JP5884705B2 - 気相成長装置の汚染量測定方法及び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、気相成長装置の汚染量を測定する方法及びその方法を利用することによりエピタキシャルウェーハを製造する方法に関する。
近年、ＣＣＤやＣＩＳなどの撮像素子用基板として、シリコンウェーハ上にシリコン膜を気相成長させたシリコンエピタキシャルウェーハが使用されるようになってきている。このような撮像素子用のエピタキシャルウェーハでは、ウェーハ中の重金属不純物のレベルを低くすることが重要である。ウェーハ内に重金属不純物が存在すると白キズ（白点）と呼ばれる不良が発生してしまうからである。
一般に、エピタキシャルウェーハを製造するためには、高温でエピタキシャル膜を気相成長させる。そのため、エピタキシャル膜を成膜する時、気相成長装置のチャンバー内に金属不純物が存在すると、製造されたエピタキシャルウェーハが金属不純物による汚染を受けてしまう。これらの金属の汚染源としては、例えば、原料として用いるシリコン結晶やシリコン含有化合物の他に、気相成長装置のメンテナンス（洗浄）時に付着した金属不純物、チャンバーを構成する素材に含まれる金属不純物、装置及び配管系に通常用いられるステンレス成分等が考えられる。
従来では、エピタキシャルウェーハ内の金属不純物を測定し、その測定結果に基づいて該エピタキシャルウェーハを製造した気相成長装置の清浄度（汚染の程度）を評価する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１の方法では、ウェーハライフタイム（以下略してＷＬＴと呼ぶことがある）法により、シリコンウェーハ中の金属不純物を測定している。このＷＬＴ法の代表的な方法として、マイクロ波光導電減衰法少数キャリアライフタイム法（以下略してμＰＣＤ法）がある。この方法は、例えば試料（基板）に対して光を当てて、発生する少数キャリアの寿命をマイクロ波の反射率の変化で検出することで、試料中の金属不純物を評価するものである。
ウェーハ内に金属が取り込まれると、このＷＬＴ値が小さくなるため、熱処理や気相成長させたウェーハのＷＬＴ値を測定して評価することで、熱処理炉内や気相成長装置内の金属汚染の管理を行うことができる。つまり、汚染管理用のウェーハを準備して実工程で用いる熱処理炉や気相成長装置で熱処理を行い、熱処理後のウェーハのＷＬＴ値を測定することで、熱処理炉や気相成長装置が金属不純物に汚染されているかいないかを判定することができる。
ところで、ＣＣＤ、ＣＩＳなどの撮像素子用のエピタキシャルウェーハにあっては、白キズの発生を防止するためにウェーハの高純度化が課題であり、そのためには気相成長装置の汚染量を高感度に測定する必要がある。しかしながら、近年の高感度化に伴いこれまでの測定手法では白キズとの明確な対応が取れなくなってきている。つまり、複数のエピタキシャルウェーハ間で、ＷＬＴ法等で測定した金属不純物の汚染量の差が少ないにもかかわらず、一方のウェーハでは白キズが発生し、他方のウェーハでは白キズが発生しないという事態が生じている。このことから、従来の手法では、金属不純物による汚染量を高感度に測定できていないことが考えられる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、気相成長装置の汚染量を高感度に測定できる方法及び高純度のエピタキシャルウェーハを製造できる方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するための、本発明の気相成長装置の汚染量測定方法は、
気相成長装置のチャンバー内をＨＣｌガスによるベーパーエッチングによりクリーニングするベーパーエッチング工程と、
前記ベーパーエッチング後の前記チャンバー内にて所定の枚数のウェーハを１枚ずつ順次非酸化性雰囲気で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理された各々のウェーハ表面上の金属不純物の濃度を前記気相成長装置の汚染量として測定する測定工程とを含み、
