JP5459257B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、具体的には、リフトピン及びリフトピン昇降機構を有し、サセプタ上にポリシリコン膜が形成された気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。
シリコン等の半導体基板（以下、ウェーハという）上に単結晶薄膜等を気相成長させる気相成長装置として、枚葉式の気相成長装置が知られている。
この枚葉式の気相成長装置は、原料ガスが供給される反応容器内にサセプタを備え、このサセプタには、ウェーハを載置するための載置面が形成されている。そして、この載置面に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設されている。
この枚葉式の気相成長装置は、原料ガスが供給される反応容器内にサセプタを備え、このサセプタには、ウェーハを載置するための載置面が形成されている。そして、この載置面に設けられた貫通孔に挿通してリフトピンが摺動自在に配設されている。
このリフトピンは、その頭部が載置面に臨むように配設されている。そして、リフトピンを昇降させてその頭部をウェーハの裏面と接離させることにより、載置面にウェーハを載置したり、載置面からウェーハを取り出したりできるように構成されている。即ち、リフトピンの頭部にウェーハを載置した状態で、リフトピンを摺動させてその頭部を載置面に没入させることで、ウェーハが載置面に載置される。こうして載置面にウェーハを載置して、反応容器内に原料ガスを供給し、ウェーハ上に単結晶薄膜を気相成長させる。気相成長後のウェーハは、載置面からリフトピンの頭部を突出させることで上方に突き出される。こうして突き出されたウェーハは、ハンドラ等の搬送手段により反応容器外へ搬送される。
気相成長装置を用いた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ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４などのガスを用いて、ウェーハ上にＳｉのエピタキシャル成長を行う。このエピタキシャル成長時にチャンバー内にもシリコンが成長するため、この装置の部材に成長したシリコンを定期的に除去する必要があり、この除去のためにＨＣｌガスによるクリーニングが行われる。
気相成長装置では、ＳＵＳ等の耐腐食性の高い金属による部材でも、高濃度ＨＣｌ雰囲気では腐食が進み、金属を含むガス（金属塩化物など）となり、ウェーハに取り込まれ、エピプロセス中にウェーハが金属で汚染されるという問題がある。
また、サセプタの材料は黒鉛であり、サセプタ起因の炭素汚染もある。この炭素汚染の防止対策として特許文献１に記載されているように、サセプタ表面はＳｉＣ被膜によりコーティングされている。
上記ＨＣｌクリーニング後の汚染レベルの低減、ヘイズレベルの安定化などの観点から、サセプタのウェーハ載置面上のＳｉＣ被膜上に、さらにポリシリコン膜成長を行い、同時に副生成物で金属部材の被覆を行っている。
ここで、図３はサセプタのウェーハ載置面上のポリシリコン膜の膜厚とシリコンエピタキシャルウェーハの不純物濃度との関係を表すグラフを示した図である。図３に示すように、サセプタのウェーハ載置面上にポリシリコン膜を厚く形成することで、製造されるエピタキシャルウェーハに取り込まれるＮｉやＭｏなどの不純物濃度を抑え、汚染レベルを低減できることがわかっている。しかしながら、サセプタとリフトピンの上にポリシリコン膜を厚く成長させると、サセプタとリフトピンの貼り付きによって、リフトピン動作時に動きが安定せず動作にガタツキが生じるとともに、貼り付いたポリシリコンの剥離などによるパーティクルが発生し、製造されるエピタキシャルウェーハのパーティクルレベルが悪化してしまう問題や、装置の動作トラブルによる操業停止を引き起こしてしまう問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、製造されるエピタキシャルウェーハのパーティクルレベルの悪化を十分に抑制しながら、汚染レベルを低減し、低コストで安定して製造を行うことができるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、リフトピンを通過させるためのリフトピン貫通孔を有するサセプタのウェーハ載置面上に、原料ガスを供給することによってポリシリコン膜を成長させる工程と、前記ウェーハ載置面上にポリシリコン膜が形成されたサセプタ上にウェーハを載置し、原料ガスを供給しながら前記ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させる工程と、を有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記ポリシリコン膜成長中に、少なくとも１回以上前記リフトピンとサセプタを相対的に上下動させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
