JP5472308B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
枚葉式のエピタキシャル成長炉を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャル成長炉内のサセプタへの堆積物を除去するクリーニング工程と、
前記クリーニング工程の後に、前記サセプタ上に第1ウェーハを載置し、第1の制御パラメータに基づき、前記第1ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、第1のエピタキシャルウェーハを得る第1のウェーハ処理工程と、
前記サセプタ上の前記第1のエピタキシャルウェーハを搬送した後、前記サセプタ上に新たに第2ウェーハを載置し、前記第1のエピタキシャルウェーハと略等しい外周部の膜厚形状を得られるように設定した第2の制御パラメータに基づき、前記第2ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて第2のエピタキシャルウェーハを得る第2のウェーハ処理工程と
を含み、
前記エピタキシャル成長炉は、前記サセプタにより上部空間と下部空間とに実質的に仕切られる層形成室を備え、前記第1の制御パラメータおよび前記第2の制御パラメータには、前記層形成室の上部空間に供給される前記反応ガスの流量と、前記層形成室の下部空間に供給される不活性ガスの流量とを含み、前記第2の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第1の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させることを特徴とすることを特徴とする。
また、前記第2の制御パラメータは、前記第1のエピタキシャルウェーハと前記第2のエピタキシャルウェーハとのウェーハエッジから2mmだけ中心側の位置における膜厚差(ROA2差)を、5nm以下とするように設定されることが望ましい。
なお、本発明における「不活性ガス」は、シリコンとの反応性がないガスを意味する。
枚葉式のエピタキシャル成長炉を有するエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記エピタキシャル成長炉内のサセプタへの堆積物を除去するためのクリーニングレシピ、第1の制御パラメータに基づき前記サセプタ上に載置した第1ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、第1のエピタキシャルウェーハを得るための第1のプロセスレシピ、および、前記第1の制御パラメータとは異なる第2の制御パラメータに基づき、前記サセプタ上に載置した第2ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、前記第1のエピタキシャルウェーハと略等しい膜厚形状を有する第2のエピタキシャルウェーハを得るための第2のプロセスレシピを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記各レシピを読み出して、該読み出されたレシピに従って前記エピタキシャル成長装置を制御する制御手段であって、前記クリーニングレシピの実行の後に前記第1のプロセスレシピを1回実行し、該第1のプロセスレシピの実行の後に前記第2のプロセスレシピを実行する制御手段と
を備え、
前記エピタキシャル成長炉は、層形成室を備え、該層形成室内は前記サセプタにより上部空間と下部空間とに実質的に仕切られ、前記第1の制御パラメータおよび前記第2の制御パラメータには、前記層形成室の上部空間に供給される前記エピタキシャル層を成長させる反応ガスの流量と、前記層形成室の下部空間に供給される不活性ガスの流量とを含み、前記第2の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第1の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させることを特徴とする。
また、前記第2の制御パラメータは、前記第1のエピタキシャルウェーハと前記第2のエピタキシャルウェーハとのウェーハエッジから2mmだけ中心側の位置における膜厚差(ROA2差)を、5nm以下とするように設定されることが望ましい。
図1は、本発明の第1実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造装置の主要部であるエピタキシャル成長炉を模式的に示した断面図である。
SiHCl3の流量=1枚目のSiHCl3流量−a (1)
エピタキシャル成長時間=エピタキシャル膜厚中央値/2枚目のエピタキ
シャル成長速度 (2)
ドーパントガス流量=1枚目のドーパントガス流量
−〔b×(1枚目のエピタキシャル成長速度
−2枚目のエピタキシャル成長速度)+c〕(3)
ここで、a,bおよびcは、エピタキシャル成長装置およびウェーハ等の属性に応じて異なる定数である。また、1枚目のエピタキシャル成長速度および2枚目のエピタキシャル成長速度は、何れも、エピタキシャル膜厚÷エピタキシャル成長時間によって求められる。また、エピタキシャル膜厚中央値とは、エピタキシャルウェーハ製品の仕様として要求されるエピタキシャル膜厚範囲の中央値であり、狙いとするエピタキシャル膜厚を意味する。エピタキシャル膜厚は、フーリエ変換赤外分光光度計(ナノメトリクス社製のQS−3300)を用いて測定したが、エピタキシャル膜厚の測定方法は、これに限定されるものではない。
本発明者らは、同一の条件(ガス流量、成長時間、ドーパントガス流量等)でエピタキシャル成長処理を行った場合、1回目のウェーハのエピタキシャル成長処理に用いた反応ガス(SiHCl3)の流量に関わらず、1枚目のウェーハと2枚目以降のウェーハとの外周部の膜厚の差は略一定となることを見出した。そこで、この膜厚差を解消するために必要となる2枚目以降のエピタキシャル成長処理での処理条件は、層形成室2の上部空間2aに投入される反応ガス(SiHCl3)および層形成室2の下部空間2bに投入される不活性ガス(H2ガス)の流量を調整することにより達成することができる。