前記ベーパーエッチング工程及び前記熱処理工程を所定の回数繰り返し行い、前記熱処理工程では各回同じウェーハを用いて各回で熱処理するウェーハの順番を変えないようにし、前記ベーパーエッチング工程及び前記熱処理工程を前記所定の回数繰り返し行った後に前記測定工程を行うことを特徴とする。
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本発明によれば、ベーパーエッチング工程でチャンバー内をＨＣｌガスによるベーパーエッチングを行うので、ＨＣｌガスと、気相成長装置に存在する金属不純物との反応生成物が発生し、その反応生成物の一部はチャンバー内に残留する。ベーパーエッチングを行った後、所定の枚数の半導体ウェーハを１枚ずつチャンバーに導入し、１枚ずつ順次非酸化性雰囲気で熱処理を行う（熱処理工程）ので、各ウェーハの表面はベーパーエッチング工程で発生しチャンバー内に残留した金属不純物で汚染される。これらベーパーエッチング工程及び熱処理工程を所定の回数繰り返し行うので、ウェーハの表層に金属不純物による汚染を濃縮させることができる。測定工程では、ベーパーエッチング工程及び熱処理工程を所定の回数繰り返し行った後のウェーハ表面上の金属不純物の濃度を測定するので、気相成長装置の汚染を定量化できるとともに、高感度にその測定を行うことができる。
また、熱処理工程で熱処理するウェーハの枚数が複数の場合には、熱処理工程では各回同じウェーハを用いて各回で熱処理するウェーハの順番を変えないようにしているので、各々のウェーハ表面の金属汚染に、熱処理する順番を反映させることができる。よって、複数のウェーハから測定された金属不純物の濃度間の関係を見ることで、例えば気相成長装置の汚染の原因（ベーパーエッチングによるクリーニングに汚染原因があるのか、それともクリーニング以外の汚染原因があるのかなど）を判断しやすくできる。
また、熱処理工程における非酸化性雰囲気としては水素雰囲気が好適である。これによって、非酸化性雰囲気での熱処理を実現できるので、熱処理時にウェーハの表面に酸化膜が形成されるのを防止でき、表面を金属汚染しやすくできる。
また、熱処理工程で熱処理するウェーハの枚数としては３枚以上の枚数とするのが好ましい。これによれば、ウェーハが１枚、２枚だけの場合に比べて、多くの情報（金属不純物濃度の減衰）を得ることができるので、気相成長装置の清浄度（汚染の程度）の良し悪しや、汚染原因を判断しやすくできる。
また、ベーパーエッチング工程及び熱処理工程の繰り返し回数は４回以上とするのが好ましい。４回以上とすることで、金属不純物の測定感度が特に良好になり、複数のウェーハ間で金属不純物の濃度の違いが顕著になるという実験結果を得ている。よって、繰り返し回数を４回以上とすることで、気相成長装置の清浄度の良し悪しや、汚染原因を判断しやすくできる。
また、熱処理工程における熱処理の条件としては１０００℃〜１２００℃で３０秒以上とするのが好ましい。これによって、ウェーハの表面の金属汚染を良好に行うことができる。
また、測定工程では、ウェーハ表面上の汚染を回収しＩＣＰ−ＭＳによって金属不純物の濃度を測定するのが好ましい。これによって、金属不純物の濃度を得ることができるので、気相成長装置の汚染を定量化できる（汚染量を測定できる）。このとき、汚染を回収する範囲をウェーハ表面の全範囲とすることで、全範囲の金属不純物の濃度を得ることができる。他方、汚染を回収する範囲をウェーハ表面の一部範囲とすることで、その一部範囲の金属不純物の濃度を得ることができる。よって、例えば同一のウェーハで異なる複数の一部範囲の濃度を測定することで、金属不純物の濃度の面内分布を得ることができる。