このようにすることによって、サセプタ上に形成されるポリシリコン膜の膜厚を厚くしたとしてもサセプタとリフトピンとの貼り付きを抑止することができるため、低コストで且つ容易に、装置の動作トラブルによる操業停止を回避しつつ、製造されるシリコンエピタキシャルウェーハのパーティクルレベルの悪化を抑制することができる。
さらに、パーティクルレベルに左右されずにポリシリコン膜を厚くすることができるため、汚染レベル、ヘイズレベル等が低減された高品質のシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
さらに、パーティクルレベルに左右されずにポリシリコン膜を厚くすることができるため、汚染レベル、ヘイズレベル等が低減された高品質のシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
またこのとき、前記ポリシリコン膜を、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４のうち少なくとも一つの原料ガスから生成することが好ましい。
このようにすれば、サセプタ上に形成したポリシリコン膜はエピタキシャルプロセス中でも除去されず、さらに処理するウェーハに対して不純物とならないため、より生産性の高い気相成長を行うことができる。
またこのとき、前記ポリシリコン膜成長工程を、１０００〜１１８０℃に加熱した気相成長装置のチャンバー内に前記原料ガスを導入することによって行うことが好ましい。
このようにすれば、簡易な方法でポリシリコン膜をより効率的に形成することができる。
このようにすれば、簡易な方法でポリシリコン膜をより効率的に形成することができる。
またこのとき、前記成長中のポリシリコン膜の膜厚が８μｍ以上２０μｍ以下の範囲となったときに、１回以上前記リフトピンとサセプタを相対的に上下動させることができる。
このようにすれば、より効率的にサセプタとリフトピンとの貼り付きを抑止することができるため好ましい。
このようにすれば、より効率的にサセプタとリフトピンとの貼り付きを抑止することができるため好ましい。
以上のように、本発明によれば、パーティクルレベルが抑制されたシリコンエピタキシャル層を低コストで効率的に気相成長させることができ、さらに、サセプタ上に形成するポリシリコン膜の膜厚を厚くすることができるため、汚染レベル、ヘイズレベル等が低減された高品質のシリコンエピタキシャルウェーハを安定して生産性良く製造することができる。
以下、本発明の実施形態の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の製造方法において用いられる気相成長装置として、例えば図１に示す枚葉式の気相成長装置について以下説明するが、本発明はこれには限定されず、縦型、バレル型等の各種の気相成長装置を用いた場合であっても適用することができる。
図１に示す気相成長装置１のチャンバー（反応容器）２内において、サセプタ３はウェーハ回転機構４に接続されており、該ウェーハ回転機構４によって気相成長中はサセプタ３を回転させて、シリコンエピタキシャル層をウェーハＷ上に膜厚均一に気相成長させる。
このサセプタ３には、リフトピン５を通過させるためのリフトピン貫通孔６が開いており、ウェーハリフトシャフト７によってリフトピン５を上下動させることによって、サセプタ３上に載置されたウェーハＷを上下動させることができる。
チャンバー２には、チャンバー２内に原料ガス及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長ガスをサセプタ３の上側の領域に導入して、サセプタ３上に載置されたウェーハＷの主表面上に原料ガスとキャリアガスを供給するガス導入管８が接続されている。
また、チャンバー２のガス導入管８が接続された側の反対側には、チャンバー２内からガスを排出するガス排出管９が接続されている。
また、チャンバー２のガス導入管８が接続された側の反対側には、チャンバー２内からガスを排出するガス排出管９が接続されている。
以下、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一例について説明するが、本発明はこれに限定されるわけではない。
図１に示したような気相成長装置を用いて、先ず、サセプタ３にウェーハＷを載置する前に、ガス導入管８から原料ガス及びキャリアガスを導入し、サセプタ３のウェーハ載置面上にポリシリコン膜を成長させる。
ここで、前記ポリシリコン膜を形成する前に、例えば、チャンバー２を１１００〜１２００℃まで加熱し、ＨＣｌガスを導入することで、チャンバー２内壁に前の製造で堆積したポリシリコンを、気相エッチングで除去してクリーニングしても良い。
