JP5849674B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

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、特に、チャンバー内でのシリコンウェーハの加熱方法に関するものである。

近年、シリコンウェーハの大口径化に対応するため、枚葉式のエピタキシャル成長装置が主に使用されている。このエピタキシャル成長装置を用いてシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を形成する場合において、ウェーハ裏面に自然酸化膜が形成された状態のまま成膜を行うと、極薄くではあるが、ウェーハ裏面にも不均一なエピタキシャル膜が形成されてしまい、ウェーハ裏面にクモリやハローなどの微小な凹凸が形成される問題があることが知られている。

特許文献１には、裏面クモリの発生を防止する方法が開示されている。この方法では、シリコンウェーハの表裏面をＳＣ−１液およびＳＣ−２液で洗浄した後、シリコンウェーハの表裏面をＨＦ系溶液で洗浄して共に撥水面とする。この後、表面にシリコンのエピタキシャル層を成膜する。この方法によれば、成膜後の積層欠陥を低減でき、裏面のクモリ発生を低減することができる。また、特許文献１の方法では、シリコンウェーハの表裏面をＳＣ−１液およびＳＣ−２液で洗浄した後、シリコンウェーハの裏面をＨＦ系溶液で洗浄して撥水面とするとともに、その表面を純水洗浄して親水面とする。この後、表面にシリコンのエピタキシャル層を成膜する。この方法によれば、表面マウンドを低減でき、裏面のクモリ発生を低減することができる。

また、特許文献２には、サセプタの底面部にその表裏面を貫通する複数の貫通穴を設け、このサセプタを使用してウェーハを支持すると共に、エピタキシャル成長処理前に実施する水素ベーク時にウェーハ裏面の自然酸化膜を除去しておくことにより、その後に行うエピタキシャル膜形成時でのクモリやハローの発生を防止することが開示されている。

さらに特許文献３には、複数の貫通穴を設けたサセプタを用いて気相成長を行う場合には、エピタキシャル成長処理後のシリコンエピタキシャルウェーハの裏面に、貫通穴の形成位置に対応して凸部が形成される問題があるため、エピタキシャル膜形成処理中の上下加熱バランスを制御して、ウェーハ裏面形状を制御することが開示されている。

国際公開ＷＯ２００５／０５７６４０パンフレット 特表２００３−５３２６１２号公報 国際公開ＷＯ２００５／０３４２１９パンフレット

本発明者の実験によれば、上記した特許文献１〜３で記載されるように、エピタキシャル成長処理前にウェーハ裏面の自然酸化膜を除去したとしても、以下に示すエピタキシャル成長処理条件によっては、ウェーハの裏面にクモリが発生する場合があることが判明した。

近年、サセプタ基材からの金属汚染を防止するために、サセプタ表面をシリコン膜でコーティングした後、当該サセプタ上にウェーハを載置してエピタキシャル成長処理を行う場合がある。ところが、このようなシリコンコートサセプタを使用してエピタキシャル成長処理を実施した場合、処理後のウェーハの裏面にクモリ（エッチング斑、裏面クモリ）が発生することが散見された。

また、通常、エピタキシャル成長処理を経たチャンバー内の壁面やサセプタ等にはシリコンなどが付着・堆積するため、エピタキシャル成長処理後に、チャンバー内クリーニングを実施した後、次のエピタキシャル成長処理が実施されている。チャンバー内クリーニングは、例えば、チャンバー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て付着堆積物を除去する処理である。

近年、生産性の向上を目的として、エピタキシャル成長処理後のチャンバー内クリーニングを毎回行わず、エピタキシャル成長処理を複数回（例えば１０回）実施した後にチャンバー内クリーニングを１回実施する操業方式（以下、「マルチデポ処理」という）が好ましく採用されている。ところが、このようなマルチデポ処理を実施した場合、マルチデポ処理の回数が増大するに連れて、ウェーハの裏面にクモリが多発することが確認された。

ウェーハの裏面クモリは外観不良であり、製品ウェーハとして好ましくない。ウェーハ裏面にクモリがあると、裏面のパーティクル測定において誤検出が生じるおそれがある。また、ウェーハの表面のみならず裏面にまで高平坦化が要求される昨今のニーズに応えることができない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、シリコンコートサセプタを使用する場合やマルチデポ処理を実施する場合であっても、ウェーハの裏面クモリの発生を防止することが可能な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にある。