また、測定工程では金属不純物の濃度としてＭｏ濃度を測定するのが好ましい。Ｍｏは、ウェーハとしてのシリコンウェーハに対する拡散速度が遅い。そのため、ベーパーエッチング工程及び熱処理工程の繰り返しによって、半導体ウェーハの表層にＭｏを濃縮させることができ、測定工程にてＭｏ濃度を高感度に測定できる。また、熱処理するウェーハとしてシリコンウェーハを用いるのが好ましい。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、本発明の気相成長装置の汚染量測定方法を適用し、その汚染量測定方法の測定結果に基づいて金属不純物による汚染を一定レベル以下に低減した気相成長装置を用いて、ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させることを特徴とする。これによれば、気相成長装置の汚染量を高感度に測定できる本発明の汚染量測定方法を適用して一定レベル以下に金属汚染を低減した気相成長装置を用いているので、高純度のエピタキシャルウェーハを得ることができる。
以下、本発明に係る気相成長装置の汚染量測定方法及びエピタキシャルウェーハの製造方法の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の汚染量測定方法の適用対象となる気相成長装置の好適な一例として、枚葉式の気相成長装置１０の側面断面図を示している。その気相成長装置１０は、シリコンウェーハＷの表面上にシリコン単結晶膜を気相成長させる装置（シリコンエピタキシャルウェーハを製造する装置）である。気相成長装置１０は、ＳＵＳからなるチャンバーベース１１とそれを上下から挟み、チャンバー１２（反応容器）を形成する透明石英部材１３、１４と、チャンバー１２の内部に設けられてチャンバーベース１１を内側からカバーする不透明石英部材１５、１６と、シリコンウェーハＷを水平に支持するサセプタ１７とを備えている。
チャンバー１２には、チャンバー１２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）を含む気相成長ガスＧを、サセプタ１７の上側の領域に導入してサセプタ１７上のシリコンウェーハＷの主表面上に供給するガス導入管２０、２１が設けられている。また、チャンバー１２には、ガス導入管２０、２１が設けられた側と反対側にガス排出管２２、２３が設けられている。
また、チャンバー１２の上下には、エピタキシャル成長時にシリコンウェーハＷをエピタキシャル成長温度（例えば９００〜１２００℃）に加熱するヒーター２４、２５が設けられている。ヒーター２４、２５は、水平方向に複数設けられている。ヒーター２４、２５としては例えばハロゲンランプが採用される。
気相成長装置１０では、例えばＣＣＤやＣＩＳなどの撮像素子用基板に使用されるエピタキシャルウェーハが製造される。上述したように、近年の金属不純物測定の高感度化に伴いこれまでの測定手法（ＷＬＴ法など）では白キズとの明確な対応が取れなくなってきている。これは、従来手法では、エピタキシャル層中で拡散が遅い金属（Ｍｏ、Ｓｎ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖなど）をうまく検出できていないことが考えられる。撮像素子などのデバイスは、エピタキシャル層中の金属不純物に非常に強い影響を受けるので、エピタキシャル層中で拡散が遅い金属不純物を高感度に検出する必要がある。
また、エピタキシャルウェーハの製造を繰り返すうちにチャンバー１２に反応生成物（Ｓｉ）が堆積するので、定期的にチャンバー１２内をＨＣｌガスによるベーパーエッチングを行って堆積したＳｉを除去する（クリーニングをする）必要がある。そのクリーニングの際に、気相成長装置１０の素材として用いられるステンレス等から金属不純物が発生することがある。本発明の汚染量測定方法では、そのベーパーエッチングによるクリーニングを利用して、気相成長装置の汚染量を測定している。以下、本発明の汚染量測定方法を含む、気相成長装置１０の清浄度を評価する方法を説明する。