このクリーニング工程では、前の製造の気相成長時にチャンバー内壁等に堆積したポリシリコンが、シリコンエピタキシャル層のパーティクル等の原因にならないようにエッチング除去する。この際、チャンバー２内の金属表面がＨＣｌガスにより腐食され、特にクリーニング後最初の気相成長において、腐食された金属がウェーハ中に取り込まれて不純物汚染が生じることがある。
上記のような汚染を抑制するために、上記クリーニング後に、サセプタ３のウェーハ載置面を、原料ガスから生成されたポリシリコン膜で被覆する。このとき同時に、気相成長装置１を構成する部材のうちチャンバー２内に金属の表面が露出された部材の該露出された金属の表面が、原料ガスから生成された副生成物からなる被覆膜で被覆される。これらによって、クリーニング時に腐食された金属が、気相成長時にウェーハに取り込まれることを抑制できる。
好ましいポリシリコン膜及び被覆膜の形成方法としては、まず、チャンバー２内を１０００〜１１８０℃まで加熱する。その際、チャンバー２を構成するステンレス等の金属部材には、十分な冷却水を流しておく。次に、ガス導入管８から原料ガスを導入することで、高温となったサセプタ上にはポリシリコン膜が、比較的低温に保たれた金属部材上には被覆膜が同時に形成される。
ここで、サセプタのウェーハ載置面に形成するポリシリコン膜は、厚さ６μｍ以上とすれば、ウェーハへの汚染量を大きく低減することができるため好ましい。
尚、ポリシリコン膜の厚さが２０μｍを超えるように形成しても、製造されるエピタキシャルウェーハの品質等に問題は無いが、ウェーハ内に取り込まれる不純物は検出下限値以下まで既に低下しており、ポリシリコン膜を厚くすることによる不純物低減効果の向上はこれ以上期待できないどころか、生産性が悪化し、サセプタや金属部材等の被覆のためのコストが高くなってしまうことが考えられる。従って、ポリシリコン膜の厚さを２０μｍ以下とすれば、被覆が容易で生産性を高く保つことができ、さらに、気相成長後にポリシリコン膜を除去するのも容易であるため好ましい。
尚、ポリシリコン膜の厚さが２０μｍを超えるように形成しても、製造されるエピタキシャルウェーハの品質等に問題は無いが、ウェーハ内に取り込まれる不純物は検出下限値以下まで既に低下しており、ポリシリコン膜を厚くすることによる不純物低減効果の向上はこれ以上期待できないどころか、生産性が悪化し、サセプタや金属部材等の被覆のためのコストが高くなってしまうことが考えられる。従って、ポリシリコン膜の厚さを２０μｍ以下とすれば、被覆が容易で生産性を高く保つことができ、さらに、気相成長後にポリシリコン膜を除去するのも容易であるため好ましい。
このとき、原料ガスとしてＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４のうち少なくとも一つを用いることにより、サセプタ３上に形成したポリシリコン膜はエピタキシャルプロセス中でも除去されず、さらに、その後前記サセプタ３上に載置され、気相成長を行うウェーハＷに対して不純物とはならず、より生産性の高い気相成長を行うことができるため好ましい。
このような原料ガスのＳｉＨＣｌ３やＳｉＨ２Ｃｌ２等が熱分解すると中間生成物であるＳｉＣｌ２などの不安定な化合物が生成される。これによってサセプタのウェーハ載置面上にＳｉが析出されポリシリコン膜が形成される。
このようにしてポリシリコン膜を成長させている最中に、少なくとも１回以上、リフトピン５をウェーハリフトシャフト７によって上下動させることによって、リフトピン５とサセプタ３とを相対的に上下動させる。
このような操作を行うことにより、サセプタ３上に形成されるポリシリコン膜の成長中に、サセプタ３とリフトピン５との貼り付きを抑止することができるため、低コストで、且つ容易にパーティクルレベルを抑制しながらウェーハＷ上にエピタキシャル層を成長させることができる。
尚、リフトピンを上下動させる幅や速度については特には限定されず、リフトピンが、サセプタ上に成長したポリシリコン膜及びサセプタに形成されたリフトピン貫通孔を貫通して移動するように操作すれば良い。
尚、リフトピンを上下動させる幅や速度については特には限定されず、リフトピンが、サセプタ上に成長したポリシリコン膜及びサセプタに形成されたリフトピン貫通孔を貫通して移動するように操作すれば良い。
前記リフトピン５の上下動を行うタイミングとしては、サセプタ３上に、ある程度ポリシリコン膜が成長しているときが好ましく、例えば成長したポリシリコン膜の膜厚が８μｍ以上２０μｍ以下のときに、少なくとも１回リフトピン５を上下動させることができる。目的とするポリシリコン膜の膜厚が２０μｍ以上である場合は、その後、前記リフトピン５の上下動を行った時点から増加したポリシリコン膜の膜厚が８μｍ以上２０μｍ以下となったときに、再び少なくとも１回リフトピン５を上下動させ、ポリシリコン膜が目的とする膜厚となるまで上記操作を繰り返せば良い。
