JP6844529B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ - Google Patents
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Description
(1)チャンバと、前記チャンバ内でウェーハを載置するサセプタと、前記サセプタを下方から支持し、かつ前記サセプタの中心と同軸上に位置する主柱および前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延びる3本以上のアームを有するサセプタサポートシャフトと、前記サセプタの貫通孔および前記アームの貫通孔に挿通される3本以上のリフトピンと、を備えるエピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記チャンバ内に搬入した前記ウェーハを前記リフトピンで支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに載置する第1工程と、
前記チャンバ内の温度を昇温させる第2工程と、
前記第1工程の後に、前記ウェーハのおもて面と裏面の温度を測定し、前記おもて面と前記裏面の温度差が10℃以下であるか否かを確認する第3工程と、
前記温度差が10℃以下になったとき、前記サセプタサポートシャフトを下降させることにより、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに再び載置する第4工程と、
前記第4工程の後に、前記ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャルウェーハを得る第5工程と、
を有す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。
該おもて面は、前記座ぐり部の周囲に位置するおもて面最外周部と、該おもて面最外周部の内側に位置し、前記座ぐり部の一部を構成する傾斜面であって、前記ウェーハの裏面周縁部を線接触で支持するウェーハ支持面と、該ウェーハ支持面の内側に位置し、前記座ぐり部の底面を構成するおもて面中心部と、を含み、
前記ウェーハ支持面と前記おもて面中心部とのなす角が0.5°以上2.5°以下である、上記(1)〜(5)のいずれか一つに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記エピタキシャルウェーハの裏面には、その中心からウェーハ半径の50%以上90%未満の環状領域に、3つの円形欠陥からなる損傷領域が周方向に沿って同心円状に3箇所以上存在するエピタキシャルウェーハ。
以下、図1〜6を適宜参照して、本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施形態を説明する。
図1を参照して、本発明の一実施形態において用いることができるエピタキシャル成長装置100を説明する。エピタキシャル成長装置100は、チャンバ10と、サセプタ20と、サセプタサポートシャフト30と、3本のリフトピン40と、昇降シャフト50と、を有する。
チャンバ10は、上部ドーム11、下部ドーム12、及びドーム取付体13を含み、このチャンバ10がエピタキシャル層の形成室を区画する。チャンバ10には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口15およびガス排出口16が設けられている。
サセプタ20は、チャンバ10内でウェーハWを載置する円盤状の部材である。ここで、サセプタ20の表面のうち、上部ドーム11側の面をサセプタのおもて面とし、その反対側の面をサセプタの裏面とする。図2(A),(B)も参照して、サセプタ20のおもて面には、ウェーハWが載置される座ぐり部22が形成されている。サセプタ20のおもて面は、おもて面最外周部23と、第1の縦壁面24と、ウェーハ支持面25と、第2の縦壁面26と、おもて面中心部27と、を含む。おもて面最外周部23は座ぐり部22の周囲に位置する。第1の縦壁面24は、おもて面最外周部23の内周端から連続し、座ぐり部22の一部を構成する壁面である。ウェーハ支持面25は、第1の縦壁面24から連続し、座ぐり部22の一部を構成する傾斜面であって、ウェーハWの裏面周縁部を線接触で支持する。第2の縦壁面26は、ウェーハ支持面25の内周端から連続し、座ぐり部22の一部を構成する壁面である。おもて面中心部27は、第2の縦壁面26から連続し、座ぐり部22の底面を構成する。