JP7439739B2 - エピタキシャル成長装置の温度管理方法及びシリコン堆積層ウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、エピタキシャル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時の温度を管理するエピタキシャル成長装置の温度管理方法及びシリコン堆積層ウェーハの製造方法に関する。

エピタキシャル成長装置では、原料ガスをチャンバ内に導入し、原料ガスの熱分解又は還元により生成された原料を高温に加熱されたウェーハ上にエピタキシャル膜として気相成長させる。

エピタキシャル成長の成長速度は、原料ガスの種類、成長温度、チャンバ内の圧力等に依存する。エピタキシャル成長が可能な温度領域（成長温度領域）は、図６に示すように、チャンバ内に導入された原料ガスの熱分解反応や還元反応によりウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させるにあたり、原料ガスの熱分解反応や還元反応におけるエピタキシャル成膜時の成長温度に成長速度が依存する領域である反応律速（Kinetic Control）領域ＫＣと、原料ガスの供給量に前記成長速度が依存する領域である供給律速（Diffusion Control）領域ＤＣとに分けられる。

反応律速領域ＫＣは、成長温度領域内の低温側にあって、原料ガスの熱分解が十分でなく、一部の原料ガスのみがエピタキシャル成長に寄与しており、成長速度は原料ガスの供給量に比例せず飽和傾向を示す。また、成長速度は成長温度Ｔに対し一定ではなく、成長温度の逆数（１０^３／Ｔ）に対して一定の活性化エネルギーを有して変化する傾向を示す。
供給律速領域ＤＣは、成長温度領域内の高温側にあって、温度依存性が小さい領域である。

図６において、丸印を繋いだ曲線は原料ガスがモノシラン（ＳｉＨ_４）である場合の特性、下向き三角印を繋いだ曲線は原料ガスがジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）である場合の特性である。上向き三角印を繋いだ曲線は原料ガスがトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）である場合の特性、四角印を繋いだ曲線は原料ガスが四塩化シリコン（ＳｉＣｌ_４）である場合の特性である。境界線ＢＬは、反応律速領域ＫＣと、供給律速領域ＤＣとの境界温度を表す。

前記したように、反応律速領域ＫＣと供給律速領域ＤＣでは成長温度の逆数（１０^３／Ｔ）に対する成長速度の特性が大きく異なるため、温度管理が重要である。
従来、以下に示すエピタキシャル成長装置の温度管理方法が提案されている。

特許文献１に記載された温度管理方法では、ウェーハが載置されるサセプタの上方及び下方に上パイロメータ（非接触放射温度計）及び下パイロメータを有したエピタキシャル成長装置を用いる。

この温度管理方法では、温度校正用サセプタに取り付けた熱電対で測定した測定値により上パイロメータの測定値を校正した後、校正された前記上パイロメータの測定値に下パイロメータの測定値を一致させる。次に、量産用サセプタに載置させたサンプルウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させた時のウェーハ温度を上パイロメータにより間接測定した後、この直後にサンプルウェーハの表面粗さの指標の１つとして用いられるＨａｚｅを測定する。次に、前記ウェーハ温度と、前記Ｈａｚｅとの相関を導き出すための相関線を求める。

Ｈａｚｅとは、ウェーハの表面、裏面に発生した微小な凹凸であり、暗室内で集光ランプ等を用いてウェーハの表面、裏面を観察すると、光が乱反射して白く曇って見える。Ｈａｚｅは、本来「もや」の意味であるが、半導体業界では、単位面積当たりのＨａｚｅの個数の多さが表面粗さの指標の１つとして用いられている。

次に、量産用ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させた時のウェーハ温度Ｔｘを上パイロメータにより間接測定した後、この直後に量産用ウェーハのＨａｚｅを測定する。次に、前記Ｈａｚｅを前記相関線に当てはめて量産用ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させた時のウェーハ温度Ｔｙを求めた後、前記ウェーハ温度Ｔｙに前記ウェーハ温度Ｔｘを一致させる。