本発明者は、上記問題が発生する原因について鋭意研究を重ねた結果、ウェーハの裏面クモリはエピタキシャル成長処理中に発生するのではなく、エピタキシャル成長処理の前に行われる水素ベーク工程（水素熱処理工程ともいう）の昇温過程で発生し、上側ヒーターと下側ヒーターとの出力パワー比（加熱比率）を制御することで裏面クモリの発生を防止できることを見出した。

これまで、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成する前に、ウェーハ裏面の自然酸化膜を除去することが必要とされてきた。自然酸化膜が除去されなければ、その後のエピタキシャル成長処理において、ウェーハ裏面にＳｉが不均一に成長してしまい、クモリやハローが生じるからである。

ところが、自然酸化膜を除去したウェーハを使用しても、シリコンコートしたサセプタを使用してエピタキシャル成長処理を行った場合にはウェーハ裏面にクモリが発生することが実験により明らかとなった。この実験結果から、サセプタ表面にコートしたシリコン膜がウェーハ裏面へのクモリ発生に関与しているものと推定できる。

また、シリコンコートしていないサセプタを使用してエピタキシャル成長処理を行う場合でも、マルチデポ処理を行った場合には、マルチデポ処理の回数が増大するにつれて、ウェーハ裏面にクモリが発生する。エピタキシャル成長処理中、ウェーハ裏面側にも成長ソースガスが回り込み、サセプタの底面部の表面に僅かながらもシリコン生成物が堆積していく。使用当初はシリコンコートしていないサセプタであっても、マルチデポ処理回数の増大に伴い、サセプタの底面部の表面に堆積するシリコン生成物の厚みが増加し、前述したシリコンコートしたサセプタと同様の状態になってしまう。このため、サセプタへのシリコンコートと同様に、サセプタ表面のシリコン膜がウェーハ裏面へのクモリ発生に関与しているものと推定できる。

さらに、もう一つの要因として、高温熱処理条件下においてはサセプタ変形（凸化）が生じ、マルチデポ処理回数が増えるごとに変形量も増え、その結果、サセプタ表面とウェ−ハ裏面の隙間が狭くなることで、前記の現象が加速されるものと推察できる。

シリコンコートやマルチデポ処理によって、サセプタ表面に形成されたシリコン膜は、ＳｉＣなどのカーボン基材からなるサセプタ表面上に気相成長されたシリコン膜であるため、単結晶シリコン膜ではなく多結晶シリコン膜である。多結晶シリコン膜は非常にポーラスであって、内部に他の成分が取り込まれやすく、サセプタへのシリコンコート処理時に使用される原料ガス（ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４など）中のＣｌ基などが内部に取り込まれており、その他水分なども吸着されている可能性がある。

このため、エピタキシャル成長処理において高温熱処理を受けることによって、サセプタ表面のシリコン膜中の成分（例えばＨＣｌ成分あるいはＳｉ成分など）がウェーハ裏面に転写（マストランスファー）され、ウェーハ裏面がエッチングあるいはＳｉ成長などによりウェーハ裏面のクモリを発生させているものと推測される。

なお、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いて、エピタキシャル成長処理後のウェーハ裏面のクモリ部（微小凹凸部）を観察しても、サセプタ表面のシリコン膜中の活性なＨＣｌ成分などがウェーハ裏面側に転写されて形成された凹凸なのか、ウェーハ裏面がエッチングされて形成された凹凸なのか、シリコン膜中の活性なＳｉ成分がウェーハ裏面側に転写されてＳｉ成長により凹凸が形成されたものなのか、あるいはこれら両方の現象が複合されて形成された凹凸なのかまでは判別できない。

いずれにしても、マストランスファー作用は、温度の高いところから温度の低いところへの物質移動によって起きる現象であるから、マストランスファー作用を抑制するには、サセプタ側の温度が低下するように加熱手段を調整することが有効である。

しかしながら、本発明者の研究によれば、エピタキシャル成長処理時に下側ヒーターのパワーを低下させてエピタキシャル成長処理を行っても、ウェーハ裏面へのクモリ発生を抑制することができず、エピタキシャル膜成長を開始する前に実施する、水素ベーク工程における昇温過程において、下側ヒーターのパワーを低下させることが裏面クモリ発生低減に有効であることを確認した。これは、以下の理由によるものと推測される。

