WO2011033752A1 - 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

エピタキシャルウェーハの製造方法および製造装置 Download PDF

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epitaxial wafer
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賢二 坂本
雅之 辻
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株式会社Sumco
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Definitions

  • the present invention relates to an epitaxial wafer manufacturing method and manufacturing apparatus for continuously manufacturing an epitaxial wafer in which an epitaxial growth layer is formed on the surface of a semiconductor wafer using a single wafer type epitaxial growth furnace.
  • an epitaxial wafer is used in which a dopant having a lower concentration than that of the wafer is added to the surface of a low resistivity silicon wafer to which a dopant is added at a high concentration.
  • This epitaxial wafer has excellent characteristics such as an improvement in the yield of the gate oxide film of the MOS device, a reduction in parasitic capacitance, prevention of soft errors, and an improvement in gettering ability.
  • a single wafer type epitaxial growth apparatus heats and rotates a wafer placed on a susceptor in an epitaxial growth furnace, introduces a silicon reactive gas by hydrogen carriers, and generates a silicon thin film on the surface of the wafer. is there.
  • a silicon reactive gas used in silicon epitaxial growth monosilane gas (SiH 4 ), chlorosilane gas (SiH 2 Cl 2 , SiHCl 3 ), or the like is used.
  • a product of a material gas such as amorphous silicon or a silane chloride polymer adheres to and deposits on a wall surface or a susceptor in the epitaxial growth furnace. If this deposit peels off during the epitaxial growth process and adheres to the wafer, it may be mixed into the thin film of the wafer as an impurity, leading to a reduction in quality of the wafer. Therefore, in order to remove deposits during the sequential epitaxial growth process of the wafer, a cleaning gas such as hydrogen chloride gas or chlorine trifluoride gas is supplied into the epitaxial growth furnace, and the cleaning process is appropriately performed in a predetermined process. (For example, refer to Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • the Si deposit deposited in the epitaxial furnace is removed by cleaning the inside of the epitaxial furnace, for example, the ceiling of the epitaxial growth apparatus. It is possible to prevent deterioration of the quality of the epitaxial wafer due to the deposit deposited on the site falling and adhering to the wafer surface. For this reason, from the viewpoint of preventing quality deterioration due to deposits, it is the most desirable embodiment to perform the cleaning process every time the epitaxial growth process is performed, but there is a problem that the working efficiency is low and the productivity is lowered. .
  • Deposits deposited in the epitaxial furnace drop off when the amount of deposition that increases as the number of epitaxial growth processes increases exceeds a certain limit, and adhere to the wafer surface, resulting in quality degradation. It is advantageous in terms of manufacturing cost that the allowable number of epitaxial growth treatments that do not drop out is experimentally obtained in advance, and the epitaxial growth treatment is performed within the predetermined number of times or less, and then the inside of the furnace is cleaned. .
  • An object of the present invention is to provide an epitaxial wafer manufacturing method capable of manufacturing an epitaxial wafer of uniform quality continuously several times between one cleaning process and the next cleaning process after the epitaxial growth process, and this An object of the present invention is to provide an apparatus for manufacturing an epitaxial wafer using
  • a method for producing an epitaxial wafer comprises: An epitaxial wafer manufacturing method using a single wafer type epitaxial growth furnace, A cleaning step of removing deposits on the susceptor in the epitaxial growth furnace; A first wafer processing step of placing a first wafer on the susceptor and growing an epitaxial layer on the first wafer based on a first control parameter to obtain a first epitaxial wafer; After the first epitaxial wafer on the susceptor is transported, a second wafer is newly placed on the susceptor, and the second epitaxial wafer is set so as to obtain a film thickness shape substantially equal to the first epitaxial wafer. And a second wafer processing step of obtaining a second epitaxial wafer by growing an epitaxial layer on the second wafer based on the control parameter.
  • the first wafer processing step is performed once after the cleaning step, and a processing sequence in which the second wafer processing step is continuously performed twice or more after the first wafer processing step is repeatedly executed. It is preferable.
  • the first control parameter and the second control parameter differ in at least one processing condition among a flow rate of a reaction gas for growing the epitaxial layer, a processing time, and a dopant gas flow rate.
  • the epitaxial growth furnace includes a layer formation chamber which is substantially partitioned into an upper space and a lower space by the susceptor, and the first control parameter and the second control parameter include the layer formation.
  • the flow rate of the reaction gas included in the second control parameter is preferably smaller than the flow rate of the reaction gas included in the first control parameter, and the inertness included in the second control parameter
  • the gas flow rate is preferably smaller than the inert gas flow rate included in the first control parameter.
  • At least the surface portion of the susceptor is made of silicon carbide (SiC) by the cleaning step.
  • the reactive gas is preferably trichlorosilane (SiHCl 3 ), and the inert gas is preferably hydrogen gas (H 2 gas).
  • an epitaxial wafer manufacturing apparatus comprises: In an epitaxial wafer manufacturing apparatus having a single wafer type epitaxial growth furnace, A cleaning recipe for removing deposits on the susceptor in the epitaxial growth furnace, an epitaxial layer is grown on the first wafer placed on the susceptor based on the first control parameter, and the first epitaxial wafer is grown.