図２は、気相成長装置１０の清浄度を評価する方法の手順を示したフローチャートである。先ず、気相成長装置１０のメンテナンス後、シリコンエピタキシャルウェーハの製造を繰り返した段階で、チャンバー１２に堆積したＳｉをベーパーエッチングにより除去するクリーニングを行う（Ｓ１）。具体的には、ＨＣｌガスをガス導入管２０、２１からチャンバー１２内に導入して、そのＨＣｌガスによりチャンバー１２内に堆積したＳｉを除去する。ベーパーエッチングの時間は堆積したＳｉの量に応じて設定する。このとき、ＨＣｌガスにより気相成長装置１０の汚染原因箇所（例えばステンレス部材の腐食箇所など）から金属不純物が発生したり、気相成長装置１０の内部（ガス導入管２０、２１や、チャンバー１２の内壁等）に付着していた金属不純物とＨＣｌガスとの反応生成物が発生したりする。発生した金属不純物やＨＣｌガスと金属不純物との反応生成物（以下、単に金属不純物という）の一部はガス排出管２２、２３から気相成長装置１０外に排出されるが、一部はチャンバー１２内に残留する。ベーパーエッチングの際には、シリコンウェーハはチャンバー１２から取り出しておく。なお、Ｓ１の工程が本発明の「ベーパーエッチング工程」に相当する。
なお、Ｓ１の工程と次のＳ２の工程の間に、ガス導入管２０、２１からチャンバー１２内にトリクロロシラン等のＳｉ系のガスを導入して、チャンバー１２内（チャンバー１２の内壁やサセプタ１７など）を薄いＳｉ膜でコーティングしても良い。このようにすることで、次のＳ２の工程でチャンバー１２内が金属不純物で汚染されるのを防止できる。
次に、所定の枚数のシリコンウェーハを用意して、用意したシリコンウェーハを１枚ずつ順次チャンバー１２内（サセプタ１７上）にて熱処理を行う（Ｓ２）。つまり、先ず１枚目のシリコンウェーハをサセプタ１７に載置して熱処理を行い、熱処理が終わったらそのシリコンウェーハをチャンバー１２から取り出す。そして、熱処理を行ったシリコンウェーハの枚数が所定枚数に達するまでは（Ｓ３：Ｎｏ）、２枚目〜所定枚数目のシリコンウェーハに対しても１枚目と同様に順次熱処理を行う（Ｓ２）。このとき、ガス導入管２０、２１から水素をチャンバー１２内に導入してチャンバー１２内を水素雰囲気にして熱処理を行う。これにより、シリコンウェーハの表面に酸化膜が形成するのを防止でき、シリコンウェーハの表面を金属不純物で汚染させることができる。また、熱処理時のチャンバー１２内の温度は１０００℃〜１２００℃、熱処理時間は３０秒以上とするのが好ましい。
熱処理するシリコンウェーハの枚数は何枚でも良い（１枚でも良い）が、３枚以上とするのが好ましい。３枚以上とすることで、後述のＳ５で測定する各シリコンウェーハのＭｏ濃度間の規則性を把握しやすくなり、気相成長装置１０の清浄度の良し悪しや汚染原因を判断しやすくできる。なお、Ｓ２の工程が本発明の「熱処理工程」に相当する。
これらＳ１の工程（ベーパーエッチング工程）、Ｓ２の工程（熱処理工程）を所定回数繰り返し行う。つまり、所定枚数熱処理を行った場合には（Ｓ３：Ｙｅｓ）、次に、Ｓ１の工程、Ｓ２の工程の繰り返し回数が所定回数に達したか否かを判断する（Ｓ４）。繰り返し回数が所定回数に未だ達していない場合には（Ｓ４：Ｎｏ）、Ｓ１の工程に戻って、再度、チャンバー１２内をＨＣｌガスによりベーパーエッチングする。１回目のベーパーエッチングによってチャンバー１２内に堆積したＳｉは除去されているので、２回目以降のベーパーエッチングは、堆積したＳｉの除去というよりも、１回目のベーパーエッチングで捉えきれなかった金属不純物を捉えるために行う。
Ｓ２の熱処理工程も所定回数繰り返し行うが、各回同じシリコンウェーハを用い、各回で熱処理する順番を変えないようにする。つまり、例えば、１回目の熱処理工程で、３枚のシリコンウェーハＷ１、Ｗ２、Ｗ３をこの順番で熱処理を行った場合には、２回目以降もそれらシリコンウェーハＷ１、Ｗ２、Ｗ３を用いるとともに、１番目にシリコンウェーハＷ１を熱処理し、２番目にシリコンウェーハＷ２を熱処理し、３番目にシリコンウェーハＷ３を熱処理する。
このように、Ｓ１の工程及びＳ２の工程を所定回数繰り返し行うことで、シリコンウェーハの表層に、シリコンウェーハに対して拡散速度が遅い金属不純物を濃縮することができる。また、熱処理するシリコンウェーハが複数の場合には、各回で熱処理する順番を変えないようにすることで、各シリコンウェーハの金属汚染量に熱処理の順番を反映させることができる。例えば、Ｓ１の工程（クリーニング）の影響でチャンバー１２内に多くの金属不純物が発生した場合には、１番目に熱処理するシリコンウェーハの金属汚染量が最も大きくなると考えられる。