水素ベークの昇温工程では、低温状態のシリコンウェ−ハをチャンバー内に配置されたサセプタ上に搬入載置して、極短時間の間で所定温度にまで達するように上下からのランプ照射により昇温される。このとき、チャンバー内の温度環境は、ランプ照射によって発熱体として機能するサセプタの温度が高く、ウェーハ温度が低い状態で昇温処理が進行するため、ウェーハ中心付近が下側に大きく反った凹形状の状態となる。このため、昇温工程にあっては、ウェーハ裏面の中心付近とサセプタ表面との間隔（距離）が狭く、マストランスファーが最も起こり易い環境となる。その後、水素ベーク処理の時間の経過とともにウェーハの反りが回復されるため、エピタキシャル成長処理時にはマストランスファーが起こらないものと推測される。実際、水素ベーク処理の昇温工程において裏面クモリを発生させなければ、その後のエピタキシャル成長処理において裏面クモリが発生しないことが確認された。

なお、サセプタの底部厚みが適切でない（薄すぎる）場合には、下側ヒーターのパワーを低下させただけでは、裏面クモリ発生を防止できないケースも確認され、サセプタの底部厚みも裏面クモリに影響を与える因子であることを知見した。具体的には、サセプタ底部の厚みを２．８〜６ｍｍの範囲に調整することが有効である。

このように、本発明者は、水素ベーク処理の昇温工程における下側ヒーターの出力パワー比率が裏面クモリ発生に影響を与える因子であることを知見し、本発明を完成させたものである。

本発明は以上のような技術的知見に基づくものであり、本発明によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、チャンバー内に設けられたサセプタ上にシリコンウェーハを載置し、前記サセプタの上方及び下方にそれぞれ設けられた上側ヒーター及び下側ヒーターで前記シリコンウェーハを加熱し、前記シリコンウェーハの一方の主面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる方法であって、予め裏面側を撥水面としたシリコンウェーハを前記サセプタ上に載置するウェーハ導入工程と、前記上側ヒーター及び前記下側ヒーターを用いて前記チャンバー内で前記シリコンウェーハを水素ガス雰囲気で熱処理する水素ベーク工程と、前記水素ベーク後、前記チャンバー内に原料ガスを供給して前記シリコンウェーハの前記一方の主面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャル成長処理を実施するエピタキシャル成長工程とを含み、前記水素ベーク工程は、前記上部ヒーター及び前記下部ヒーターを含むヒーター全体に対する前記下側ヒーターの出力パワー比率を４８％から５８％までの範囲内に設定して、前記チャンバー内の昇温を実施することを特徴とする。

本発明において、前記サセプタの少なくとも上面にはシリコン膜が形成されていることが好ましい。シリコンコートサセプタを用いる場合には本発明の効果が顕著であり、ウェーハの裏面クモリの発生を防止することができる。

本発明によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、複数枚のシリコンウェーハに対して前記エピタキシャル成長処理を実施した後に前記チャンバー内部のクリーニングを１回実施するマルチデポ処理を行うと共に、前記マルチデポ処理の回数の増加に合わせて前記出力パワー比率を低く設定することが好ましい。マルチデポ処理を実施する場合には本発明の効果が顕著であり、ウェーハの裏面クモリの発生を防止することができる。

本発明において、前記サセプタの底壁部の厚みは２．８ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好ましい。サセプタの底壁部の厚みが２．８ｍｍ以上６ｍｍ以下であれば、ウェーハの裏面クモリの発生を確実に防止することができる。

本発明において、前記サセプタの前記底壁部には貫通孔が設けられていることが好ましい。一般的に、エピタキシャル成長処理の熱処理によって、シリコンウェーハ中のドーパントがウェーハ裏面から外方拡散して、成長するエピタキシャル層に取り込まれる現象（オートドープ現象）が発生するが、この構成によれば、ウェーハ裏面から外方拡散するドーパントをサセプタに形成した貫通孔を通じてサセプタ外方に向けて速やかに排出することができ、形成するエピタキシャル層の面内抵抗分布の均一化を図ることができる。

本発明によれば、シリコンコートサセプタを使用する場合やマルチデポ処理を実施する場合であっても、ウェーハの裏面クモリの発生を防止することが可能な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ができる。