上記のように、ポリシリコン膜及び被覆膜を形成した後、サセプタ上にシリコンウェーハを載置して、その主表面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる。
最初に、投入温度（例えば５００〜７００℃）を調整したチャンバー２内にシリコンウェーハＷを投入し、その主表面が上を向くように、サセプタ３の上面のウェーハ載置面に載置する。ここでチャンバー２内には、シリコンウェーハＷが投入される前段階から、ガス導入管８を介して水素ガスが導入されている。
最初に、投入温度（例えば５００〜７００℃）を調整したチャンバー２内にシリコンウェーハＷを投入し、その主表面が上を向くように、サセプタ３の上面のウェーハ載置面に載置する。ここでチャンバー２内には、シリコンウェーハＷが投入される前段階から、ガス導入管８を介して水素ガスが導入されている。
次に、サセプタ３上のシリコンウェーハＷを、不図示の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、シリコンウェーハＷの主表面に形成されている自然酸化膜を除去する為の気相エッチングを行う。この気相エッチングは、次工程である気相成長の直前まで行われる。
次に、シリコンウェーハＷの主表面に形成されている自然酸化膜を除去する為の気相エッチングを行う。この気相エッチングは、次工程である気相成長の直前まで行われる。
次に、シリコンウェーハＷを所望の成長温度（例えば１０００〜１１８０℃）まで降温させ、シリコンウェーハＷの主表面上に、ガス導入管８を介して原料ガス（例えばトリクロロシラン：ＳｉＨＣｌ３）及びキャリアガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給することによって、シリコンウェーハＷの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示す気相成長装置を用いて、先ず、チャンバー内を１１５０℃まで加熱し、ＨＣｌガスを導入することで、サセプタのウェーハ載置面及びチャンバー内壁に堆積したポリシリコンを気相エッチングで除去してクリーニングした。
その後チャンバー内を１１００℃とし、ガス導入管より原料ガスとしてＳｉＨＣｌ３を、キャリアガスとして水素ガスを供給して、サセプタのウェーハ載置面上にポリシリコン膜を成長させた。ここで、下記表１に示したように、成長中のポリシリコン膜の膜厚が８μｍとなったときに、１回リフトピンを上下動させ、その後７μｍのポリシリコン膜を成長させることによって、最終的に膜厚１５μｍのポリシリコン膜を形成した。
図１に示す気相成長装置を用いて、先ず、チャンバー内を１１５０℃まで加熱し、ＨＣｌガスを導入することで、サセプタのウェーハ載置面及びチャンバー内壁に堆積したポリシリコンを気相エッチングで除去してクリーニングした。
その後チャンバー内を１１００℃とし、ガス導入管より原料ガスとしてＳｉＨＣｌ３を、キャリアガスとして水素ガスを供給して、サセプタのウェーハ載置面上にポリシリコン膜を成長させた。ここで、下記表１に示したように、成長中のポリシリコン膜の膜厚が８μｍとなったときに、１回リフトピンを上下動させ、その後７μｍのポリシリコン膜を成長させることによって、最終的に膜厚１５μｍのポリシリコン膜を形成した。
このようにポリシリコン膜が形成されたサセプタのウェーハ載置面上に、直径２００ｍｍ、Ｐ型で抵抗率１０Ωｃｍのシリコン単結晶ウェーハを載置し、温度１１００℃で、ガス導入管より原料ガスとしてＳｉＨＣｌ３を、キャリアガスとして水素ガスを供給して、１０μｍのエピタキシャル成長を行い、シリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
このようにして製造したシリコンエピタキシャルウェーハを５０枚用意し、これらシリコンエピタキシャルウェーハ上に発生したパーティクルの発生率を測定した。このときの結果を図２に示す。
このようにして製造したシリコンエピタキシャルウェーハを５０枚用意し、これらシリコンエピタキシャルウェーハ上に発生したパーティクルの発生率を測定した。このときの結果を図２に示す。
（比較例１）
下記表１に示したように、サセプタ上に成長させたポリシリコンの膜厚を８μｍとし、ポリシリコン膜成長中にリフトピンを上下動させなかったこと以外は実施例１と同様にしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
このようにして製造したシリコンエピタキシャルウェーハを５０枚用意し、これらシリコンエピタキシャルウェーハ上に発生したパーティクルの発生率を測定した。このときの結果を図２に示す。