Ｓ１の工程及びＳ２の工程の繰り返し回数は、後述のＳ５の工程で高感度に金属汚染量を測定できるのであれば何回でも良いが、４回以上とするのが好ましい。繰り返し回数を４回とすることで、複数のシリコンウェーハ間で金属汚染量の違いが顕著になるという実験結果を得ている。なお、その実験結果は後述する。
Ｓ１の工程及びＳ２の工程を所定回数行った場合には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、熱処理後の各シリコンウェーハＷの表面上の金属不純物の濃度を測定する（Ｓ５）。このＳ５の工程では、金属不純物の濃度として例えばＭｏ濃度を測定する。ＭｏはＳｉ中の拡散速度が遅く、また、気相成長装置１０の素材にＭｏが含まれていることが多い。そのため、Ｍｏは、他の金属不純物に比べて熱処理後のシリコンウェーハの表層に多く含まれ、Ｍｏ濃度は気相成長装置１０の実際の清浄度（金属汚染量）を反映すると考えられる。
Ｓ５の工程では、具体的に、例えばＷＳＡ（Ｗａｆｅｒ Ｓｕｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ）法でウェーハ表面にＨＦ等の薬液を滴下しウェーハ表面を走査しながら（ころがしながら）、表面の汚染を液滴とともに回収する。回収した液滴をＩＣＰ−ＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ、ＩＣＰ質量分析法）にかけて、液滴に含まれたＭｏ濃度を測定する。なお、薬液の走査範囲をウェーハ表面の全範囲（全面）とした場合にはウェーハ全面のＭｏ濃度（各部のＭｏ濃度の平均値）が得られる。また、薬液の走査範囲をウェーハの一部範囲とした場合には、その一部範囲のＭｏ濃度が得られる。なお、Ｓ５の工程が本発明の「測定工程」に相当する。
Ｓ５の工程で測定した各ウェーハのＭｏ濃度は気相成長装置１０の汚染量に対応するので、次に、Ｍｏ濃度に基づいて気相成長装置１０の清浄度を評価する（Ｓ６）。Ｓ２の工程で熱処理したシリコンウェーハの枚数が１枚だけの場合には、例えばＭｏ濃度が所定の閾値を超えているか否かに基づいて、気相成長装置１０の清浄度の良し悪しを評価する。また、３枚以上のシリコンウェーハを熱処理した場合には、例えば、各シリコンウェーハのＭｏ濃度の中で最大のＭｏ濃度が所定の閾値を超えていた場合には清浄度が悪いと評価し、全てのＭｏ濃度が閾値を下回っていた場合には清浄度が良いと評価する。さらに、その清浄度の良し悪しの評価とともに、各Ｍｏ濃度の大小関係に基づきＳ１の工程（クリーニング）の影響で金属汚染が生じたか否かを判断する。具体的には、例えば熱処理した順番が高いシリコンウェーハほどＭｏ濃度が高くなる傾向が見られた場合には、今回のシリコンウェーハの金属汚染はクリーニング（Ｓ１の工程）による影響が大きいと判断する。この場合、気相成長装置１０の中でクリーニングが及ぶ範囲（ＨＣｌガスに曝される範囲）に汚染原因があるとして、その範囲を洗浄、交換等することで、気相成長装置１０の清浄度を向上できる。また、例えば各シリコンウェーハ間でＭｏ濃度に差異が見られなかった場合には、今回のシリコンウェーハの金属汚染はクリーニング以外の影響が大きいと判断する。この場合には、気相成長装置１０の中でクリーニングが及ばない範囲（ＨＣｌガスに曝されない範囲）に汚染原因があるとして、その範囲を洗浄、交換等することで、気相成長装置１０の清浄度を向上できる。
以上が、本実施形態の気相成長装置の評価方法である。このように、本実施形態の評価方法によれば、ベーパーエッチング及び熱処理を所定回数繰り返し行うので、シリコンウェーハの表層に金属不純物としてのＭｏを濃縮できる。よって、Ｓｉ中の拡散速度が遅いＭｏを高感度に測定できる。また、複数枚のシリコンウェーハのＭｏ濃度間の関係を見ることで、汚染原因を特定しやすくなる。例えばＳ５の工程で測定されるＭｏ濃度が一定レベル以下となるように管理した気相成長装置１０を用いることで、金属不純物の少ない高純度のシリコンエピタキシャルウェーハを得ることができる。