図１は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造工程を概略的に示すフローチャートである。 図２は、第１〜第３の洗浄工程を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において使用される枚葉式の気相成長装置の構成を示す略側面断面図である。 図４は、本実施形態によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において使用するサセプタの構造を示す模式図であって、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は正面図である。 図５は、一連のエピタキシャル成長工程におけるチャンバー１１内の温度変化を示すタイムチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造工程を概略的に示すフローチャートである。

図１に示すように、シリコンエピタキシャルウェーハの製造では、まずＣＺ法により育成されたシリコンインゴットからスライスした所定サイズ（例えば口径３００ｍｍ）のシリコンウェーハを用意する（ステップＳ１０１）。

次に、面取り用の砥石を用いて、シリコンウェーハの周縁部を所定形状に面取りする（ステップＳ１０２）。その結果、シリコンウェーハの周縁部は、断面が所定の丸みを帯びた形状に成形される。

次に、ラップ盤を用いてシリコンウェーハにラップ加工を施し（ステップＳ１０３）、その後、ラップドウェーハを所定のエッチング液（混酸またはアルカリ＋混酸）に浸漬してエッチングする（ステップＳ１０４）。このエッチング工程により、ラップ加工での歪み、面取り工程などの歪みなどが除去される。この場合、通常片面で２０μｍ、両面で４０μｍ程度をエッチングすることが好ましい。その後、必要に応じシリコンウェーハにドナーキラー熱処理工程を施す（ステップＳ１０５）。

次に、このシリコンウェーハを両面研磨してシリコンウェーハの表面および裏面に鏡面加工を施し（ステップＳ１０６）、さらに後述する第１〜第３の洗浄工程を順に実施する（ステップＳ１０７〜Ｓ１０９）。

この後、シリコンウェーハの表面にシリコンのエピタキシャル膜を成長させる（ステップＳ１１０）。すなわち、原料ガスであるトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を、キャリアガスであるＨ_２ガス及び必要に応じたドーパントガスとともにチャンバーへ導入し、１０００〜１２００℃の高温に熱せられたシリコンウェーハ上に、原料ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを、反応速度０．５〜６．０μｍ／分で成長させる。

最後に、エピタキシャル成長処理洗浄工程を行う（ステップＳ１１１）。具体的には、エピタキシャル成長前の第１の洗浄工程と同じＲＣＡ洗浄（ＳＣ−１液による洗浄およびＳＣ−２液による洗浄）である。以上の工程により、エピタキシャルウェーハが完成する。

図２は、第１〜第３の洗浄工程を示すフローチャートである。

図２に示すように、第１の洗浄工程では、まず、シリコンウェーハの表裏面をＳＣ−１液（アルカリ洗浄）で洗浄し（ステップＳ２０１）、この後、ＳＣ−２液（酸洗浄）で洗浄する（ステップＳ２０２）。ＳＣ−１液は、アンモニア水溶液：過酸化水素水：水＝１：５：５０の比（容量比）で作製し、５０〜８５℃で洗浄する。このＳＣ−１洗浄により、シリコンウェーハの表裏面に付着したパーティクルが除去される。また、ＳＣ−２液は、塩酸水溶液：過酸化水素水：水＝１：１：１００〜１：１：５の比（容量比）で作製し、常温（室温）〜７０℃で洗浄する。このＳＣ−２洗浄により、シリコンウェーハの表裏面の金属不純物が除去される。

次に、シリコンウェーハの裏面を洗浄する第２の洗浄工程を実施する。

第２の洗浄工程では、まず、シリコンウェーハを枚葉式の洗浄装置にセットする。そして、シリコンウェーハの裏面に純水を噴出して、純水でリンスする（ステップ２０３）。次いで、シリコンウェーハの裏面にＨＦ溶液を噴出して、３ｗｔ％の２０℃のＨＦ溶液で洗浄する（ステップＳ２０４）。この後、シリコンウェーハの裏面に純水を噴出して、純水でリンスする（ステップＳ２０５）。最後に、シリコンウェーハをスピン乾燥させて（ステップＳ２０６）、第２の洗浄工程を完了させる。以上の第２の洗浄工程により、シリコンウェーハの裏面は撥水面になる。なお、撥水面としては、接触角で３０度以上のものであればよく、最大９０度以内の撥水面とすることが望ましい。