  • an epitaxial layer is grown on a second wafer placed on the susceptor, and the first Storage means for storing a second process recipe for obtaining a second epitaxial wafer having a film thickness shape substantially equal to that of the epitaxial wafer; Control means for reading each recipe stored in the storage means and controlling the epitaxial growth apparatus in accordance with the read recipe.
  • control means executes the first process recipe once after the execution of the cleaning recipe, and continuously executes the second process recipe a plurality of times after the execution of the first process recipe. It is preferable to repeatedly execute the processing sequence.
  • the first control parameter and the second control parameter differ in at least one processing condition among a flow rate of a reaction gas for growing the epitaxial layer, a processing time, and a dopant gas flow rate.
  • the epitaxial growth furnace includes a layer forming chamber, and the layer forming chamber is substantially partitioned into an upper space and a lower space by the susceptor, and the first control parameter and the second control parameter includes a flow rate of a reaction gas for growing the epitaxial layer supplied to the upper space of the layer formation chamber and a flow rate of an inert gas supplied to the lower space of the layer formation chamber.
  • the flow rate of the reaction gas included in the second control parameter is preferably smaller than the flow rate of the reaction gas included in the first control parameter, and the inertness included in the second control parameter
  • the gas flow rate is preferably smaller than the inert gas flow rate included in the first control parameter.
  • At least a surface portion of the susceptor is made of silicon carbide (SiC), and a surface layer of the silicon carbide is exposed by the cleaning recipe.
  • the first wafer processing step of obtaining the first epitaxial wafer by growing the epitaxial layer on the first wafer after the cleaning step and the first control parameter
  • 4 is a graph of an epitaxial film thickness distribution when five wafers are processed according to the processing flow of FIG. 3 (Example 2-1).
  • the flow rates of both the reaction gas (SiHCl 3 gas) of the second control parameter and the inert gas (H 2 gas) in the lower space of the layer formation chamber are reduced by a predetermined amount, respectively.
  • 4 is a graph of an epitaxial film thickness distribution when five wafers are processed (Example 2-2) according to the processing flow of FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an epitaxial growth furnace which is a main part of the epitaxial wafer manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the epitaxial growth furnace 1 has an epitaxial layer forming chamber (hereinafter referred to as “layer forming chamber”) 2 therein.
  • the layer forming chamber 2 includes an upper dome 3, a lower dome 4, and a dome attachment body 5 that fixes and supports these domes 3 and 4.
  • the upper dome 3 and the lower dome 4 are made of a transparent material such as quartz, and are placed on the susceptor 10 and the susceptor 10 described later by a plurality of halogen lamps 6 disposed above and below the epitaxial growth furnace 1.
  • the wafer W is heated.
  • the epitaxial growth furnace 1 further includes a susceptor 10 that partitions the layer formation chamber 2 into an upper space 2a and a lower space 2b.
  • the susceptor 10 has a disk shape, and the outer peripheral portion of the lower surface thereof is fitted and fixed by a support arm 8 connected to the susceptor rotation shaft 7, and rotates by rotating the susceptor rotation shaft 7. Further, a total of three through holes are formed in the outer peripheral portion of the susceptor 10 every 120 degrees in the circumferential direction. Elevating pins 9 for raising and lowering the silicon wafer W are loosely inserted into each through hole. The lift pins 9 are lifted and lowered by a lift arm 11.
  • the material of the susceptor 10 is not particularly limited as long as the surface of the susceptor 10 is formed of SiC in order to prevent impurities from being mixed during the formation of the epitaxial layer.
  • a carbon substrate surface coated with a silicon carbide (SiC) film is often used, but the entire susceptor 10 may be formed of SiC.
  • a gas supply port 12 and a gas discharge port 13 are arranged to face each other at a height position of the dome mounting body 5 that is substantially equal to the upper surface of the susceptor 10.
  • a silicon reaction gas such as trichlorosilane (SiHCl 3 ) is diluted with a carrier gas such as hydrogen gas (H 2 gas) into the layer forming chamber 2 from the gas supply port 12, and then diborane (B 2 H 6
  • a mixed gas in which a small amount of a dopant such as) is mixed is supplied in parallel (horizontal direction) to the upper surface of the silicon wafer W.
  • the supplied mixed gas passes through the surface of the silicon wafer W, grows an epitaxial layer, and is discharged out of the layer forming chamber 2 through the gas discharge port 13.
  • a cleaning gas such as hydrogen chloride (HCl) gas is supplied from the gas supply port 12 to the layer forming chamber 2 in accordance with a predetermined procedure in a state where the silicon wafer W is unloaded from the layer forming chamber 2 by a wafer transfer mechanism described later. And the deposit is removed from the susceptor by dry etching.
  • HCl hydrogen chloride
  • FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the epitaxial wafer manufacturing apparatus 20 for controlling the epitaxial growth furnace of FIG.
  • the epitaxial wafer manufacturing apparatus 20 includes a wafer transfer mechanism 21, a heating mechanism 22 including a halogen lamp 6, and a gas supply / discharge mechanism 23.