気相成長をさせるときの手順としては、投入温度（例えば６５０℃）に調整したチャンバー１２内にシリコンウェーハＷを投入し、その表面が上を向くように、サセプタ１７に載置する。ここでチャンバー１２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２０、２１及びパージガス導入管をそれぞれ介して水素ガスが導入されている。
次にサセプタ１７上のシリコンウェーハＷをヒーター２４、２５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。なお、この気相エッチングは、具体的には、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１０５０〜１１８０℃）まで降温し、ガス導入管２０、２１を介してシリコンウェーハＷの表面上に原料ガス（例えばトリクロロシラン）を、パージガス導入管を介してパージガス（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の表面上にシリコン単結晶膜を気相成長させシリコンエピタキシャルウェーハとする。最後に、シリコンエピタキシャルウェーハを取り出し温度（例えば、６５０℃）まで降温し、チャンバー１２外へと搬出する。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
（実施例１）
気相成長装置のメンテナンス後、直径３００ｍｍのシリコンエピタキシャルウェーハを約１０００枚生産したところで、チャンバーをＨＣｌガスによりベーパーエッチング（ＶＥ）し、その後ただちにシリコンウェーハを投入して、１１３０℃、６０秒、Ｈ２雰囲気で熱処理を行った。そのウェーハを取り出した後２枚目のウェーハを投入し、同様の熱処理を施し取り出した。さらに３枚目のウェーハを投入し同様に熱処理し取り出した。そして、各々のウェーハ表面汚染を回収しＩＣＰ−ＭＳでＭｏ濃度を測定した。つづけて、同様のＶＥを行った後、同じ３枚のウェーハを同じ順番でチャンバーに順次投入し、同様の熱処理を行った。このベーパーエッチング工程及び熱処理工程を合計４回まで繰り返した。このうち２回目と４回目終了後にも初回と同様にＩＣＰ−ＭＳでＭｏ濃度を測定した。
気相成長装置のメンテナンス後、直径３００ｍｍのシリコンエピタキシャルウェーハを約１０００枚生産したところで、チャンバーをＨＣｌガスによりベーパーエッチング（ＶＥ）し、その後ただちにシリコンウェーハを投入して、１１３０℃、６０秒、Ｈ２雰囲気で熱処理を行った。そのウェーハを取り出した後２枚目のウェーハを投入し、同様の熱処理を施し取り出した。さらに３枚目のウェーハを投入し同様に熱処理し取り出した。そして、各々のウェーハ表面汚染を回収しＩＣＰ−ＭＳでＭｏ濃度を測定した。つづけて、同様のＶＥを行った後、同じ３枚のウェーハを同じ順番でチャンバーに順次投入し、同様の熱処理を行った。このベーパーエッチング工程及び熱処理工程を合計４回まで繰り返した。このうち２回目と４回目終了後にも初回と同様にＩＣＰ−ＭＳでＭｏ濃度を測定した。
この測定結果を図３に示す。図３の左のグループ１０１はＶＥ及び熱処理を１回だけ行ったときの測定結果を示し、真ん中のグループ１０２はＶＥ及び熱処理を２回繰り返したときの測定結果を示し、右のグループ１０３はＶＥ及び熱処理を４回繰り返したときの測定結果を示している。横軸の数字「１」は１枚目のウェーハ（１番目に熱処理が施されたウェーハ）、「２」は２枚目のウェーハ（２番目に熱処理が施されたウェーハ）「３」は３枚目のウェーハ（３番目に熱処理が施されたウェーハ）の結果であることを示している。図３に示すように、グループ１０１は全て検出下限以下であったが、グループ１０２では１枚目のウェーハのＭｏ濃度が測定できる大きさになっている。さらに、グループ１０３の１枚目のウェーハのＭｏ濃度はグループ１０２に比べても顕著に大きくなっており、２枚目も検出下限より大きくなっている。つまり、ＶＥ及び熱処理を４回繰り返すことで、高感度にＭｏ濃度を測定できたことを示している。