次に、シリコンウェーハの表面を洗浄する第３の洗浄工程を実施する。

第３の洗浄工程では、まず、枚葉式の洗浄装置にセットされているシリコンウェーハの表面に純水を噴出して、純水でリンスする（ステップＳ２０７）。次いで、純水を噴出して、スポンジブラシを使用して、シリコンウェーハの表面をスクラブしながら純水でリンスする（ステップＳ２０８）。この後、スポンジブラシを使用せず純水でリンスする（ステップＳ２０９）。

さらに、シリコンウェーハの表面にＨＦ溶液を噴出して、３ｗｔ％の２０℃のＨＦ溶液で洗浄する（ステップＳ２１０）。さらに、シリコンウェーハの表面に純水を噴出して、純水でリンスする（ステップＳ２１１）。最後に、シリコンウェーハの表面をスピン乾燥させて（ステップＳ２１２）、第３の洗浄工程を完了させる。以上の第３の洗浄工程により、シリコンウェーハの表面も撥水面になる。なお、シリコウェーハ表面側をＨＦ溶液で洗浄して撥水面にする工程（ステップＳ２１０）を実施する形態について説明したが、ウェーハ表面側に自然酸化膜が存在していても、後述する水素ベーク工程においてウェーハ表面側には水素ガスが十分に接触して自然酸化膜が除去されるため、この工程を省略してもよい。

以上の第１から第３の洗浄工程により、シリコンウェーハの表裏面のパーティクルが除去されるとともに、シリコンウェーハの表裏面のそれぞれが撥水面となる。シリコンウェーハが撥水面になると、自然酸化膜が少なくなる。このときの自然酸化膜の厚さは数ｎｍ程度の極僅かな厚さであり、シリコンウェーハ裏面に残存する自然酸化膜を起因とした裏面クモリの発生を防止することができる。

図３は、本実施形態によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において使用される枚葉式の気相成長装置の構成を示す略側面断面図である。

図３に示すように、気相成長装置１は、チャンバー１１と、チャンバー１１の内部に設けられてシリコンウェーハＷを上面で支持するサセプタ２０とを備えている。

チャンバー１１には、該チャンバー１１内に原料ガス（例えば、トリクロロシラン）及びキャリアガス（例えば、水素）を含む気相成長用ガスをサセプタ２０の上側の領域に導入してサセプタ２０上のシリコンウェーハＷの一方の主面（主表面）上に供給する気相成長用ガス導入管１５が設けられている。

さらに、チャンバー１１のうちの、気相成長用ガス導入管１５が設けられた側と反対側には、チャンバー１１内のガスが排気される排気管１６が設けられている。

チャンバー１１の外部には、該チャンバー１１を上側から加熱する上側ヒーター１４ａと下側から加熱する下側ヒーター１４ｂとが設けられている。ヒーター１４ａ、１４ｂとしては、例えば、ハロゲンランプ等が挙げられる。

また、上側ヒーター１４ａ及び下側ヒーター１４ｂは、後述するがそれぞれの出力パワー比率（加熱比率）を制御できるようになっており、加熱比率を制御することによって本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハを製造することを可能としている。

図４は、本実施形態によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において使用するサセプタの構造を示す模式図であって、（ａ）は側面断面図、（ｂ）は正面図を示すものである。

サセプタ２０は、例えば炭化ケイ素で被覆されたグラファイトにより構成されている。サセプタ２０はさらに、シリコンコートされたものであってもよい。このサセプタ２０は、例えば略円板状に形成され、その主表面には、該主表面上にシリコンウェーハＷを位置決めするための平面視略円形状の凹部である座ぐり２１が形成されている。

座ぐり２１の内周壁には、シリコンウェーハＷの裏面側周縁部を線接触あるいは線接触支持するように環状支持部２１ａが設けられている。これにより、シリコンウェーハＷの裏面と座ぐり２１の底壁部上面とが接触しないように離間された状態で環状支持部２１ａによってシリコンウェーハＷが支持される。

本実施形態において、サセプタ２０の底壁部の厚みｔは２．８〜６．０ｍｍであることが好ましい。すなわち、サセプタ２０の底壁部の厚みｔが薄くなる程、裏面クモリが発生し易くなる傾向にあり、２．８ｍｍ以上の厚みを確保することにより裏面クモリの発生をより低減することができる。ただし、６．０ｍｍを超えると、裏面クモリは発生しないが、肉厚が厚すぎて、サセプタ２０そのものの温度制御が困難となる。