  • the wafer transfer mechanism 21 carries the wafer from the outside onto the susceptor 10 in the layer formation chamber 2 of the epitaxial growth furnace 1 and carries out the processed wafer from the susceptor 10 to the outside of the layer formation chamber 2.
  • the gas supply / discharge mechanism 23 is connected to the gas supply port 12 and the gas discharge port 13, respectively, and adjusts parameters such as gas pressure, gas type and gas flow rate, and dopant amount in the layer forming chamber 2. However, gas is supplied and discharged into the layer forming chamber 2.
  • the epitaxial wafer manufacturing apparatus 20 includes a storage unit 24 that is a storage unit and a control unit 25 that is a control unit.
  • the storage unit 24 stores a process recipe including a cleaning recipe and process recipes A and B, which will be described later.
  • the control unit 25 controls the entire processing of the epitaxial wafer manufacturing apparatus 20 including the epitaxial growth furnace 1, and the cleaning recipe and process recipe A appropriately read from the storage unit 24 by an operation from the operator via the program or interface unit 26. Alternatively, the process is executed according to B.
  • the control part 25 is comprised so that a wafer can be processed with a different process recipe for every sheet.
  • the storage unit 24 and the control unit 25 may be realized by hardware separate from the epitaxial growth furnace.
  • the storage unit 24 may be provided in a database system.
  • the processing program of the apparatus relating to the process sequence and control parameters (temperature, pressure, gas type and gas flow rate, control target value such as time) for producing an epitaxial wafer is called a process recipe
  • an epitaxial growth furnace A processing program relating to a process sequence and control parameters for cleaning the exhaust pipe is called a cleaning recipe.
  • an epitaxial wafer is manufactured using one process recipe for one product.
  • quality variation occurs when epitaxial wafers are continuously manufactured, which is caused by the first wafer after the cleaning recipe and the second wafer by the same process recipe.
  • the second and subsequent wafers that are the second epitaxial wafer.
  • a second process recipe (process recipe B) corresponding to the manufacture of the wafer is also prepared.
  • the process recipe A has a first control parameter
  • the process recipe B has a second control parameter.
  • the epitaxial growth of the process recipe B is performed in the process recipe B so that the film thickness of the outer peripheral part of the wafer is substantially equal to the epitaxial wafer manufactured by processing the first wafer by the process recipe A.
  • This is achieved by setting the flow rate of the reaction gas, eg, SiHCl 3 gas, the growth time of epitaxial growth, and the flow rate of the dopant gas.
  • the conditions are the same as those of the process recipe A except for the parameters described above.
  • the film thickness shape of the wafer outer peripheral part is substantially the same, and in comparison with the film thickness difference of the outer peripheral part between the first wafer and the second and subsequent wafers, a plurality of wafers are formed by the same process recipe A.
  • the film thickness difference is smaller than the film thickness difference caused by epitaxial growth.
  • the film thickness difference at the outer peripheral portion is 5 nm or less.
  • the film thickness difference of the outer peripheral part was defined by the ROA2 difference described later.
  • SiHCl 3 flow rate first SiHCl 3 flow rate -a (1)
  • Epitaxial growth time median epitaxial film thickness / second epitaxial growth rate (2)
  • Dopant gas flow rate first dopant gas flow rate ⁇ [b ⁇ (first epitaxial growth rate ⁇ second epitaxial growth rate) + c] (3)
  • a, b, and c are constants that differ depending on the attributes of the epitaxial growth apparatus and the wafer.
  • the first epitaxial growth rate and the second epitaxial growth rate are both determined by the equation: epitaxial film thickness ⁇ epitaxial growth time.
  • the median value of the epitaxial film thickness is the median value of the epitaxial film thickness range required as the specification of the epitaxial wafer product, and means the target epitaxial film thickness.
  • the epitaxial film thickness was measured using a Fourier transform infrared spectrophotometer (QS-3300 manufactured by Nanometrics), but the method for measuring the epitaxial film thickness is not limited to this.
  • the control unit 25 starts processing according to the processing content acquired from the storage unit 24.
  • a cleaning process for the susceptor 10 in the layer forming chamber 2 is performed based on the cleaning recipe (step S101). Note that this step may not be performed if the cleaning of the layer forming chamber 2 has already been performed.
  • control unit 25 executes the process recipe A as the first wafer processing step (step S102).
  • the process recipe A the polished wafer is transferred into the layer forming chamber 2 by the wafer transfer mechanism 21 and placed on the susceptor 10. Then, epitaxial growth is performed according to the process sequence and control parameters defined in the process recipe A, the first epitaxial wafer based on the required specifications is manufactured, and the wafer transport mechanism 21 carries it out of the layer forming chamber 2.
  • the control unit 25 executes the process recipe B as the second wafer processing step (step S103).
  • the polished wafer is placed on the susceptor 10.
  • the flow rate of the reaction gas for example, SiHCl 3 gas
  • the growth of epitaxial growth are performed so that the film thickness shape of the outer peripheral portion equivalent to that of the first epitaxial wafer by the process recipe A can be obtained. Since the time and the flow rate of the dopant gas are set, an epitaxial wafer having a film thickness shape equivalent to that of the first wafer is manufactured and carried out.