特許文献２に記載された温度管理方法は、拡散用ＳＯＩウェーハに施された熱処理の温度に基づいてチャンバの温度校正を行う。

この温度管理方法では、熱処理後の拡散用ＳＯＩウェーハのシート抵抗と熱処理の温度とのキャリブレーションカーブを予め求めておく。拡散用ＳＯＩウェーハ上にイオン注入により不純物注入層を形成した後、この拡散用ＳＯＩウェーハをエピタキシャル成長装置のチャンバ内で熱処理する。次、拡散用ＳＯＩウェーハのシート抵抗を測定する。

次に、前記シート抵抗を用いて前記キャリブレーションカーブを参照して、前記拡散用ＳＯＩウェーハに施された熱処理の温度を求める。次に、求めた熱処理の温度に基づいて前記チャンバの温度校正を行う。

特開２００７－１１６０９４号公報 特開２０１１－２２２６４８号公報

特許文献１に記載された温度管理方法は、ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させた時のウェーハ温度とＨａｚｅとの間に相関があることが前提である。しかし、例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を原料ガスとし、成長温度領域として反応律速領域ＫＣである１，０００℃より低い温度領域を使用した場合、図７に示すように、Ｈａｚｅと成長温度との間に相関関係を確認できない。この場合、前記相関関係を前提とする特許文献１に記載された温度管理方法を利用できない。

図７に示すＨａｚｅ平均値は、表面欠陥検査装置であるＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ－１を用いてウェーハの表面を観察し、得られたＨａｚｅの平均である。

また、ウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させた時、ウェーハの表面状態及び成長温度によってはウェーハ上にポリシリコン膜が気相成長する場合がある。この場合、Ｈａｚｅ自体を測定できないため、特許文献１に記載された温度管理方法を利用できない。

特許文献２に記載された温度管理方法では、イオン注入により不純物注入層が形成された拡散用ＳＯＩウェーハを用いている。しかし、この種のウェーハは入手が困難なため、高いコストで温度管理をしなければならないという課題がある。

本発明は、Ｈａｚｅと成長温度との間に相関関係を確認できない反応律速領域においてウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させる時の温度について、低コストで温度校正できるエピタキシャル成長装置の温度管理方法及びシリコン堆積層ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法は、チャンバ内に導入された原料ガスを反応させてウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させるにあたり、前記原料ガスの前記反応におけるエピタキシャル成膜時の成長温度に成長速度が依存する領域である反応律速領域において、前記チャンバ内に前記原料ガスを所定の流量で導入しながら、前記ウェーハの温度の測定値に基づいて、前記エピタキシャル膜の成長温度が予め設定された成長温度となるように、前記チャンバ及び前記ウェーハを加熱する加熱部を制御しつつ、前記ウェーハ上に前記エピタキシャル膜を気相成長させる成膜工程と、前記エピタキシャル膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、前記膜厚及び前記エピタキシャル膜の成膜時間に基づいて前記成膜工程における前記エピタキシャル膜の前記成長速度を算出する成長速度算出工程と、算出した前記成長速度を用いて、予め求めた成長速度と成長温度とのキャリブレーションカーブを参照して、前記成膜工程における実際の成長温度を取得する成長温度取得工程と、前記実際の成長温度が前記予め設定された成長温度の管理範囲内にない場合には、温度校正を行う温度校正工程と、を有する。

本発明に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法において、前記温度校正工程は、前記ウェーハの前記温度の前記測定値の補正及び前記予め設定された成長温度の変更のいずれか一方又は両方である。

本発明に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法において、前記原料ガスは、トリクロロシランであり、前記反応律速領域は、１，０００℃より低い温度領域であり、前記所定の流量は、１０ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下である。

本発明に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法において、前記ウェーハの温度は、パイロメータにより測定する。

本発明に係るシリコン堆積層ウェーハの製造方法は、前記エピタキシャル成長装置の温度管理方法によって温度校正されたエピタキシャル成長装置を用いて、ウェーハ上にシリコン膜を成長させる。