サセプタ２０の底壁部には、座ぐり２１に対してシリコンウェーハＷの搬入・搬出するための昇降用リフトピン１３が挿通されるリフトピン用孔部２２が形成されている。図３に示すように、リフトピン１３は、丸棒状に形成された胴体部１３ａと、該胴体部１３ａの上端部に形成されてシリコンウェーハＷを支持する頭部１３ｂとを備えている。頭部１３ｂは、シリコンウェーハＷを支持しやすいように胴体部１３ａの径に比べて大きく形成されている。リフトピン１３は矢印Ａで示す上下方向に移動可能なリフトピン昇降部材１７とともに昇降することができる。

サセプタ２０の底壁部のうちシリコンウェーハＷと平面視にて重なる位置には、サセプタ２０の表裏に貫通する貫通孔２５が底壁部の外周に沿って円周状に複数個形成されている。これにより、エピタキシャル成長処理中、シリコンウェーハＷの裏面から外方拡散するドーパントは、雰囲気ガスとともにサセプタ２０に形成した貫通孔２５を通じてサセプタ２０下方に向けて速やかに排出され、エピタキシャル層の面内抵抗分布の均一化を図ることができる。

また、図３に示すように、サセプタ２０の裏面には、該裏面からサセプタ２０を支持するサセプタ支持部材１２が設けられている。このサセプタ支持部材１２は矢印Ｂで示す方向に回転可能とされている。サセプタ支持部材１２の先端部には、放射状に分岐した複数の支持アーム１２ａが設けられている。

そして、支持アーム１２ａの先端部は、サセプタ２０の裏面に接続されており、支持アーム１２ａはサセプタ２０をその上面が略水平となるように支持する。また、支持アーム１２ａには、リフトピン１３の胴体部１３ａが挿通する孔１２ｂが形成されている。

次に、気相成長装置１を用いたシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。

まず、シリコンウェーハＷを、投入温度（例えば６５０℃）に設定したチャンバー１１内のサセプタ２０上にセットする。

具体的には、リフトピン１３上にシリコンウェーハＷを受け渡すために、リフトピン昇降部材１７を上昇させて、各リフトピン１３をサセプタ２０上面より上方に突出するように該サセプタ２０に対し相対的に上昇させる。

このようにサセプタ２０に対し相対的にリフトピン１３が上昇した状態で、図示しないハンドラによりシリコンウェーハＷをチャンバー１１内に搬送し、各リフトピン１３の頭部１３ｂにより主表面を上にしてシリコンウェーハＷを支持させる。

そして、ハンドラを退避させた後、リフトピン昇降部材１７を下降させて各リフトピン１３を降下させることにより、シリコンウェーハWの裏面周辺部が座ぐり２１内の環状支持部２１ａによって支持され、リフトピン昇降部材１７と各リフトピン１３の係合が解除される。

このようにサセプタ２０の座ぐり２１内にシリコンウェーハＷを支持させたら、水素ガス雰囲気のチャンバー１１内でシリコンウェーハＷに熱処理を施す（水素ベーク工程）。

すなわち、チャンバー１１内に気相成長用ガス導入管１５及びパージガス導入管１６をそれぞれ介してチャンバー１１内に水素ガスを流した状態で、チャンバー１１内の温度が所定温度（例えば、１１１０℃以上１１８０℃以下）になるように上側ヒーター１４ａ及び下側ヒーター１４ｂに電力を供給して加熱する。この際に、サセプタ支持部材１２を鉛直軸回りに回転駆動させることによりサセプタ２０及びシリコンウェーハＷを回転させる。

これにより、シリコンウェーハＷの主表面の自然酸化膜が水素ガスによりエッチングされて除去される。また、シリコンウェーハＷの裏面の自然酸化膜も、貫通孔２５を通って当該裏面に到達した水素ガスによりエッチングされる。この際、チャンバー１１内を投入温度６５０℃から水素熱処理温度約１１５０℃まで昇温させる昇温過程において、ヒーター全体に対する下側ヒーター１４ｂの加熱比率（下側加熱比率）を４８〜５８％の範囲に設定することにより、ウェーハの裏面クモリの発生を防止する。