  • the epitaxial growth apparatus 1 repeatedly executes the process recipe B four times (step S104), and manufactures a total of five epitaxial wafers having an equivalent film thickness shape. Thereafter, the epitaxial growth apparatus 1 repeatedly executes the cleaning process and the manufacture of five epitaxial wafers by the process recipes A and B until receiving an end instruction from the program or the operator (step S105) (steps S101 to S104). Note that the number of repetitions of wafer manufacturing by the process recipe B is not limited to four, and can be arbitrarily set as long as the wafer quality is not deteriorated.
  • the first wafer is manufactured by the process recipe A, and The flow rate of the reaction gas (SiHCl 3 gas) supplied to the upper space 2a of the layer forming chamber 2 is set so that the second and subsequent wafers having the film thickness shape of the outer peripheral portion of the wafer substantially equal to the first wafer are manufactured. Since the wafer is processed by the process recipe B, an epitaxial wafer with little variation in quality can be continuously manufactured. Therefore, the productivity of the epitaxial wafer can be improved. Actually, when five epitaxial wafers are continuously manufactured as described above, an improvement in productivity of about 25% can be obtained.
  • the present inventors do not depend on the flow rate of the reaction gas (SiHCl 3 ) used for the first wafer epitaxial growth process. It has been found that the difference in film thickness at the outer peripheral portion between the first wafer and the second and subsequent wafers is substantially constant. Therefore, the processing conditions in the second and subsequent epitaxial growth processes necessary to eliminate this film thickness difference are the reaction gas (SiHCl 3 ) introduced into the upper space 2 a of the layer forming chamber 2 and the layer forming chamber 2. This can be achieved by adjusting the flow rate of the inert gas (H 2 gas) introduced into the lower space 2b.
  • the reaction gas (SiHCl 3 ) introduced into the upper space 2 a of the layer forming chamber 2 and the layer forming chamber 2. This can be achieved by adjusting the flow rate of the inert gas (H 2 gas) introduced into the lower space 2b.
  • the flow rates of the reactive gas and the inert gas are reduced by a predetermined amount corresponding to the processing conditions for the first wafer. Further, the epitaxial growth time at that time is determined so as to achieve a target film thickness according to the flow rate of the reaction gas, and the dopant gas flow rate is determined so as to obtain a target electric resistivity.
  • the film thickness of the epitaxial layer is increased by reducing the flow rate of the inert gas (H 2 gas) introduced into the lower space 2b of the layer forming chamber 2 because the upper space 2a and the lower space 2b of the layer forming chamber 2
  • H 2 gas inert gas
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an epitaxial growth furnace which is a main part of the epitaxial wafer manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the present embodiment is characterized in that, in the epitaxial wafer manufacturing method described in the first embodiment, the flow rate of an inert gas (H 2 gas) introduced into the lower space 2b of the layer forming chamber 2 is further adjusted. is there.
  • H 2 gas inert gas
  • an inert gas such as hydrogen gas (H 2 gas) is supplied to the lower space 2b of the layer forming chamber 2 below the gas supply port 12 of the dome mounting body 5 of the epitaxial wafer manufacturing apparatus 20.
  • the gas supply port 14 is provided.
  • the gas supply port 14 is connected to a gas supply / discharge mechanism 23 to control gas supply.
  • the outer peripheral portion of the susceptor 10 and the inner peripheral portion of the dome mounting body 5 of the layer forming chamber 2 are separated by a slight circular gap along the outer periphery of the susceptor 10.
  • a pressure difference is inevitably generated between the upper space 2 a formed between the upper dome 3 and the susceptor 10 and the lower space 2 b formed between the lower dome 4 and the susceptor 10.
  • Other configurations are the same as those of the epitaxial wafer manufacturing apparatus 20 of the first embodiment.
  • an inert gas slightly higher than the gas pressure of the mixed gas in the upper space 2a of the layer forming chamber 2 is supplied to the lower space 2b of the layer forming chamber 2 during film formation.
  • This inert gas flows into the upper space 2a of the layer forming chamber 2 due to the rising airflow generated through the gap between the dome mounting body 5 and the edge of the susceptor 10, and together with the mixed gas supplied from the gas supply port 12, the gas It is discharged from the discharge port 13. This prevents the mixed gas from flowing into the lower space 2b of the layer forming chamber 2.
  • an epitaxial wafer manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described. Also in the second embodiment, an epitaxial wafer is manufactured based on the flowchart of FIG.
  • the reaction gas (SiHCl 3 gas) in the upper space 2a of the layer formation chamber 2 and / or the inert gas (H 2 gas) in the lower space 2b of the layer formation chamber 2 is used.
  • the epitaxial growth time and the dopant gas flow rate at that time are also determined according to the flow rates of the reaction gas and the inert gas. Since other processes are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • the first wafer is substantially the same as the first wafer.
  • the flow rate of the inert gas (H 2 gas) supplied to the lower space 2b of the layer forming chamber 2 is set so that the second and subsequent wafers having the same film thickness shape on the outer periphery of the wafer are manufactured. Therefore, it is possible to continuously produce epitaxial wafers with less variation in quality.
