JP2024514236A - 堆積リアクタのチャンバ内でエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法 - Google Patents

Abstract

プラントの堆積リアクタのチャンバ内でエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法であって、堆積リアクタのチャンバ内で基板ウェハ上にエピタキシャル層を繰り返し堆積させ、エピタキシャル層を有する第１の数の半導体ウェハを製造することと、同時に、プラントの外部の堆積リアクタの交換チャンバをパージガスでパージすることによって、交換チャンバをコンディショニングすることと、基板ウェハ上のエピタキシャル層の繰り返し堆積を中断することと、チャンバを交換チャンバと交換することと、堆積リアクタの交換チャンバ内で基板ウェハ上のエピタキシャル層の繰り返し堆積を継続し、エピタキシャル層を有する第２の数の半導体ウェハを製造することとを含む、方法。

Description

本発明の主題は、堆積リアクタのチャンバ内でエピタキシャル層を有する半導体ウェハを蒸着によって製造する方法である。この種の方法は典型的には、チャンバを維持するために、より具体的にはチャンバの内壁に堆積した材料を除去するために、時々中断される。このような除去の後のチャンバのコンディションはまだ、特にエピタキシャル層における少数電荷キャリアの要求寿命という観点から、期待に合致するチャンバ内の半導体ウェハのコーティングを可能にするようなものではない。したがって、チャンバはコンディショニングが必要であり、これは当該方法の生産性を制限する。

先行技術／課題
ＵＳ ２００８０２１９８２４ Ａ１には、エピタキシャル層を有する半導体ウェハを蒸着によって製造する方法を実現するために使用され得る典型的なプラントが記載されている。このようなプラントは一般的に、複数の堆積リアクタと、ロードロックチャンバと、移送チャンバとを含む。特に、堆積リアクタは、上方ドームと、下方ドームと、ベースリングと、上方および下方クランプリングとを含み、これらは一般に蒸着が行われるチャンバに属する。チャンバ内には特に、支持アームを有するサセプタ支持シャフトと、ウェハ持ち上げシャフトと、サセプタとがある。サセプタ支持シャフトおよびウェハ持ち上げシャフトは、回転／持ち上げユニットに接続される。上方ドームの上および下方ドームの下にはランプモジュールおよびリフレクタが配置され、蒸着中にチャンバ内に放射エネルギを提供することができる。

ＤＥ １１２０１６００３３９９ Ｔ５は、プラントにおけるコンディショニングのために堆積リアクタのチャンバを窒素でパージし、チャンバの内部を加熱し、テストウェハ上の少数電荷キャリアの寿命の測定によって、エピタキシャル層を有する半導体ウェハの製造を継続できるか否かを判断することを提案している。

このようにして行われるチャンバコンディショニングは、エピタキシャル層を有する半導体ウェハの製造の生産性を著しく制限する。

本発明の目的は、このような制限を低減し、特に効果的なコンディショニングを提案することである。

本発明の目的は、プラントの堆積リアクタのチャンバ内でエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法であって、
上記堆積リアクタの上記チャンバ内で基板ウェハ上にエピタキシャル層を繰り返し堆積させ、エピタキシャル層を有する第１の数の半導体ウェハを製造することと、同時に、
上記プラントの外部の上記堆積リアクタの交換チャンバをパージガスでパージすることによって、上記交換チャンバをコンディショニングすることと、
基板ウェハ上のエピタキシャル層の上記繰り返し堆積を中断することと、
上記チャンバを上記交換チャンバと交換することと、
上記堆積リアクタの上記交換チャンバ内で基板ウェハ上のエピタキシャル層の上記繰り返し堆積を継続し、エピタキシャル層を有する第２の数の半導体ウェハを製造することとを含む方法によって達成される。

チャンバのコンディショニングによって生産性が制限される時間は、本発明に係るプロセスを使用すると大幅に低減され、特にチャンバを交換チャンバと交換するのに要する時間によって説明される。交換の後、交換チャンバと交換されたチャンバ自体が交換チャンバとなり、プラントの外部でコンディショニングされ得る。プラントは、堆積リアクタ、好ましくは少なくとも１つのさらなる堆積リアクタを含む。