下記表１に示したように、サセプタ上に成長させたポリシリコンの膜厚を８μｍとし、ポリシリコン膜成長中にリフトピンを上下動させなかったこと以外は実施例１と同様にしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
このようにして製造したシリコンエピタキシャルウェーハを５０枚用意し、これらシリコンエピタキシャルウェーハ上に発生したパーティクルの発生率を測定した。このときの結果を図２に示す。
（比較例２）
下記表１に示したように、ポリシリコン膜成長中にリフトピンを上下動させなかったこと以外は実施例１と同様にしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
このようにして製造したシリコンエピタキシャルウェーハを５０枚用意し、これらシリコンエピタキシャルウェーハ上に発生したパーティクルの発生率を測定した。このときの結果を図２に示す。
下記表１に示したように、ポリシリコン膜成長中にリフトピンを上下動させなかったこと以外は実施例１と同様にしてシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。
このようにして製造したシリコンエピタキシャルウェーハを５０枚用意し、これらシリコンエピタキシャルウェーハ上に発生したパーティクルの発生率を測定した。このときの結果を図２に示す。
前述のように、サセプタ上に形成するポリシリコン膜の膜厚を厚くするほど、製造されるエピタキシャルウェーハの汚染レベル、ヘイズレベル等を低減できることがわかっている。しかし、比較例１及び比較例２の結果からわかるように、ポリシリコン膜を厚く形成すると、製造されるエピタキシャルウェーハのパーティクルレベルは悪化してしまう。
ここで、実施例１のように、ポリシリコン膜成長中に少なくとも１回以上リフトピンを上下動させることにより、サセプタとリフトピンとの貼り付きを抑止することができるため、たとえポリシリコン膜の厚さを厚くしても、パーティクルレベルの悪化を抑制しながらシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができることがわかる。
尚、上記実施例１においては、リストピンの上下動を１回行っただけで十分な結果が得られ、２回以上行う必要がなかったために１回しか行わなかったが、もちろん２回以上行っても良い。
尚、上記実施例１においては、リストピンの上下動を１回行っただけで十分な結果が得られ、２回以上行う必要がなかったために１回しか行わなかったが、もちろん２回以上行っても良い。
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…気相成長装置、 ２…チャンバー、 ３…サセプタ、４…ウェーハ回転機構、
５…リフトピン、 ６…リフトピン貫通孔、 ７…ウェーハリフトシャフト、
８…ガス導入管、 ９…ガス排出管、 Ｗ…ウェーハ。
５…リフトピン、 ６…リフトピン貫通孔、 ７…ウェーハリフトシャフト、
８…ガス導入管、 ９…ガス排出管、 Ｗ…ウェーハ。
Claims (4)
- リフトピンを通過させるためのリフトピン貫通孔を有するサセプタのウェーハ載置面上に、原料ガスを供給することによってポリシリコン膜を成長させる工程と、
前記ウェーハ載置面上にポリシリコン膜が形成されたサセプタ上にウェーハを載置し、原料ガスを供給しながら前記ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長させる工程と、を有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ポリシリコン膜成長中に、１回以上前記リフトピンとサセプタを相対的に上下動させることを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。 - 前記ポリシリコン膜を、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４のうち少なくとも一つの原料ガスから生成することを特徴とする請求項１に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記ポリシリコン膜成長工程を、１０００〜１１８０℃に加熱した気相成長装置のチャンバー内に前記原料ガスを導入することによって行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記成長中のポリシリコン膜の膜厚が８μｍ以上２０μｍ以下の範囲となったときに、１回以上前記リフトピンとサセプタを相対的に上下動させ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項に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
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