図5は、第1実施形態に対応して、図1に示したエピタキシャルウェーハの製造装置を用い、図3に示す処理フローチャートに従い、5枚のウェーハを処理して得られたエピタキシャル層の膜厚形状を示すグラフである。このグラフの横軸は、ウェーハの中心から半径方向への距離を示し、縦軸は、製造されたウェーハのエピタキシャル膜の膜厚を、所望の膜厚を0としてこれとの差によって示したものである。このグラフに示されるように、ウェーハの外周部において、クリーニング後の1枚目から5枚目のウェーハの膜厚形状がほぼ一致している。なお、エピタキシャル膜の膜厚は、フーリエ変換赤外分光光度計(ナノメトリクス社製のQS−3300)を用いて測定した。
また、図6は、比較のため、同一の処理レシピで5枚のウェーハを処理するときのエピタキシャルウェーハの製造方法のフローチャートである。この図6に示すように、比較例1では、クリーニングレシピによりサセプタ10のクリーニングをした後(ステップS201)、プロセスレシピA(ステップS202)により5枚のウェーハを連続処理(ステップS203)する。以降、プログラムまたはオペレータからの終了指示を受けるまで、ステップS201−S203を繰り返し実行する(ステップS204)。
図8は、図4に示したエピタキシャルウェーハの製造装置を用い、図6に示す処理フローに供するエピタキシャル成長処理前の直径300mmのシリコンウェーハの厚みおよび、図6に示す処理フローにより製造されたエピタキシャルウェーハの厚みを静電容量方式の平坦度測定器(装置名:KLA−Tencor社製のWaferSight)を用いて測定し、その差分をエピタキシャル膜厚分布として示したグラフである。このグラフはウェーハの中心から140〜150mmの外周部のみを示し、ウェーハの中心から半径方向への距離をグラフの横軸に示す。また、縦軸は、エピタキシャルウェーハ成長処理前後の差分より求めたエピタキシャル膜の膜厚を、中心からの距離120mm〜135mmの範囲について、中心からの距離と膜厚とを最小自乗法でフィッティングした直線上の点を0として、これとの対比により補正した相対厚さ(Leveled Thickness)を示している。グラフ中で、実線、破線、一点鎖線は、それぞれ1枚目、2枚目、3〜5枚目のエピタキシャルウェーハを示す。3枚目から5枚目のウェーハについては、グラフの形状が略等しいので1つの線で示している。
図9は、図4に示したエピタキシャルウェーハの製造装置を用い、第1の制御パラメータに対し、第2の制御パラメータの反応ガス(SiHCl3ガス)の流量を所定量減らし、層形成室2の下部空間2bの不活性ガス(H2ガス)の流量を変化させずに、図3の処理フローにより、5枚のウェーハを処理したとき(実施例2−1)のエピタキシャル膜厚分布のグラフである。測定方法およびグラフの縦軸、横軸等の表記は図8と同様である。
一方、図10は、図4に示したエピタキシャルウェーハの製造装置を用い、第1の制御パラメータに対し、第2の制御パラメータの反応ガス(SiHCl3ガス)と層形成室2の下部空間2bの不活性ガス(H2ガス)との双方の流量をそれぞれに対応する所定量減らし、図3の処理フローにより、5枚のウェーハを処理したとき(実施例2−2)のエピタキシャル膜厚分布のグラフである。測定方法およびグラフの縦軸、横軸等の表記は図8および9と同様である。図10に示されるように、層形成室2の下部空間2bの不活性ガス(H2)の流量を所定量減らすことによって、1枚目のウェーハと2枚目以降5枚目までのウェーハの外周部の膜厚形状を、一致させることが可能になる。
2 層形成室
3 上側ドーム
4 下側ドーム
5 ドーム取り付け体
6 ハロゲンランプ
7 サセプタ回転軸
8 支持アーム
9 昇降ピン
10 サセプタ
10a 外周部
11 リフトアーム
12 ガス供給口
13 ガス排出口
14 ガス供給口
20 エピタキシャルウェーハの製造装置
21 ウェーハ搬送機構
22 加熱機構
23 ガス供給・排出機構
24 記憶部
25 制御部
26 インタフェース部
W ウェーハ
Claims (16)
- 枚葉式のエピタキシャル成長炉を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記エピタキシャル成長炉内のサセプタへの堆積物を除去するクリーニング工程と、
前記クリーニング工程の後に、前記サセプタ上に第1ウェーハを載置し、第1の制御パラメータに基づき、前記第1ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、第1のエピタキシャルウェーハを得る第1のウェーハ処理工程と、
前記サセプタ上の前記第1のエピタキシャルウェーハを搬送した後、前記サセプタ上に新たに第2ウェーハを載置し、前記第1のエピタキシャルウェーハと略等しい外周部の膜厚形状を得られるように設定した第2の制御パラメータに基づき、前記第2ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて第2のエピタキシャルウェーハを得る第2のウェーハ処理工程と
を含み、
前記エピタキシャル成長炉は、前記サセプタにより上部空間と下部空間とに実質的に仕切られる層形成室を備え、前記第1の制御パラメータおよび前記第2の制御パラメータには、前記層形成室の上部空間に供給される前記反応ガスの流量と、前記層形成室の下部空間に供給される不活性ガスの流量とを含み、前記第2の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第1の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させ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。 - 前記第2の制御パラメータは、前記第1のエピタキシャルウェーハと前記第2のエピタキシャルウェーハとのウェーハエッジから2mmだけ中心側の位置における膜厚差(ROA2差)を、5nm以下とするように設定されることを特徴とする請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記クリーニング工程の後に前記第1のウェーハ処理工程を1回行い、前記第1のウェーハ処理工程の後に、前記第2のウェーハ処理工程を2回以上連続して行う処理シーケンスを繰り返し実行することを特徴とする請求項1または2に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記第1の制御パラメータと前記第2の制御パラメータとは、前記エピタキシャル層を成長させる反応ガスの流量、処理時間、および、ドーパントガス流量のうち少なくとも1つの処理条件において異なることを特徴とする請求項1−3のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ製造方法。