また、グループ１０３では、１枚目のウェーハのＭｏ濃度＞２枚目のウェーハのＭｏ濃度＞３枚目のウェーハのＭｏ濃度の関係になっている。つまり、ＶＥの影響が最も大きい１枚目のウェーハのＭｏ濃度が最も高くなっている。このことから、今回使用した気相成長装置では、ＶＥによるクリーニングの影響で金属汚染が受けやすくなっていると考えられる。
比較例として、３枚のウェーハに対してＶＥ及び熱処理を４回繰り返し施し各ウェーハのウェーハライフタイム（ＷＬＴ）を測定した。このときのＶＥ、熱処理の条件は上記実施例１の条件と同じである。その測定結果を図４に示す。なお、図４の横軸の数字「１」は１枚目のウェーハ、「２」は２枚目のウェーハ、「３」は３枚目のウェーハの結果であることを示している。また、図４のプロット点の上の数値はＷＬＴの値である。図４に示すように、３枚目、２枚目、１枚目の順にＷＬＴは若干小さくなっているがそれほど大きな差はなく、汚染原因が分かりにくくなっている。
（実施例２）
実施例１と同様の実験を行った。ただし、今回は直径３００ｍｍのシリコンエピタキシャルウェーハにおける半径８５ｍｍ以内を内周部（図５参照）とし、半径８５ｍｍから１５０ｍｍ（最外周）までの６５ｍｍを外周部（図５参照）とし、ＶＥ及び熱処理回数は４回として、内周部と外周部とを１〜３枚目でＭｏ濃度において比較した。図６はその測定結果である。図６に示すように、１枚目、２枚目、３枚目いずれも、内周部のＭｏ濃度に比べて外周部のＭｏ濃度が高くなっている。通常外周部がより強く汚染されるが、同様の結果となっている。
実施例１と同様の実験を行った。ただし、今回は直径３００ｍｍのシリコンエピタキシャルウェーハにおける半径８５ｍｍ以内を内周部（図５参照）とし、半径８５ｍｍから１５０ｍｍ（最外周）までの６５ｍｍを外周部（図５参照）とし、ＶＥ及び熱処理回数は４回として、内周部と外周部とを１〜３枚目でＭｏ濃度において比較した。図６はその測定結果である。図６に示すように、１枚目、２枚目、３枚目いずれも、内周部のＭｏ濃度に比べて外周部のＭｏ濃度が高くなっている。通常外周部がより強く汚染されるが、同様の結果となっている。
（実施例３）
気相成長装置のメンテナンス後、直径３００ｍｍのシリコンエピタキシャルウェーハを１３３枚生産したところ、１４０１枚生産したところ、及び２２６６枚生産したところのそれぞれで、実施例１と同様のＶＥ及び熱処理を４回行い、Ｍｏ濃度の比較を行った。その測定結果を図７に示す。また、ＷＬＴの結果も合わせて示す。図７に示すように、メンテナンス後の生産枚数が少ないほど３、２、１枚目の順でＭｏ濃度が高いことが分かる。これらは、ＷＬＴに比較してより顕著である。しかし、２２６６枚生産後のものはすでにメンテナンスによる汚染は、排気等により除去された模様で、１〜３枚目全て検出下限以下であることを示している。このように、本発明では、メンテナンス後の汚染の回復を判断しやすい。
気相成長装置のメンテナンス後、直径３００ｍｍのシリコンエピタキシャルウェーハを１３３枚生産したところ、１４０１枚生産したところ、及び２２６６枚生産したところのそれぞれで、実施例１と同様のＶＥ及び熱処理を４回行い、Ｍｏ濃度の比較を行った。その測定結果を図７に示す。また、ＷＬＴの結果も合わせて示す。図７に示すように、メンテナンス後の生産枚数が少ないほど３、２、１枚目の順でＭｏ濃度が高いことが分かる。これらは、ＷＬＴに比較してより顕著である。しかし、２２６６枚生産後のものはすでにメンテナンスによる汚染は、排気等により除去された模様で、１〜３枚目全て検出下限以下であることを示している。このように、本発明では、メンテナンス後の汚染の回復を判断しやすい。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、汚染量の測定対象とする気相成長装置は枚葉式のそれにかぎられず、縦型（パンケーキ型）、バレル型（シリンダー型）など各種気相成長装置の汚染量の測定に本発明を適用できる。