次いで、シリコンウェーハＷ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（気相成長工程）。

すなわち、チャンバー１１内を上側ヒーター１４ａと下側ヒーター１４ｂとの加熱比率を制御することによって所望の温度（例えば、１１００℃以上１１５０℃以下）に設定し、気相成長用ガス導入管１５を介してシリコンウェーハＷの主表面上に気相成長用ガスを供給し、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る。

その後、チャンバー１１内の温度を投入温度（６５０℃）まで下げ、さらにチャンバー１１内のガスを排気管１６から排気した後、シリコンエピタキシャルウェーハを取り出し、一連のエピタキシャル成長工程が終了する。

マルチデポ処理では、一枚のウェーハに対する一連のエピタキシャル成長工程の後、チャンバー１１のクリーニングを行うことなく、次のウェーハのための一連のエピタキシャル成長工程を実施する。そして所定枚数のウェーハのエピタキシャル成長処理が完了した後、クリーニングを実施する。

図５は、一連のエピタキシャル成長工程におけるチャンバー１１内の温度変化を示すタイムチャートである。

図５に示すように、ウェーハのロード時にはチャンバー内の温度が約６５０℃に保たれている（区間Ｔ１）。ウェーハがロードされると、上側ヒーター１４ａ及び下側ヒーター１４ｂのＰＩＤ制御によりチャンバー内の温度は約１１００〜１１５０℃まで昇温される（区間Ｔ２）。その後、水素ベーク処理を一定時間行い（区間Ｔ３）、次いでエピタキシャル成長処理が実施される（区間Ｔ４）。その後、チャンバー内のパージガスが排出され（区間Ｔ５）、さらにチャンバー内の温度が約６５０℃まで冷却され（区間Ｔ６）、シリコンエピタキシャルウェーハはアンロードされる（区間Ｔ７）。

以上説明したように、本実施形態によるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、水素ベーク工程の昇温ステップ（区間Ｔ２）において、チャンバー内の下側ヒーターの出力パワー比を４８〜５８％としたので、シリコンコートされたサセプタを使用する場合やマルチデポ処理を実施する場合であっても、ウェーハの裏面クモリを防止することができる。また、本実施形態においては、サセプタの底壁部の厚みを２．８〜６．０ｍｍとしたので、ウェーハの裏面クモリを確実に防止することができる。

実施例１として、下側加熱比率とウェーハの裏面クモリとの関係について調べた。まず図１及び図２のフローチャートに従い、直径３００ｍｍ、比抵抗８〜１２Ω・ｃｍのＰ型シリコンウェ−ハを用意し、その表面に比抵抗率１０Ω・ｃｍ、厚み４ｕｍのエピタキシャル層を気相成長させた。ここで、気相成長装置としてはアプライドマテリアルズ社製の"Centura 300 Epi"を用い、サセプタにはシリコンコート無しのものを用いた。また、サセプタには、座ぐりの中央位置での肉厚が２．６ｍｍのものを用いた。

エピタキシャル成長条件は、水素ベーク工程において６５０℃から１１５０℃まで昇温し、昇温ステップにおける下側加熱比率を４３％に設定した。その後、エピタキシャル成長温度１１５０℃において、ウェーハ表面に厚み４ｕｍのエピタキシャル層を気相成長させた。同様の処理条件にてマルチデポ処理（６回）を実施した。すなわち、チャンバー内クリーニングを毎回行うのではなく、６回までクリーニングなしで各ウェーハのエピタキシャル成長処理を実施した。

こうして、下側加熱比率を４３％に設定し、マルチデポ処理により６枚のシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。そして同様にして、下側加熱比率を４６％、４８％、５３％、５８％、６０％及び６３％に変えたときのシリコンエピタキシャルウェーハも製造した。

その後、各シリコンエピタキシャルウェーハの外観検査を行い、裏面クモリの有無を目視にて検査した。その結果を表１に示す。表１において、○印は裏面クモリ無しの場合、×印は裏面クモリ発生の場合を示している。

表１に示すように、下側加熱比率が高ければ高いほど、マルチデポ処理の回数が増加したときに裏面クモリが発生しやすいことが分かった。よって、マルチデポ処理の回数の増加に合わせて下側加熱比率を低くすることが好ましいことが分かった。ただし、下側の加熱比率を４８％未満にまで低下させると、上側の加熱出力が過度になり過ぎてしまい、ウェーハ面内の加熱分布を悪化させ、ウェーハにスリップを発生させる場合があり、安定的な操業を行うことが困難となる。