  • Example 1 5 corresponds to the first embodiment, and the epitaxial layer thickness obtained by processing five wafers according to the process flowchart shown in FIG. 3 using the epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG. It is a graph which shows a shape.
  • the horizontal axis of this graph indicates the distance from the center of the wafer in the radial direction, and the vertical axis indicates the thickness of the epitaxial film of the manufactured wafer, with the desired film thickness set to 0 and the difference from this. It is.
  • the film thickness shapes of the first to fifth wafers after cleaning substantially coincide with each other at the outer peripheral portion of the wafer.
  • the film thickness of the epitaxial film was measured using a Fourier transform infrared spectrophotometer (QS-3300 manufactured by Nanometrics).
  • FIG. 6 is a flowchart of an epitaxial wafer manufacturing method when five wafers are processed with the same processing recipe for comparison.
  • step S201 after cleaning the susceptor 10 with a cleaning recipe (step S201), five wafers are continuously processed (step S203) with a process recipe A (step S202). Thereafter, steps S201 to S203 are repeatedly executed until an end instruction is received from the program or the operator (step S204).
  • FIG. 7 is a graph showing the film thickness shape of the epitaxial layer obtained by continuously processing a plurality of recipes by the processing flow shown in FIG. 6 using the epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG.
  • the measurement method and the notation of the vertical and horizontal axes of the graph are the same as in FIG.
  • the film thickness shapes of the first wafer after cleaning and the second to fifth wafers are greatly different at the outer periphery of the wafer. For this reason, the epitaxial wafer according to Comparative Example 1 has a large variation in quality, and such a method cannot be used in practice.
  • the difference in film thickness shape between the first wafer and the second and subsequent wafers at the outer periphery of the wafer is located further outside the outer periphery of the wafer with the wafer mounted.
  • the outer peripheral portion 10a of the susceptor 10 is in a state in which silicon is removed immediately after the cleaning recipe, but after the first epitaxial growth process, it is coated with silicon by the supplied SiHCl 3 gas, so that it is locally near the wafer outer periphery. This is presumed to be caused by a difference in temperature.
  • FIG. 8 shows the thickness of a silicon wafer having a diameter of 300 mm before the epitaxial growth process used in the process flow shown in FIG. 6 and the epitaxial wafer manufactured by the process flow shown in FIG. 6 using the epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG. Is a graph showing the difference as an epitaxial film thickness distribution using a capacitance type flatness measuring device (device name: WaferLight manufactured by KLA-Tencor). This graph shows only the outer peripheral portion of 140 to 150 mm from the center of the wafer, and the distance from the center of the wafer in the radial direction is shown on the horizontal axis of the graph.
  • a capacitance type flatness measuring device device name: WaferLight manufactured by KLA-Tencor
  • the vertical axis is a straight line obtained by fitting the distance from the center and the film thickness by the least square method in the range of the distance from the center to the distance of 120 mm to 135 mm of the film thickness of the epitaxial film obtained from the difference between before and after the epitaxial wafer growth process.
  • the upper point is set to 0, and the relative thickness (Leveled Thickness) corrected by comparison with this is shown.
  • the solid line, broken line, and alternate long and short dash line indicate the first, second, and third to fifth epitaxial wafers, respectively.
  • the third to fifth wafers are indicated by one line because the graphs have substantially the same shape.
  • the film thickness shapes of the first wafer after cleaning and the second to fifth wafers are greatly different at the outer periphery of the wafer.
  • the film thickness shown in the graph at a distance of 148 mm from the center of the horizontal axis (a position on the center side by 2 mm from the wafer edge) has a large difference between the first wafer and the second and subsequent wafers. It can be seen. For this reason, the epitaxial wafer according to Comparative Example 2 has a large variation in quality. Note that the difference in film thickness at a position on the center side by 2 mm from the wafer edge is called the ROA2 difference.
  • Example 2-1 9 uses the epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG. 4 to reduce the flow rate of the reaction gas (SiHCl 3 gas) of the second control parameter by a predetermined amount with respect to the first control parameter,
  • the graph of the epitaxial film thickness distribution when five wafers were processed according to the processing flow of FIG. 3 without changing the flow rate of the inert gas (H 2 gas) in the lower space 2b (Example 2-1). is there.
  • the measurement method and the notation of the vertical and horizontal axes of the graph are the same as those in FIG.
  • FIG. 9 when FIG. 9 is compared with FIG. 8, in the embodiment 2-1 of FIG. 9, the layer formation chamber is compared with the case where five wafers are continuously processed with the same processing recipe (FIG. 8).
  • the layer formation chamber is compared with the case where five wafers are continuously processed with the same processing recipe (FIG. 8).
  • the reaction gas SiHCl 3 gas
  • FIG. 10 uses the epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG. 4 and uses the reaction gas (SiHCl 3 gas) of the second control parameter and the lower space 2b of the layer formation chamber 2 with respect to the first control parameter.
  • the flow rate of both the inert gas (H 2 gas) is reduced by a predetermined amount corresponding to each, and when the five wafers are processed by the processing flow of FIG. 3 (Example 2-2), It is a graph.
