記演算部により決定された前記補正ソースガス供給時間及び前記補正ドーパントガス流量を実現する
ことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造システム。 - 前記演算部は、前記記憶部から読み出した、前記上部ランプ及び前記下部ランプの合計出力値が低下変動している場合、前記既定ソースガス供給時間を長く補正して、前記補正ソースガス供給時間を決定する、請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造システム。
- 前記演算部は、前記記憶部から読み出した、前記上部ランプ及び前記下部ランプの合計出力値が低下変動している場合、前記既定ドーパントガス流量を少なく補正して、前記補正ドーパントガス流量を決定する、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システム。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造システムを用いて、複数枚のエピタキシャルウェーハを順次製造することを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
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