本発明によれば、Ｈａｚｅと成長温度との間に相関関係を確認できない反応律速領域においてウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させる時の温度について、低コストで温度校正できる。

本発明の一実施形態に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法を適用したエピタキシャル成長装置の構成の一例を示す概念図である。 トリクロロシランの流量に対する成長温度の特性の一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法の事前処理の一例を説明するためのフローチャートである。 成長速度と成長温度とのキャリブレーションカーブの一例を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法の一例を説明するためのフローチャートである。 成長温度の逆数及び成長温度に対する成長速度の特性の一例を示すグラフである。 Ｈａｚｅ平均に対する成長速度の特性の一例を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
［エピタキシャル成長装置１の構成］
図１は本発明の一実施形態に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法を適用したエピタキシャル成長装置１の構成の一例を示す概念図である。

エピタキシャル成長装置１は、ウェーハＷを一枚ずつ処理する枚葉式であり、装置本体２と、コントローラ３と、操作部４と、ウェーハ搬送機構５とを備えている。
ウェーハＷとしては、例えば、シリコンウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハ、ＺｎＳウェーハ、ＺｎＳｅウェーハ、あるいは、ＳＯＩウェーハがある。

装置本体２は、ウェーハＷが収容されるチャンバ１１と、チャンバ１１内においてウェーハＷをその下面側から水平に支持するサセプタ１２とを備えている。サセプタ１２は、サセプタ支持部材１３により回転自在に支持されている。

チャンバ１１は、環状のベース３１と、収容したウェーハＷの上方を覆う上ドーム３２と、ウェーハＷの下方を覆う下ドーム３３とを備えている。上ドーム３２の外縁下面がベース３１の上面に気密に固定され、下ドーム３３の外縁上面がベース３１の下面に気密に固定されることにより、チャンバ１１内部に密閉空間が形成されている。

ベース３１には、水平方向の対角となる位置に、チャンバ１１内部にガスを導入するガス導入口３１Ａと、チャンバ１１外部にガスを排出するガス排出口３１Ｂとが形成されている。

ガス供給系２９は、ガス導入口３１Ａから、チャンバ１１内の上側空間に原料ガス（例えば、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３））、必要に応じてキャリアガス（例えば、水素（Ｈ_２））又はドーパントガス（例えば、ホスフィン (ＰＨ_３））を導入し、これらのガスをガス排出口３１Ｂから排出する。

ベース３１の内側には、サセプタ１２及び導入されたガスを予熱する予熱リング１９が、サセプタ１２の側面と３ｍｍ程度の間隙を介して取り付けられている。予熱リング１９は、ガスがウェーハＷと接触する前に、サセプタ１２及びガスを予熱することにより、成膜前及び成膜中のウェーハＷの熱均一性を高めて、エピタキシャル膜の均一性を高める。

上ドーム３２は、平板状をしている。下ドーム３３は、ロート状をしている。下ドーム３３の中央には、下方に延びる筒部３３Ａが形成されている。筒部３３Ａ内には、サセプタ１２を支持するサセプタ支持部材１３を構成する内主柱５１及び、内主柱５１の外周に軸方向摺動自在に配置されてリフトピン支持部材２２の一部を構成する外主柱６１が挿通されている。外主柱６１の上端には外アーム６２が設けられ、外アーム６２の先端には、ウェーハＷをサセプタ１２から持ち上げるリフトピン２１の下端が当接可能に設定されている。

ベース３１は、例えば、ステンレスにより構成されている。上ドーム３２及び下ドーム３３は、例えば、チャンバ１１を加熱する上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５からの赤外線などの熱線を遮らない透明石英により構成されている。

サセプタ１２は、円板状に形成されている。サセプタ１２の上面には、中央に円形状に掘り込まれた座繰り部が形成されている。座繰り部は、ウェーハＷを収容するために、ウェーハＷの直径よりもわずかに大きい直径で形成されている。サセプタ１２は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）で被覆されたグラファイトから構成されている。