ウェーハ支持面25の内径の半径は、サセプタ20の半径75%以上、ウェーハ半径の90%以上で、かつウェーハ半径よりも小さい。ただし、ウェーハ支持面25の幅を1〜10mmとなるようにウェーハ支持面25の外径と内径を調整する。ウェーハ支持面25の外径の半径は、サセプタ20の半径75%以上で、かつウェーハ半径より大きい。なお、本明細書において「ウェーハの周縁部」とは、ウェーハの外周端からその中心に向かって2mmの環状の領域を意味する。また、サセプタ20は、そのおもて面から裏面に向けてサセプタを貫通する3つの貫通孔21を周方向に120°の等間隔で有する。各貫通孔21には、後述するリフトピン40がそれぞれ挿通される。サセプタの各貫通孔21は、サセプタの中心O2からサセプタ半径の40%以上80%未満の領域に同心円状に位置する。サセプタ20には、カーボングラファイト(黒鉛)を母材とし、その表面を炭化ケイ素(SiC:ビッカース硬度2,346kgf/mm2)でコーティングしたものを使用することができる。
図3(A)も参照して、サセプタサポートシャフト30は、チャンバ10内でサセプタ20を下方から支持するものであり、主柱31と、3本のアーム32と、3本の支持ピン33と、を有する。主柱31は、サセプタの中心O2と同軸上に配置される。3本のアーム32は、主柱31からサセプタ20の周縁部下方に放射状に延びる。各アーム32は、その延在方向に垂直な断面の形状が矩形である。ここで、アーム32の4つの面のうち、サセプタ20側の面をアームの上面とし、その反対側の面をアームの下面とする。各アーム32は、その上面から下面に向けてアームを貫通する貫通孔34を有する。これら貫通孔34には、リフトピン40がそれぞれ挿通される。なお、本明細書において「サセプタの周縁部」とは、サセプタの中心O2からサセプタ半径の80%以上外側の領域を意味する。各支持ピン33は、各アーム32の先端においてサセプタ20を直接支持する。サセプタサポートシャフト30は、鉛直方向に沿って上下動することにより、サセプタ20を上下方向に昇降させる。サセプタサポートシャフト30は、石英(ビッカース硬度1,103kgf/mm2)で構成することが好ましく、特に合成石英で構成することが好ましい。ただし、各支持ピン33の先端部分は、サセプタ20と同じ炭化ケイ素で構成することが好ましい。なお、エピタキシャル成長装置100におけるアーム32の数は3本であるが、これに限定されない。
各リフトピン40は、サセプタの各貫通孔21とアームの各貫通孔34にそれぞれ挿通される。各リフトピン40は、昇降シャフト50によって上下方向に昇降される。各リフトピン40には、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆してなるものや、石英が用いられる。なお、エピタキシャル成長装置100におけるリフトピン40の数は3本であるが、これに限定されない。
図3(B)も参照して、昇降シャフト50は、サセプタサポートシャフト30の主柱31を収容する中空を区画し、この主柱31と回転軸を共にする昇降シャフトの主柱51と、この昇降シャフトの主柱51の先端で分岐する3本の支柱52と、を有し、これら支柱52の先端で各リフトピン40の下端をそれぞれ支持する。昇降シャフト50は、ウェーハWの搬入および搬出の際に、鉛直方向に沿って上下動することにより、各リフトピン40を上下方向に昇降させる。昇降シャフト50には、石英を用いることが好ましい。
加熱ランプ14は、チャンバ10の上側領域および下側領域に配置される。加熱ランプ14には、昇降温速度が速く、かつ温度制御に優れるハロゲンランプや赤外ランプを用いることが好ましい。
チャンバ10の上側領域および下側領域には、それぞれ上側パイロメータ17および下側パイロメータ18が配置されている。上側パイロメータ17は、ウェーハWのおもて面の温度を検出する。一方で、下側パイロメータ18は、サセプタ20の裏面の温度を検出する。なお、下側パイロメータ18によって検出されるサセプタ20の裏面の温度は、ウェーハWの裏面の温度とみなすことができる。また、上側パイロメータ17および下側パイロメータ18によって検出された温度に基づいて、電力出力制御手段(不図示)により加熱ランプ14の出力が調整される。