実施例２として、サセプタの底壁部の肉厚とウェーハの裏面クモリとの関係について調べた。本実施例では、昇温ステップにおける下側加熱比率を５８％に固定し、サセプタの座ぐりの中央位置での肉厚を２．６ｍｍ〜６．０ｍｍの間で変化させた点以外は実施例１と同一条件下でシリコンエピタキシャルウェーハを製造し、外観検査を行った。その結果を表２に示す。

表２に示すように、サセプタの肉厚が厚ければ厚いほど、マルチデポ処理の回数が増加しても裏面クモリが発生しにくく、特に、２．８〜６．０ｍｍの範囲ではマルチデポ処理の６回目であっても裏面クモリが発生しないことが分かった。

次に、実施例３について説明する。実施例３では、上記実施例１及び２の結果を踏まえて、マルチデポ処理の回数を１０回としたときの裏面クモリの発生状況を調べた。この測定では、サセプタの座ぐりの中央位置での肉厚を２．６ｍｍ、２．８ｍｍ、４．０ｍｍ、６．０ｍｍの４種類とし、昇温ステップにおける下側加熱比率を４８％、５８％、６３％の３種類とした点以外は実施例１と同一条件下でシリコンエピタキシャルウェーハを製造し、外観検査を行った。その結果を表３に示す。

表３に示すように、昇温ステップにおける下側加熱比率が４８％と５８％の場合には、サセプタの肉厚が２．８ｍｍ、４．０ｍｍ、および６．０ｍｍのいずれの場合でも、１〜１０回目までのすべてのエピタキシャル成長処理において、裏面クモリが発生しなかった。したがって、昇温ステップにおける下部加熱比率を４８〜５８％の範囲とし、サセプタの肉厚を２．８〜６．０ｍｍとした場合には、一般に行われている回数の範囲内でマルチデポ処理を行ったとしても、裏面クモリの発生を防止できることが分かった。

１ 気相成長装置
１１ チャンバー
１２ サセプタ支持部材
１２ａ 支持アーム
１２ｂ 孔
１３ リフトピン
１３ａ リフトピンの胴体部
１３ｂ リフトピンの頭部
１４ａ 上側ヒーター
１４ｂ 下側ヒーター
１５ 気相成長用ガス導入管
１６ 排気管
１７ リフトピン昇降部材
２０ サセプタ
２１ 座ぐり
２１ａ 環状支持部
２２ リフトピン用孔部
２５ 貫通孔

Claims (4)

1. 複数枚のシリコンウェーハに対してエピタキシャル成長処理を実施した後にチャンバー内部のクリーニングを１回実施するマルチデポ処理を行うと共に、前記複数枚のシリコンウェーハの各々に対するエピタキシャル成長処理では、チャンバー内に設けられたサセプタ上にシリコンウェーハを載置し、前記サセプタの上方及び下方にそれぞれ設けられた上側ヒーター及び下側ヒーターで前記シリコンウェーハを加熱し、前記上部ヒーターと対向する前記シリコンウェーハの一方の主面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させ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、
   予め裏面側を撥水面としたシリコンウェーハを前記サセプタ上に載置するウェーハ導入工程と、
   前記上側ヒーター及び前記下側ヒーターを用いて前記チャンバー内で前記シリコンウェーハを水素ガス雰囲気で熱処理する水素ベーク工程と、
   前記水素ベーク後、前記チャンバー内に原料ガスを供給して前記シリコンウェーハの前記一方の主面にシリコンエピタキシャル層を気相成長させるエピタキシャル成長処理を実施するエピタキシャル成長工程とを含み、
   前記水素ベーク工程は、前記上部ヒーター及び前記下部ヒーターを含むヒーター全体に対する前記下側ヒーターの出力パワー比率を４８％から５８％までの範囲内に設定すると共に、前記マルチデポ処理の回数の増加に合わせて前記出力パワー比率を低く設定して、前記チャンバー内の昇温を実施す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。
2. 前記サセプタの少なくとも上面にシリコン膜が形成されてい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。
3. 前記サセプタの底壁部の厚みは２．８ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は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。
4. 前記サセプタの前記底壁部に貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項３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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