サセプタ支持部材１３は、図１に示すように、円柱状の内主柱５１と、内主柱５１の先端から放射状に延びる複数本の内アーム５２と、各内アーム５２の先端にそれぞれ設けられた支持ピン５３とを備えている。

各内アーム５２は、内主柱５１の周方向に斜め上方に延びるように設けられている。各支持ピン５３は、サセプタ１２を支持する。
サセプタ支持部材１３は、例えば、石英から構成されている。各支持ピン５３は、例えば、無垢の炭化珪素（ＳｉＣ）から構成されている。

図１に示すリフトピン２１は、円錐台状の頭部と、当該頭部における直径が小さい方の端部から円柱状に延びる軸部とを備えている。リフトピン２１は、頭部がサセプタ１２に支持される。
リフトピン２１は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）、石英、グラファイト、ガラス状カーボン、あるいは、炭化珪素（ＳｉＣ）で被覆されたグラファイトから構成されている。
各リフトピン２１は、上下に摺動する際に下端がリフトピン支持部材２２により支持される。

リフトピン支持部材２２は、円筒状の外主柱６１と、外主柱６１の先端から放射状に延びる複数本の外アーム６２と、各外アーム６２の先端にそれぞれ設けられた当接部６３とを備えている。各外アーム６２は、外主柱６１の周方向に斜め上方に延びるように設けられている。各当接部６３は、対応するリフトピン２１を動かす際に下端に当接して支持する。

外主柱６１は、下ドーム３３を構成する筒部３３Ａに挿通され、外主柱６１の内部にサセプタ支持部材１３の内主柱５１が挿通されている。

さらに、サセプタ１２は、サセプタ支持部材１３上に載置される。サセプタ１２で支持された各リフトピン２１の下端部が対応する各当接部６３に当接可能である。
リフトピン支持部材２２は、例えば、石英から構成されている。

図１に示す支持部材駆動機構２３は、サセプタ支持部材１３及びリフトピン支持部材２２を回転させたり、リフトピン支持部材２２を昇降させたりする。

チャンバ１１の上方であってウェーハＷの中心の上方には、パイロメータ２８が取り付けられている。パイロメータ２８は、ウェーハＷから放射された赤外線などの熱線を受けて当該ウェーハＷの表面温度を測定する。

チャンバ１１の上方には、ウェーハＷを上方から加熱するための上部ランプ群２４が設けられている。一方、チャンバ１１の下方には、ウェーハＷを下方から加熱するための下部ランプ群２５が設けられている。

上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５は、横置きタイプの複数の上部ハロゲンランプ７１及び複数の下部ハロゲンランプ７２からなり、リング状に配列されている。上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５を総称するときは、「加熱部」という用語を用いる。

コントローラ３は、ＣＰＵ，ＲＯＭ、ＲＡＭ及び、ハードディスク等からなる大容量記憶装置等を有するコンピュータで構成されている。コントローラ３は、ウェーハ搬送機構５及びゲートバルブ（図示略）、支持部材駆動機構２３、上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５（加熱部）並びにガス供給系２９を制御する。

大容量記憶装置には、エピタキシャルウェーハを製造するためのプロセスシーケンス及び制御パラメータ（温度、圧力、ガスの種類及びガスの流量、成膜時間などの制御目標値）に関する製造プログラムと、温度（特に、チャンバ１１内の設定温度）を管理するためのプロセスシーケンス及びデータ（成長速度と成長温度のキャリブレーションカーブなど）に関する温度管理プログラムとが記憶されている。

コントローラ３は、エピタキシャルウェーハの製造時には製造プログラムを大容量記憶装置から読み出し、パイロメータ２８の測定値に基づいて、前記ウェーハ搬送機構５、ゲートバルブ、支持部材駆動機構２３、上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５並びにガス供給系２９を制御する。

コントローラ３は、温度管理時には温度管理プログラムを大容量記憶装置から読み出し、作業者の操作及びデータに基づいて、温度（特に、チャンバ１１内の設定温度）を管理する。