チャンバ10内にウェーハWを搬入する前、サセプタサポートシャフト30と昇降シャフト50は完全に降ろされた状態にあり、各リフトピン40はサセプタ20から突出している。そして、加熱ランプ14によって600℃以上900℃以下に予め加熱したチャンバ10内に、搬送ブレード(不図示)を用いてウェーハWを搬入する(ステップS1)。その後、サセプタ20と各リフトピン40の相対位置を変えないように、サセプタサポートシャフト30と昇降シャフト50を上昇させることで、サセプタ20と各リフトピン40を上方向に移動させて、図5(A)に示すように各リフトピン40でウェーハWを支持する(ステップS2)。ウェーハの裏面にスリップ転位が発生するのを防ぐ観点から、各リフトピン40でウェーハWを支持する時間は10秒以上60秒以下とすることが好ましい。引き続き、サセプタサポートシャフト30を上昇させることで、サセプタ20をさらに上方向に移動させて、図5(B)に示すようにウェーハWをサセプタ20に載置する(ステップS3)。ここで、搬入時のウェーハWの温度は常温(通常、30℃〜90℃)であり、常温のウェーハWを加熱したチャンバ内に搬入すると、ウェーハWの裏面の温度はサセプタ20からの輻射熱を受けて上昇するが、ウェーハWのおもて面の温度は裏面に比べて上昇しない。そのため、ウェーハWのおもて面と裏面に温度差が生じ、温度差が10℃超えであるとウェーハの表裏面で面内不均一に温度差が発生し、ウェーハWはおもて面に向けて凸状に弾性変形したり、裏面に向けて凸状に弾性変形したりする。そして、面内温度が均一になると、図5(B)に示すようにウェーハWは、その自重によって裏面に向けて凸状に弾性変形する。
次に、加熱ランプ14によってチャンバ10内の温度を1000℃以上1200℃以下に昇温させる(ステップS4)。この昇温の過程で、サセプタ20の輻射熱がウェーハWの裏面からおもて面に伝わるとともに、チャンバ10の上側領域に配置された加熱ランプ14によってウェーハWのおもて面の温度が上昇する。したがって、ウェーハWのおもて面と裏面の温度差が減少していき、弾性変形したウェーハの形状は元の形状に復元していく。
次に、上側パイロメータ17と下側パイロメータ18を用いて既述の方法により、ウェーハWのおもて面と裏面の温度を測定し(ステップS5)、測定したおもて面と裏面の温度差が10℃以下であるか否かを確認する(ステップS6)。ここで、本実施形態における「おもて面と裏面の温度差」とは、上側パイロメータ17によって測定した温度と下側パイロメータ18によって測定した温度の差の絶対値を意味する。
次に、第3工程で測定した、ウェーハWのおもて面と裏面の温度差が10℃以下になっていれば、サセプタサポートシャフト30を下降させることで、サセプタ20を下方向に移動させて、図6(A)に示すように各リフトピン40でウェーハWを再び支持する(ステップS7)。引き続き、サセプタサポートシャフト30を上昇させることで、サセプタ20を上方向に移動させて、図6(B)に示すようにサセプタ20にウェーハWを再び載置する(ステップS8)。このとき、ウェーハWのおもて面の高さ位置がガス供給口15およびガス排出口16の高さ位置と一致するようにすることが好ましい。なお、ウェーハWのおもて面と裏面の温度差が10℃以下になっていないときは、ステップS4に戻り、加熱ランプ14の出力を上げることにより、当該温度差が10℃以下になるようにチャンバ10内の温度を昇温させるとよい。
次に、トリクロロシランやジクロロシランなどのソースガスをガス供給口15からチャンバ10内に供給する。すると、1000℃以上1200℃以下に昇温されたウェーハWのおもて面を沿うようにソースガスが層流状態で流れ、ウェーハW上でエピタキシャル層が成長し、エピタキシャルウェーハが得られる(ステップS9)。なお、エピタキシャル成長中は、主柱31を回転軸としてサセプタサポートシャフト30を回転させることで、サセプタ20とウェーハWを回転させる。
次に、チャンバ10内の温度を1000℃以上1200℃以下から600℃以上900℃以下に降温させた後に、サセプタサポートシャフト30を下降させることで、サセプタ20を下方向に移動させて、エピタキシャルウェーハを各リフトピン40で支持する。その後、サセプタ20と各リフトピン40の相対位置を変えないように、サセプタサポートシャフト30と昇降シャフト50を下降させることで、サセプタ20と各リフトピン40を下方向に移動させた後に、搬送ブレード(不図示)を用いて、エピタキシャルウェーハをチャンバ10外へ搬出する(ステップS10)。