交換チャンバの構成要素は、好ましくは、上方ドームと、下方ドームと、ベースリングと、上方および下方クランプリングと、支持アームを有するサセプタ支持シャフトと、ウェハ持ち上げシャフトと、サセプタと、下方リフレクタを有する下方ランプモジュールと、シャフト用の回転／持ち上げユニットとを含む。これらの構成要素が交換チャンバのコンディショニング中に組み立てられる方法は、蒸着中の方法と同じである。上方リフレクタを有する上方ランプモジュールが、オプションとして、同様に交換チャンバの構成要素であってもよい。

交換チャンバのコンディショニングは、プラントの外部のコンディショニングスタンド上で行われ、交換チャンバをパージガスでパージすることと、好ましくは１つまたは２つのさらなる対策とを含む。パージガスは、少なくとも１つのガス入口から少なくとも１つのガス出口まで交換チャンバを通過する。パージガスが交換チャンバに入る際のパージガス中の水分の割合は、好ましくは１００ｐｐｍ未満であり、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。さらに、パージガスは、好ましくは粒子を含まず、より好ましくは金属粒子を含まない。

パージガスは、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、または上記に記載のガスのうちの少なくとも２つの混合物である。パージガスとして窒素を使用することが好ましい。交換チャンバのパージ中は、パージガスの流量が完全に低下するように減少するデッドスポットが交換チャンバの内部にできるだけ存在しないように注意を払うべきである。

さらなる対策は、交換チャンバの内部の温度を交換チャンバの周囲の温度と比較して上昇させることを含み、これは、たとえば、赤外線放射、ヒートマットもしくは熱交換器、またはこれらの組み合わせによって行われる。交換チャンバの内部と接触する、交換チャンバの構成要素上の点における温度は、好ましくは２１℃よりも高く、より好ましくは６５℃よりも高い。上限に近づくにつれて、温度は原則として、加熱されている材料の熱安定性によってのみ制限される。

さらなる対策は、コンディショニング中に交換チャンバの内部の圧力を変化させることも含み、この場合、圧力の変化は２つの異なる方法で行われ得る。第１に、交換チャンバの内部の圧力をコンディショニングスタンド上の圧力と比較して低下させることによって、または第２に、交換チャンバの内部の圧力をコンディショニングスタンド上の圧力と比較して上昇させることによってである。圧力は、交換チャンバのガス出口におけるバルブおよび／または真空ポンプを用いて低下させてもよい。

さらに、たとえば、まず交換チャンバの内部のパージガスの圧力を上昇させ、次にガス出口でパージガスを出して上記圧力をコンディショニングスタンドの圧力よりも低下させることによって、２種類の圧力変化の組み合わせを実施することも可能である。

交換チャンバのコンディショニングは、所定の時間、または好ましくは、交換チャンバを出る際のパージガス中の水分の割合が所定の閾値以下になるまで、行われる。このために、たとえば交換チャンバのガス出口で、パージガス中の湿度を測定することが可能である。

コンディショニングの後、交換チャンバがプラントに搬送されるときに周囲の空気が交換チャンバの内部に入るのを防ぐために、交換チャンバは密閉され得る。密閉された交換チャンバの内部の圧力と周囲の圧力との圧力差は、交換チャンバの起こり得る破裂を防ぐために、交換チャンバをプラントに搬送する間は非常に小さくあるべきである。その後、チャンバのコンディショニングされた交換チャンバとの交換は、チャンバを取り換えている間に湿気が交換チャンバ内に入るのを防ぐために、乾燥パージガスの雰囲気中で行われるべきである。

あるいは、チャンバのプラントへの搬送およびその交換は、内部と周囲との間に圧力差がないように、交換チャンバを乾燥パージガスでパージし続けながら行われてもよい。この場合、３Ｎｌ／ｍｉｎ～８Ｎｌ／ｍｉｎの流量が望ましい。

本発明に従って製造される半導体ウェハは、好ましくはシリコンからなり、または、シリコン－ゲルマニウムの少なくとも１つのエピタキシャル層もしくは窒化ガリウムの少なくとも１つのエピタキシャル層を有するシリコン基板ウェハを含む。半導体ウェハの直径は、好ましくは少なくとも２００ｍｍであり、より好ましくは３００ｍｍである。

以下、図面を参照して本発明をさらに説明する。

本発明の一実施形態に係る、コンディショニングスタンド上の交換チャンバのコンディショニングの手法を示す図である。 エピタキシャル層を有する半導体ウェハについての寿命測定の比較結果を示す図である。