操作部４は、キーボード、マウス等のポインティングデバイスを有し、作業者が各種情報を入力する際に使用する。
ウェーハ搬送機構５は、チャンバ１１の図示しないウェーハ搬入出口を介して、ウェーハＷをチャンバ１１内に搬入し、チャンバ１１内から搬出する。

［エピタキシャルウェーハの製造方法］
次に、前記構成を有するエピタキシャル成長装置１を用いた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、ウェーハＷを準備する。ウェーハＷの直径は、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなど、いずれであっても良い。

装置本体２を構成するチャンバ１１が上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５で加熱されていない常温時には、サセプタ１２は、サセプタ１２に載置されたウェーハＷの上面が水平面と平行となるように、サセプタ支持部材１３で支持される。

次に、ウェーハＷをチャンバ１１内に搬入する事前準備として、コントローラ３は、パイロメータ２８の測定値に基づいて、上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５を制御して、チャンバ１１を搬送時設定温度まで加熱させる。搬送時設定温度は、一般的に６５０℃以上８００℃以下である。

次に、コントローラ３は、ウェーハ搬送機構５を制御して、チャンバ１１の図示しないウェーハ搬入出口を介して、ウェーハＷをチャンバ１１内に搬入させ、サセプタ１２の座繰り部上で停止させる。次に、コントローラ３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を上昇させ、サセプタ１２で支持されているリフトピン２１を上昇させることにより、ウェーハＷを持ち上げ、ウェーハ搬送機構５からウェーハＷを受けとる。

次に、コントローラ３は、前記ウェーハ搬送機構５を制御して、チャンバ１１の外部に移動させた後、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を下降させることにより、ウェーハＷをサセプタ１２の座繰り部内に載置させる。

次に、エピタキシャル膜形成処理の事前準備として、コントローラ３は、パイロメータ２８によりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５を制御して、チャンバ１１を成膜時設定温度までさらに加熱させる。成膜時設定温度は、本実施形態では、反応律速領域ＫＣに設定する。本実施形態では、原料ガスとしてトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を使用し、成膜時設定温度は、１，０００℃より低い温度領域に設定する（図６参照）。

次に、コントローラ３は、ガス供給系２９を制御して、ガス導入口３１Ａからキャリアガスとしての水素ガスを連続的に導入しつつ、ガス排出口３１Ｂから排出させることにより、チャンバ１１内を水素雰囲気にする。

次に、コントローラ３は、パイロメータ２８によりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５を制御して、チャンバ１１内の温度を上昇させるとともに、ガス供給系２９を制御して、ガス導入口３１Ａから、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）をチャンバ１１内の上側空間に供給させる。この際、必要に応じてキャリアガス又はドーピングガスをチャンバ１１内の上側空間に供給してもよい。

トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）の流量は、１０ｓｌｍ（Standard litter per minutes）以上５０ｓｌｍ以下とする。ｓｌｍは、半導体業界で用いられる体積流量単位であり、測定条件は温度が０℃、圧力が１ａｔｍ（１０１３ｈＰａ）である。

前記流量が１０ｓｌｍ未満の場合、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）の流量に対する成長温度の特性は、図３に示す一例のように変化する。図３において、白丸を繋いだ線は成長温度が８５０℃である場合の特性の一例、黒丸を繋いだ線は成長温度が９００℃である場合の特性の一例である。成長温度が９００℃である場合の特性はエピタキシャル膜の成長速度が前記流量が増加するに従って速くなる。
一方、前記流量が１０ｓｌｍ以上の場合、成長速度の上昇が飽和するが、５０ｓｌｍより大きくなると、チャンバ１１やサセプタ１２の壁面上に、ウォールデポジションと呼ばれるポリシリコンやシリコン化合物が副生成物として堆積する可能性が高くなる。

前記各種ガスの供給と同時に、コントローラ３は、支持部材駆動機構２３を制御して、サセプタ支持部材１３及びリフトピン支持部材２２を回転させることにより、ウェーハＷにエピタキシャル膜を均一に形成させる。