以下では、上述したエピタキシャルウェーハの製造方法によって得られる、ウェーハ上にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルウェーハについて説明する。当該エピタキシャルウェーハの裏面には、その中心からウェーハ半径の50%以上90%未満の環状領域に、3つの円形欠陥からなる損傷領域が周方向に沿って同心円状に3箇所存在する。これらの3つの円形欠陥は、各リフトピン40とウェーハWの裏面との接触によって生じた摩耗跡(いわゆるピンマーク)であり、チャンバ10内に搬入したウェーハWを各リフトピン40で支持する時(ステップS2)と、ウェーハWの再載置において、各リフトピン40でウェーハを再び支持する時(ステップS7)と、チャンバ外へウェーハを搬出するにあたり、各リフトピンでウェーハを支持する時(ステップS10)と、の3回に付いたものである。なお、損傷領域の数はリフトピン40の数と一致する。
図2(A),(B)に示すサセプタと、図3(A)に示すサセプタサポートシャフトと、図3(B)に示す昇降リフトと、を有する図1に示すエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従ってエピタキシャルウェーハを25枚作製した。エピタキシャル層を成長させるウェーハとしては、直径:300mm、抵抗率:10Ω・cmのシリコンウェーハを用いた。また、図2(B)を参照して、ウェーハ支持面とおもて面中心部とのなす角θを0.6°とした。
発明例1と同様のエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従ってエピタキシャルウェーハを25枚作製した。エピタキシャル層を成長させるウェーハとしては、直径:300mm、抵抗率:0.02Ω・cmのシリコンウェーハを用いた。
比較例1では、図4に示すステップS5〜S8を行わなかった以外は、発明例1と同様の方法によって、エピタキシャルシリコンウェーハを25枚作製した。
比較例2では、図4に示すステップS2にて、シリコンウェーハを各リフトピンで90秒支持することにより、弾性変形したシリコンウェーハの形状を元の形状に回復させた。ステップS3以降の工程は、比較例1と同様の方法によって、エピタキシャルシリコンウェーハを25枚作製した。
発明例1と同様のエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従ってエピタキシャルウェーハを25枚作製した。エピタキシャル層を成長させるウェーハとしては、直径:300mm、抵抗率:10Ω・cmのシリコンウェーハを用いた。
各発明例および比較例について、平坦性、スリップ転位、及びスループットを以下の方法によって評価した。
各発明例および比較例で作製したエピタキシャルシリコンウェーハに対して、おもて面のESFQR range(Edge Site Front least sQuaresRange)とESFQR maxをWafer Sight2(KLA-Tencor社製)を用いて公知の方法で測定することによって、シリコンエピタキシャル層の平坦性を評価した。表1に、ESFQR rangeとESFQR maxの平均値をそれぞれ示す。なお、エッジ除外領域を2mmとして、ウェーハ全周を5度間隔で72分割し、セクター長を15mmとしたセクター内の領域を当該測定に供した。また、「ESFQR range」とは、1枚のウェーハにおける72セクターのうちの最大値と最小値の差であり、表1の「ESFQR rangeの平均値」はその差の25枚分の平均値である。また、「ESFQR max」とは、1枚のウェーハにおける72セクターのうちの最大値であり、表1の「ESFQR maxの平均値」は25枚分の平均値である。
各発明例および比較例で作製したエピタキシャルシリコンウェーハに対して、SP2(DCNモード)(KLA-Tencor社製)を用いて、裏面のスリップラインの合計長さを測定することによって、スリップ転位を評価した。表1に25枚分の平均値を示す。
各発明例および比較例に対して、チャンバ内にシリコンウェーハを搬入してから、チャンバ外にエピタキシャルシリコンウェーハを搬出するまでに要した時間を測定し、25回分の平均時間を算出した。比較例1の平均時間を1.00としたときの相対値を表1に示す。
発明例1,2および比較例1で作製したエピタキシャルシリコンウェーハについて、表面検査装置(KLA-Tencor社製:Surfscan SP-2)を用いて、DCOモード(Dark Field Composite Obliqueモード)で、ウェーハの裏面を観察し、直径が1μm以上のLPD(Light Point Defect)の個数を調べた。この測定結果によって、損傷領域における円形欠陥の発生状況を評価することができる。