  • the notation of the measurement method and the vertical and horizontal axes of the graph is the same as in FIGS. As shown in FIG.
  • the first wafer and the second to fifth wafers are reduced. It becomes possible to make the film thickness shapes of the outer peripheral portions coincide.
  • Table 1 shows five test examples including Comparative Example 2 and Examples 2-1 and 2-2 using the epitaxial wafer manufacturing apparatus shown in FIG.
  • seat is shown.
  • the reaction gas flow rate difference in the graph indicates the amount of decrease in the second flow rate relative to the first flow rate of the reaction gas (SiHCl 3 gas) introduced into the upper space 2a of the layer forming chamber 2.
  • the inert gas flow rate difference indicates the amount of decrease in the second flow rate relative to the first flow rate of the inert gas (H 2 gas) introduced into the lower space 2 b of the layer forming chamber 2.
  • slm Standard liter per Minute
  • Test Examples 3 and 5 correspond to the second embodiment of the present invention.
  • Test Example 1 Comparative Example 2
  • the first wafer and the second wafer are processed under the same conditions.
  • the ROA2 difference indicating the film thickness difference of the epitaxial layer at that time was 11.7 nm. Therefore, as in Test Example 2 (Example 2-1), the ROA2 difference can be reduced to 3.2 nm by reducing the reaction gas flow rate in the second epitaxial growth by a predetermined amount (2 slm in Table 1). Further, as in Test Example 3 (Example 2-2), the ROA difference can be reduced to 0.9 nm by reducing the inert gas flow rate by a predetermined amount (5 slm in Table 1).
  • the reaction gas flow rate difference and the inert gas flow rate difference can be determined so that the ROA2 difference is close to zero.
  • the difference between the reactive gas flow rate and the inert gas flow rate does not depend on the reactive gas flow rate used in the first epitaxial growth after the cleaning recipe.
  • this invention is not limited only to the said embodiment, Many changes or deformation
  • transformation are possible.
  • SiHCl 3 gas is used as the silicon reaction gas
  • the present invention is not limited to this, and gases such as SiCl 4 , SiH 2 Cl 2 , and SiH 4 can also be used.
  • the gas used for cleaning may be any gas that can remove the product of material gas such as amorphous silicon and silane chloride polymer deposited on the wall and susceptor in the epitaxial growth furnace by the reduction reaction, and purity and removal efficiency.
  • the dopant is diborane (B 2 H 6 ), but is not limited thereto, and phosphine (PH 3 ) or the like can also be used.
  • the number of continuously manufactured wafers is set within a range in which no abnormality occurs in the quality of the manufactured epitaxial wafer. I can.
  • the quality abnormality mainly occurs due to silicon deposits deposited in the epitaxial growth furnace. Therefore, it is preferable to obtain a predetermined number of epitaxial wafers that can be continuously manufactured in advance by experiments and perform cleaning at least for each predetermined number.
  • epitaxial wafers having no variation in quality can be continuously manufactured, and the productivity of epitaxial wafers can be improved.

Abstract