エピタキシャル膜の形成後、コントローラ３は、パイロメータ２８によりウェーハＷの表面温度を測定しつつ、上部ランプ群２４及び下部ランプ群２５を制御して、チャンバ１１内の温度を成膜時設定温度から搬送時設定温度まで下げさせる。次に、コントローラ３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を上昇させて、リフトピン２１によりウェーハＷをサセプタ１２から持ち上げる。次に、コントローラ３は、ウェーハ搬送機構５を制御して、チャンバ１１内部に移動させて、ウェーハＷの下方で停止させる。

次に、コントローラ３は、支持部材駆動機構２３を制御して、リフトピン支持部材２２を下降させてウェーハＷをウェーハ搬送機構５に受け渡す。次に、コントローラ３は、ウェーハ搬送機構５を制御して、ウェーハＷをチャンバ１１の外部に搬出させ、１枚のエピタキシャルウェーハの製造工程が終了する。

次に、コントローラ３は、ウェーハ搬送機構５を制御して、新しいウェーハＷをチャンバ１１内に搬入させた後、以上説明した一連の処理と同様の処理を行うことにより、新たなエピタキシャルウェーハを製造する。

［エピタキシャル成長装置１の温度管理方法］
図３は、本発明の一実施形態に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法の事前処理の一例を説明するためのフローチャートである。

まず、作業者は、熱電対を用いてエピタキシャル成長装置１の温度校正を行う（ステップＳ１）。
この温度校正では、チャンバ１１内に量産用サセプタに替えて、内部に熱電対が挿入可能な温度校正用サセプタを取り付け、前記パイロメータ２８の測定値を熱電対の出力値と一致させるように調整する。

次に、ステップＳ１の温度校正が終了したエピタキシャル成長装置１において、原料ガスを所定の流量（１０ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下）流しつつ、成長温度を順次変更して各ウェーハＷ上にエピタキシャル膜を気相成長させることにより、成長温度に対する成長速度のキャリブレーションカーブを取得する（ステップＳ２）。

以上説明した図３に示す事前処理は、特許文献１に記載された温度管理方法のように、複数枚のエピタキシャルウェーハを製造している途中に行うのではなく、エピタキシャル成長装置１を新たに設置したり、エピタキシャル成長装置１の内部又は各構成部材を清掃したり、構成部材の一部を交換したりした際に行う。

図４に前記キャリブレーションカーブの一例を示す。作業者は、エピタキシャル成長装置１の操作部４を操作して、前記キャリブレーションカーブを入力する。これにより、コントローラ３は、内部の大容量記憶装置に前記キャリブレーションカーブを記憶する。

前記したエピタキシャルウェーハの製造方法を用いて複数枚のエピタキシャルウェーハを製造している間、定期的に、以下で説明するエピタキシャル成長装置の温度管理方法によりエピタキシャル成長装置１の温度管理を行う。図５は、本発明の一実施形態に係るエピタキシャル成長装置の温度管理方法の事前処理の一例を説明するためのフローチャートである。

まず、作業者は、エピタキシャルウェーハの製造を中断したエピタキシャル成長装置１に、それまでと同一のプロセスシーケンス及び制御パラメータ（温度、圧力、ガスの種類及びガスの流量、成膜時間などの制御目標値）により新たにエピタキシャルウェーハを製造させる（ステップＳ１１：成膜工程）。

すなわち、チャンバ１１内にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を１０ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下の流量で導入しながら、１，０００℃より低い反応律速領域において、パイロメータ２８により測定されたウェーハＷの表面温度の測定値に基づいて、予め設定された成長温度でウェーハＷ上にエピタキシャル膜を気相成長させる。

次に、作業者は、製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜の膜厚について、フーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ：Fourier transform infrared spectrometer）（ナノメトリクス社製：ＱＳ－３３００ＥＧ）を用いて測定する（ステップＳ１２：膜厚測定工程）。
測定箇所は、例えば、エピタキシャルウェーハの面内の６０～８０点とする。作業者は、エピタキシャル成長装置１の操作部４を操作して、前記フーリエ変換赤外分光計の６０～８０点の各膜厚の値を入力する。