表1に示すように、発明例1,2は、比較例1に比べて、ESFQR maxおよびrangeの平均値がともに小さくなっており、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハが得られた。これは、ウェーハの再載置を行うことによって、ウェーハの中心がサセプタの中心と一致した状態でエピタキシャル成長を行うことができたことに起因する。また、発明例1,2は、比較例1に比べて、ウェーハを再載置する工程が増えたものの、スループットは比較例1と同程度であった。
10 チャンバ
11 上部ドーム
12 下部ドーム
13 ドーム取付体
14 加熱ランプ
15 ガス供給口
16 ガス排出口
17 上側パイロメータ
18 下側パイロメータ
20 サセプタ
21 サセプタの貫通孔
22 座ぐり部
23 おもて面最外周部
24 第1の縦壁面
25 ウェーハ支持面
26 第2の縦壁面
27 おもて面中心部
30 サセプタサポートシャフト
31 主柱
32 アーム
33 支持ピン
34 アームの貫通孔
40 リフトピン
50 昇降シャフト
51 昇降シャフトの主柱
52 支柱
θ ウェーハ支持面とおもて面中心部とのなす角
O1 ウェーハの中心
O2 サセプタの中心
W ウェーハ
Claims (6)
- チャンバと、前記チャンバ内でウェーハを載置するサセプタと、前記サセプタを下方から支持し、かつ前記サセプタの中心と同軸上に位置する主柱および前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延びる3本以上のアームを有するサセプタサポートシャフトと、前記サセプタの貫通孔および前記アームの貫通孔に挿通される3本以上のリフトピンと、を備えるエピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記チャンバ内に搬入した前記ウェーハを前記リフトピンで支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに載置する第1工程と、
前記チャンバ内の温度を昇温させる第2工程と、
前記第1工程の後に、前記ウェーハのおもて面と裏面の温度を測定し、前記おもて面と前記裏面の温度差が10℃以下であるか否かを確認する第3工程と、
前記温度差が10℃以下になったとき、前記サセプタサポートシャフトを下降させることにより、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに再び載置する第4工程と、
前記第4工程の後に、前記ウェーハ上にエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャルウェーハを得る第5工程と、
を有す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4工程の前に、前記おもて面の温度が1100℃以上1150℃以下となる温度範囲内で、前記ウェーハを10秒以上1分以下保持する水素ベークを行う、請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記第4工程の後であって、前記第5工程の前に、前記おもて面の温度が1100℃以上1150℃以下となる温度範囲内で、前記ウェーハを10秒以上1分以下保持する水素ベークを行う、請求項1に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 前記第3工程では、前記温度差が5℃以下であるか否かを確認し、前記温度差が5℃以下になったときに前記第4工程を行う、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の製造方法。
- 前記第4工程において、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持する時間が5秒未満である、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。
- 前記サセプタは、そのおもて面に前記ウェーハが載置される座ぐり部が形成され、
該おもて面は、前記座ぐり部の周囲に位置するおもて面最外周部と、該おもて面最外周部の内側に位置し、前記座ぐり部の一部を構成する傾斜面であって、前記ウェーハの裏面周縁部を線接触で支持するウェーハ支持面と、該ウェーハ支持面の内側に位置し、前記座ぐり部の底面を構成するおもて面中心部と、を含み、
前記ウェーハ支持面と前記おもて面中心部とのなす角が0.5°以上2.5°以下である、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。
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