本発明に係る例示的な実施形態の詳細な説明
交換チャンバ１は、上方ドームと、下方ドームと、ベースリングと、上方および下方クランプリングと、支持アームを有するサセプタ支持シャフトと、ウェハ持ち上げシャフトと、サセプタとの形態の構成要素を含む。さらなる構成要素は、下方リフレクタを有する下方ランプモジュール２、およびシャフト用の回転持ち上げユニット３である。ガス供給部４によって乾燥パージガスが交換チャンバ１を通過し、ガスの体積流量は、ガス入口のバルブ５およびガス出口のポンプ６の容量によって調節される。この手法ではさらに、交換チャンバ１の内部の温度がヒータ７によって上昇し、交換チャンバ１を出た後のパージガスの湿度が測定装置８によって求められる。

単結晶シリカからなる基板ウェハ上にシリコンのエピタキシャル層を堆積させた。エピタキシャル層を有する第１の数の半導体ウェハをそれぞれ製造した後、比較例の場合は、堆積リアクタ内のチャンバを異なるチャンバと交換し、この異なるチャンバをパージガスでのパージによって堆積リアクタ内でコンディショニングし、本発明例の場合は、交換チャンバを本発明に従ってコンディショニングした。その後、それぞれ、エピタキシャル層を有する第２の数の半導体ウェハを製造した。すなわち、異なるチャンバ内で比較例の半導体ウェハを製造し、交換チャンバ内で本発明例の半導体ウェハを製造した。その後、コンディショニング後に製造された半導体ウェハについて、μ－ＰＣＤ（マイクロ波光導電減衰法、ａ．ｕ．＝任意単位）によって少数電荷キャリアの寿命測定を行った。

図２は、比較例（破線曲線）および本発明例（連続曲線）のＮ個の半導体ウェハについての測定結果をそれぞれ示す。寿命の値は、本発明に従って製造された半導体ウェハの方が開始時に高く、すぐに増加傾向を示している。

説明のための実施形態の上記説明は、例を示すものと理解されるべきである。結果として得られる本開示は、一方では、当業者が本発明およびその関連する利点を理解することを可能にし、他方では、当業者の理解の範囲内で、記載された構造および方法の明らかな適合化および修正も包含する。したがって、すべてのそのような適合化および修正ならびに均等物が請求項の保護範囲に含まれることが意図されている。

使用される参照番号のリスト
１ 交換チャンバ
２ ランプモジュール
３ 回転持ち上げユニット
４ ガス供給部
５ バルブ
６ ポンプ
７ ヒータ
８ 測定装置

Claims (8)

1. プラントの堆積リアクタのチャンバ内でエピタキシャル層を有する半導体ウェハを製造する方法であって、
   前記堆積リアクタの前記チャンバ内で基板ウェハ上にエピタキシャル層を繰り返し堆積させ、エピタキシャル層を有する第１の数の半導体ウェハを製造することと、同時に、
   前記プラントの外部の前記堆積リアクタの交換チャンバをパージガスでパージすることによって、前記交換チャンバをコンディショニングすることと、
   基板ウェハ上のエピタキシャル層の前記繰り返し堆積を中断することと、
   前記チャンバを前記交換チャンバと交換することと、
   前記堆積リアクタの前記交換チャンバ内で基板ウェハ上のエピタキシャル層の前記繰り返し堆積を継続し、エピタキシャル層を有する第２の数の半導体ウェハを製造することとを備える、方法。
2. 前記パージガスは前記交換チャンバを通過し、前記交換チャンバに入る際の前記パージガス中の水分の割合は５０ｐｐｍ未満であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 使用される前記パージガスは、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン、または上記に記載のガスのうちの少なくとも２つの混合物を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記交換チャンバの前記コンディショニングの間、前記交換チャンバの内部の温度は前記交換チャンバの周囲の温度と比較して上昇することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記交換チャンバの前記コンディショニングの間、前記交換チャンバの内部の圧力は前記交換チャンバの周囲の圧力と比較して少なくとも１回変化することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記交換チャンバを出た後に前記パージガスの湿度が測定され、前記湿度がまだ所定の閾値以下でない限り、前記交換チャンバの前記コンディショニングは継続されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記コンディショニングの後、前記交換チャンバは密閉され、閉じた状態で前記プラントに搬送されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記コンディショニングの後、前記交換チャンバは前記プラントに搬送され、このプロセスにおいてパージガスが前記交換チャンバを通過することを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。

Images