これにより、コントローラ３は、入力された各膜厚の値から平均値を算出し平均膜厚を得た後、内部の大容量記憶装置に記憶する。次に、コントローラ３は、得られた平均膜厚を前記制御パラメータの１つである成膜時間で除算して得られた値を成長速度とした後、内部の大容量記憶装置に記憶する（ステップＳ１３：成長速度算出工程）。

前記した方法で成長速度を求めるのは、以下に示す理由による。
ランプ加熱のウェーハＷへの当たり方が装置間で異なる場合があるため、前記平均膜厚を求めることにより、その影響を排除している。エピタキシャル膜の成長速度は、ウェーハＷ上に形成されるエピタキシャル膜の単位時間当たりの膜厚である。

次に、コントローラ３は、ステップＳ１３の処理で得られた成長速度を用いて内部の大容量記憶装置に記憶されたキャリブレーションカーブ（図４参照）を参照して、前記成長速度に対応した成長温度を取得する（ステップＳ１４：成長温度取得工程）。

次に、コントローラ３は、ステップＳ１４の処理で取得した成長温度が設定温度の管理範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」の場合には、コントローラ３は、何もせず、一連の処理を終了する。
一方、ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」の場合、すなわち、ステップＳ１５の処理で取得した成長温度が設定温度の管理範囲内にない場合には、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、コントローラ３は、温度校正を行った後、一連の処理を終了する（温度校正工程）。この温度校正としては、例えば、パイロメータ２８の測定値を補正する補正値を新たに設定したり、測定値を算出するためにパイロメータ２８に設定されている放射率を変更して測定値を実際の成長温度に合わせたり、制御パラメータの１つである成長温度のセットポイントを変更したり、あるいはこれらを組み合わせて行ったりする。

このように、本実施形態では、まず、チャンバ１１内にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を１０ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下の流量で導入しながら、１，０００℃より低い反応律速領域ＫＣにおいて、パイロメータ２８で測定されたウェーハＷの表面温度の測定値に基づいて、予め設定された成長温度でウェーハＷ上にエピタキシャル膜を気相成長させる。

次に、製造されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル膜の膜厚を測定した後、前記膜厚に基づいて、エピタキシャル膜の成長速度を算出する。この後、算出された成長速度を用いて成長速度と成長温度とのキャリブレーションカーブから、実際の成長温度を取得する。そして、実際の成長温度が予め設定された成長温度の管理範囲内にない場合は、パイロメータ２８の測定値を補正する補正値を新たに設定したり、成長温度のセットポイントを変更したりする温度校正を行っている。

このため、本実施形態によれば、成長温度の変動を定期的に確認し、管理範囲内にない場合に温度校正を行うことにより、エピタキシャル膜の品質（例えば、膜厚）が安定する。
本実施形態によれば、Ｈａｚｅと成長温度との間の相関関係を利用していないので、ウェーハＷ上にポリシリコン膜が気相成長した場合であっても、温度校正を行うことができる。

本実施形態では、チャンバ１１を開放することなく温度校正を行っているため、装置の稼働効率が低下したり、温度校正後に製造したエピタキシャル膜に重金属パーティクルによる欠陥が発生したりする危険性はない。

本実施形態では、入手が困難で高価な拡散用ＳＯＩウェーハを用いていないので、低コストで温度校正を行うことができる。
本実施形態では、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を１０ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下の流量で導入しながら、ウェーハＷ上にエピタキシャル膜を気相成長させているので、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）の流れが外乱となることはない。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

例えば、前記実施形態では、原料ガスがトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）である場合について説明したが、これに限定されない。原料ガスは、モノシラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ_４）のいずれでもよい。
原料ガスがモノシラン（ＳｉＨ_４）、ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ_４）である場合の各流量は、以下に示す条件を満たす必要がある。前記各流量は、図６に示す反応律速領域ＫＣと供給律速領域ＤＣとの境界線ＢＬより反応律速領域ＫＣ側において、当該流量以上増やしてもエピタキシャル膜の成長速度が変化しない流量である。