また、図２のＳ５の工程では、Ｍｏ濃度の他に、Ｓｎ、Ｗ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｖなど拡散速度が遅い他の金属不純物の濃度を測定しても良い。また、Ｓ５の工程では、ＩＣＰ−ＭＳ以外のウェーハ表面分析法、例えば全反射蛍光Ｘ線分析法（ＴＸＲＦ：Ｔｏｔａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｘ−Ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）でＭｏ濃度を測定しても良い。また、Ｓ３の工程では、シリコンウェーハ以外の半導体ウェーハに熱処理を施しても良い。
１０ 気相成長装置
１２ チャンバー
１２ チャンバー
Claims (11)
- 気相成長装置の汚染量を測定する方法であって、
気相成長装置のチャンバー内をＨＣｌガスによるベーパーエッチングによりクリーニングするベーパーエッチング工程と、
前記ベーパーエッチング後の前記チャンバー内にて所定の枚数のウェーハを１枚ずつ順次非酸化性雰囲気で熱処理する熱処理工程と、
前記熱処理工程で熱処理された各々のウェーハ表面上の金属不純物の濃度を前記気相成長装置の汚染量として測定する測定工程とを含み、
前記ベーパーエッチング工程及び前記熱処理工程を所定の回数繰り返し行い、前記熱処理工程では各回同じウェーハを用いて各回で熱処理するウェーハの順番を変えないようにし、前記ベーパーエッチング工程及び前記熱処理工程を前記所定の回数繰り返し行った後に前記測定工程を行うことを特徴とする気相成長装置の汚染量測定方法。 - 前記非酸化性雰囲気が水素雰囲気であることを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記所定の枚数が３枚以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記所定の回数が４回以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記熱処理は１０００℃〜１２００℃で３０秒以上行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記測定工程では、ウェーハ表面上の汚染を回収しＩＣＰ−ＭＳによって前記汚染に含まれた金属不純物の濃度を測定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記汚染の回収範囲はウェーハ表面の全範囲であることを特徴とする請求項６に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記汚染の回収範囲はウェーハ表面の一部範囲であることを特徴と請求項６に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記測定工程では前記金属不純物の濃度としてＭｏ濃度を測定することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 前記ウェーハとしてシリコンウェーハを用いることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の気相成長装置の汚染量測定方法。
- 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の気相成長装置の汚染量測定方法を適用し、その汚染量測定方法の測定結果に基づいて金属不純物による汚染を一定レベル以下に低減した気相成長装置を用いて、ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長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。
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