　クリーニングレシピによりエピタキシャル成長炉内のサセプタへの堆積物を除去した後（ステップＳ１０１）、プロセスレシピＡに基づき、１枚目の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製造する（ステップＳ１０２）。続いて、１枚目のウェーハと略等しい膜厚形状が得られるように設定した第２の制御パラメータを含むプロセスレシピＢに基づき、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製造する工程（ステップＳ１０３）を複数回繰り返し、複数枚のエピタキシャルウェーハを連続して製造する（ステップＳ１０４）。この、クリーニングレシピ、プロセスレシピＡおよび複数回のプロセスレシピＢを繰り返し実行する（ステップＳ１０５）。

Description

エピタキシャルウェーハの製造方法および製造装置 関連出願の相互参照
　本出願は、２００９年９月１７日に出願された日本国特許出願２００９－２１５４６１号、および、２０１０年８月１２日に出願された日本国特許出願２０１０－１８１０４７号の優先権を主張するものであり、これらの先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。
　本発明は、枚葉式のエピタキシャル成長炉を用いて、半導体ウェーハの表面にエピタキシャル成長層を形成したエピタキシャルウェーハを、連続して製造するエピタキシャルウェーハの製造方法および製造装置に関する。
　近年、ＭＯＳデバイス用のシリコンウェーハとして、ドーパントが高濃度に添加された低抵抗率のシリコンウェーハの表面に、ウェーハのドーパント濃度よりも低濃度のドーパントが添加されたエピタキシャルウェーハが用いられている。このエピタキシャルウェーハは、ＭＯＳデバイスのゲート酸化膜の歩留りが向上するとともに、寄生容量低減、ソフトエラーの防止、ゲッタリング能力の向上などの優れた特性を有している。
　上述のようなエピタキシャルウェーハの製造においては、従来から実施されている複数のシリコンウェーハに対して同時にエピタキシャル成長処理をするバッチ方式では、シリコンウェーハの大口径化に対応し難くなってきたことから、枚葉式のエピタキシャル成長装置が主に使用されるようになってきている。近年では、直径３００ｍｍ以上のウェーハに対してエピタキシャル成長処理が可能な大口径用のエピタキシャル成長装置も開発されている。
　枚葉式のエピタキシャル成長装置は、エピタキシャル成長炉内でサセプタに載置されたウェーハを高温に加熱するとともに回転させ、水素キャリアによるシリコン反応ガスを導入し、ウェーハ上の表面にシリコン薄膜を生成させるものである。シリコンエピタキシャル成長で使用されるシリコン反応ガスとしては、モノシランガス（ＳｉＨ４）や塩化シランガス（ＳｉＨ２Ｃｌ２，ＳｉＨＣｌ３）等が利用される。
　一方、この反応過程では、アモルファスシリコンや塩化シランポリマー等の材料ガスの生成物が、エピタキシャル成長炉内の壁面やサセプタ等に付着堆積する。この堆積物が、エピタキシャル成長過程中に剥がれて、ウェーハ上に付着すると、不純物としてウェーハの薄膜内に混入してウェーハの品質低下を招くおそれがある。そのため、順次のウェーハのエピタキシャル成長処理の間に、堆積物を除去するために、エピタキシャル成長炉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、所定の工程により適宜クリーニング処理が行われる（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特開２００４－２８９０９８号公報 特開２００８－２７７７９５号公報
　特許文献１、２で記載される発明のように、エピタキシャル成長処理を行った後、エピタキシャル炉内をクリーニング処理することにより、エピタキシャル炉内に堆積したＳｉ堆積物は除去され、例えば、エピタキシャル成長装置の天井部位に堆積した堆積物が落下してウェーハ表面に付着することによるエピタキシャルウェーハの品質低下を防止することが可能となる。このため、堆積物起因の品質低下を防止する観点からは、エピタキシャル成長処理する度毎に毎回クリーニング処理を行うことが最も望ましい実施形態ではあるが、作業効率が悪く生産性が低くなるという問題がある。
　エピタキシャル炉内に堆積した堆積物は、エピタキシャル成長処理回数の増加に伴い増加する堆積量がある限界を超えたときに脱落し、ウェーハ表面に付着して品質低下をもたらすものであるため、堆積物の脱落を起さない、許容されるエピタキシャル成長処理回数を予め実験的に求めておき、この所定回数以下の範囲でエピタキシャル成長処理を行った後、炉内のクリーニングを行うことが製造コスト面でも有利となる。
　しかしながら、本発明者らの実験によれば、クリーニング用のレシピを実行した後に、所望のエピタキシャルウェーハを製造するために設定されたプロセスレシピを連続して複数回実行すると、クリーニングレシピ後の最初の１枚目のプロセスレシピにより製造されたエピタキシャルウェーハと、２枚目以降で製造されたエピタキシャルウェーハとでは、ウェーハ外周部のエピタキシャル層の膜厚形状に差異が生じることが明らかとなった。
　本発明の目的は、エピタキシャル成長処理後、一のクリーニング処理と次のクリーニング処理との間に、複数回連続して品質の均一なエピタキシャルウェーハを製造することができるエピタキシャルウェーハの製造方法、および、これを用いたエピタキシャルウェーハの製造装置を提供することにある。
　上記目的を達成するための、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法は、
　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
を含むことを特徴とする。
　さらに、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が好ましい。
　好適には、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。
　さらに好適には、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む。
　また、前記第２の制御パラメータに含まれる前記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反応ガスの流量よりも少ないことが好ましく、前記第２の制御パラメータに含まれる前記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不活性ガスの流量よりも少ないことが好ましい。
　好適には、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。
　また、前記反応ガスは、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）であり、前記不活性ガスは、水素ガス（Ｈ２ガス）であることが好ましい。
　上記目的を達成するための、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造装置は、
　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と
を備えることを特徴とする。
　さらに、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が好ましい。
　好適には、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。
　更に好適には、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む。
　また、前記第２の制御パラメータに含まれる前記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反応ガスの流量よりも少ないことが好ましく、前記第２の制御パラメータに含まれる前記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不活性ガスの流量よりも少ないことが好ましい。