また、前記実施形態では、ウェーハＷの上方に取り付けられパイロメータ２８がウェーハＷの表面温度を測定し、その測定値に基づいて温度管理する例を示したが、これに限定されない。例えば、下ドーム３３の下方に取り付けられパイロメータにより測定されたサセプタ１２の裏面温度や、熱電対により測定されたウェーハＷの裏面温度に基づいて温度管理してもよい。

前記実施形態では、前記したエピタキシャル成長装置の温度管理方法によって温度校正されたエピタキシャル成長装置を用いて、ウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する例を示したが、これに限定されない。

１…エピタキシャル成長装置、２…装置本体、３…コントローラ、４…操作部、５…ウェーハ搬送機構、１１…チャンバ、１２…サセプタ、１３…サセプタ支持部材、１９…予熱リング、２１…リフトピン、２２…リフトピン支持部材、２３…支持部材駆動機構、２４…上部ランプ群（加熱部）、２５…下部ランプ群（加熱部）、２８…パイロメータ、２９…ガス供給系、３１…ベース、３１Ａ…ガス導入口、３１Ｂ…ガス排出口、３２…上ドーム、３３…下ドーム、３３Ａ…筒部、５１…内主柱、５２…内アーム、５３…支持ピン、６１…外主柱、６２…外アーム、６３…当接部、７１…上部ハロゲンランプ、７２…下部ハロゲンランプ、ＢＬ…境界線、ＤＣ…供給律速領域、ＫＣ…反応律速領域、Ｗ…ウェーハ。

Claims (5)

1. チャンバ内に導入された原料ガスを反応させてウェーハ上にエピタキシャル膜を気相成長させるにあたり、前記原料ガスの前記反応におけるエピタキシャル成膜時の成長温度に成長速度が依存する領域である反応律速領域において、前記チャンバ内に前記原料ガスを所定の流量で導入しながら、パイロメータにより得られた前記ウェーハの温度の測定値に基づいて、前記エピタキシャル膜の成長温度が予め設定された成長温度となるように、前記チャンバ及び前記ウェーハを加熱する加熱部を制御しつつ、前記ウェーハ上に前記エピタキシャル膜を気相成長させる成膜工程と、
   前記エピタキシャル膜の膜厚を測定する膜厚測定工程と、
   前記膜厚及び前記エピタキシャル膜の成膜時間に基づいて前記成膜工程における前記エピタキシャル膜の前記成長速度を算出する成長速度算出工程と、
   算出した前記成長速度を用いて、予め求めた成長速度と成長温度とのキャリブレーションカーブを参照して、前記成膜工程における実際の成長温度を取得する成長温度取得工程と、
   前記実際の成長温度が前記予め設定された成長温度の管理範囲内にない場合には、温度校正を行う温度校正工程と、
   を有するエピタキシャル成長装置の温度管理方法。
2. 請求項１に記載のエピタキシャル成長装置の温度管理方法において、
   前記温度管理方法は、エピタキシャル成長装置を用いて複数枚のエピタキシャルウェーハを製造している間、定期的に行われるエピタキシャル成長装置の温度管理方法。
3. 請求項１又は２に記載のエピタキシャル成長装置の温度管理方法において、
   前記温度校正工程は、前記ウェーハの前記温度の前記測定値の補正及び前記予め設定された成長温度の変更のいずれか一方又は両方であるエピタキシャル成長装置の温度管理方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長装置の温度管理方法において、
   前記原料ガスは、トリクロロシランであり、
   前記反応律速領域は、１，０００℃より低い温度領域であり、
   前記所定の流量は、１０ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下であるエピタキシャル成長装置の温度管理方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長装置の温度管理方法によって温度校正されたエピタキシャル成長装置を用いて、ウェーハ上にシリコン膜を成長させるシリコン堆積層ウェーハの製造方法。

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