- 前記第2の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される反応ガスの流量は前記第1の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される反応ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項1−4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方法。
- 前記第2の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される不活性ガスの流量は前記第1の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される不活性ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項1−5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方法。
- 前記クリーニング工程により、前記サセプタの少なくとも表面部分は、シリコンカーバイド(SiC)からなることを特徴とする請求項1−6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方法。
- 前記反応ガスは、トリクロロシラン(SiHCl3)であることを特徴とする請求項1−7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方法。
- 前記不活性ガスは、水素ガス(H2ガス)であることを特徴とする請求項1−8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方法。
- 枚葉式のエピタキシャル成長炉を有するエピタキシャルウェーハの製造装置において、
前記エピタキシャル成長炉内のサセプタへの堆積物を除去するためのクリーニングレシピ、第1の制御パラメータに基づき前記サセプタ上に載置した第1ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、第1のエピタキシャルウェーハを得るための第1のプロセスレシピ、および、前記第1の制御パラメータとは異なる第2の制御パラメータに基づき、前記サセプタ上に載置した第2ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、前記第1のエピタキシャルウェーハと略等しい外周部の膜厚形状を有する第2のエピタキシャルウェーハを得るための第2のプロセスレシピを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記各レシピを読み出して、該読み出されたレシピに従って前記エピタキシャル成長装置を制御する制御手段であって、前記クリーニングレシピの実行の後に前記第1のプロセスレシピを1回実行し、該第1のプロセスレシピの実行の後に前記第2のプロセスレシピを実行する制御手段と
を備え、
前記エピタキシャル成長炉は、層形成室を備え、該層形成室内は前記サセプタにより上部空間と下部空間とに実質的に仕切られ、前記第1の制御パラメータおよび前記第2の制御パラメータには、前記層形成室の上部空間に供給される前記エピタキシャル層を成長させる反応ガスの流量と、前記層形成室の下部空間に供給される不活性ガスの流量とを含み、前記第2の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第1の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造装置。 - 前記第2の制御パラメータは、前記第1のエピタキシャルウェーハと前記第2のエピタキシャルウェーハとのウェーハエッジから2mmだけ中心側の位置における膜厚差(ROA2差)を、5nm以下とするように設定されることを特徴とする請求項10に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
- 前記制御手段は、前記クリーニングレシピの実行の後に前記第1のプロセスレシピを1回実行し、該第1のプロセスレシピの実行の後に前記第2のプロセスレシピを複数回連続して実行する処理シーケンスを繰り返し実行することを特徴とする請求項10または11に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
- 前記第1の制御パラメータと前記第2の制御パラメータとは、前記エピタキシャル層を成長させる反応ガスの流量、処理時間、および、ドーパントガス流量のうち少なくとも1つの処理条件において異なることを特徴とする請求項10−12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装置。
- 前記第2の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される反応ガスの流量は前記第1の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される反応ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項10−13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装置。
- 前記第2の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される不活性ガスの流量は前記第1の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される不活性ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項10−14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装置。
- 前記サセプタは、少なくとも表面部分がシリコンカーバイド(SiC)からなり、前記クリーニングレシピにより、前記シリコンカーバイドの表層が露出した状態となることを特徴とする請求項10〜15の何れか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
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