　さらに、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が好ましい。
　本発明によれば、第１の制御パラメータに基づき、クリーニング工程後の第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、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、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第２のウェーハ処理工程とを含むので、一のクリーニング処理と次のクリーニング処理との間に、複数回連続して品質のより均一なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
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。 図１のエピタキシャル成長炉を制御するエピタキシャルウェーハの製造装置の制御系を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法の処理フローチャートである。 本発明の第２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。 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１）のエピタキシャル層の膜厚形状を示すグラフである。 同一の処理レシピで５枚のシリコンウェーハにシリコンエピタキシャル膜を成膜処理するエピタキシャルウェーハの製造方法の処理フローチャートである。 図６の処理フローにより５枚のウェーハを処理したとき（比較例１）のエピタキシャル層の膜厚形状を示すグラフである。 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エピタキシャル膜厚分布のグラフである（比較例２）。 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、層形成室の下部空間の不活性ガス（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。 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）と層形成室の下部空間の不活性ガス（Ｈ２ガス）との双方の流量をそれぞれ所定量減らし、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。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
　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。
　エピタキシャル成長炉１は、その内部にエピタキシャル層の形成室（以下、「層形成室」という。）２を有している。この層形成室２は、上側ドーム３と、下側ドーム４と、これらドーム３及び４を固定支持するドーム取り付け体５とを備えている。上側ドーム３および下側ドーム４は、石英などの透明な材料から構成され、エピタキシャル成長炉１の上方および下方に複数配置されたハロゲンランプ６により、後述するサセプタ１０およびサセプタ１０に載置されるシリコンウェーハＷが加熱される。
　エピタキシャル成長炉１は、さらに、層形成室２を上部空間２ａと下部空間２ｂとに仕切るサセプタ１０を備える。サセプタ１０は、円板形状を有しており、サセプタ回転軸７に連なる支持アーム８によってその下面の外周部が嵌合されて固定され、サセプタ回転軸７を回転駆動することにより回転する。また、サセプタ１０の外周部には、その周方向に向かって１２０度毎に合計３本の貫通孔が形成されている。各貫通孔には、シリコンウェーハＷを昇降させる昇降ピン９が遊挿されている。昇降ピン９の昇降は、リフトアーム１１により行われる。
　サセプタ１０の材質は、エピタキシャル層形成時の不純物混入を防止するため、サセプタ表面がＳｉＣにより形成されていれば良く、被コーティング材の材質は特に限定されない。一般的に炭素基材の表面にシリコンカーバイド（ＳｉＣ）被膜をコーティングしたものが多く用いられるが、サセプタ１０全体がＳｉＣで形成されていても良い。
　ドーム取り付け体５の、サセプタ１０の上面と略等しい高さ位置には、ガス供給口１２とガス排出口１３とが対向配置されている。成膜時にはガス供給口１２からは、層形成室２内にトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ３）などのシリコン反応ガスを水素ガス（Ｈ２ガス）等のキャリアガスで希釈し、それにジボラン（Ｂ２Ｈ６）等のドーパントを微量混合した混合ガスが、シリコンウェーハＷの上部表面に対して平行（水平方向）に供給される。この供給された混合ガスは、シリコンウェーハＷの表面を通過してエピタキシャル層成長後、ガス排出口１３より層形成室２の外に排出される。
　一方、クリーニング時には、後述するウェーハ搬送機構によりシリコンウェーハＷが層形成室２より搬出された状態で、所定の手順に従い塩化水素（ＨＣｌ）ガス等のクリーニングガスをガス供給口１２から層形成室２に導入し、ガス排出口１３から排出することによって、ドライエッチングによりサセプタから堆積物を除去する。
　図２は、図１のエピタキシャル成長炉を制御するエピタキシャルウェーハの製造装置２０の制御系を示すブロック図である。エピタキシャルウェーハの製造装置２０は、ウェーハ搬送機構２１、ハロゲンランプ６を含んで構成される加熱機構２２、ガス供給・排出機構２３を有する。ウェーハ搬送機構２１は、外部からエピタキシャル成長炉１の層形成室２内のサセプタ１０上へウェーハを搬入し、サセプタ１０上から層形成室２の外部へ処理済のウェーハを搬出する。また、ガス供給・排出機構２３は、ガス供給口１２およびガス排出口１３にそれぞれ接続され、層形成室２内のガスの圧力、ガスの種類及びガスの流量、ドーパントの量等のパラメータを調整しつつ、層形成室２内へガスを供給および排出する。
　また、エピタキシャルウェーハの製造装置２０は、記憶手段である記憶部２４と制御手段である制御部２５とを備える。記憶部２４は、後述するクリーニングレシピ並びにプロセスレシピＡおよびＢを含むプロセスレシピを記憶する。また、制御部２５は、エピタキシャル成長炉１を含むエピタキシャルウェーハ製造装置２０の処理全体を制御し、プログラムまたはインタフェース部２６を介したオペレータからの操作により適宜記憶部２４から読み出したクリーニングレシピ、プロセスレシピＡまたはＢに従い処理を実行する。さらに、制御部２５は、ウェーハを１枚ごとに異なるプロセスレシピで処理することが可能に構成されている。記憶部２４と制御部２５とは、エピタキシャル成長炉とは別体のハードウェアにより実現されていても良い。例えば、記憶部２４はデータベースシステムに設けられても良い。
　なお、本願において、エピタキシャルウェーハを生成するためのプロセスシーケンスおよび制御パラメータ（温度、圧力、ガスの種類及びガスの流量、時間などの制御目標値）に関する装置の処理プログラムをプロセスレシピと呼び、エピタキシャル成長炉および排気管をクリーニングするためのプロセスシーケンスおよび制御パラメータに関する処理プログラムをクリーニングレシピと呼ぶ。
　一般的に、エピタキシャルウェーハは、一つの製品を１種類のプロセスレシピで製造する。しかし、本出願人の研究によれば、エピタキシャルウェーハを連続製造した場合には品質のばらつきが生じ、その原因は、クリーニングレシピ後の最初のプロセスレシピによるエピタキシャルウェーハと、同じプロセスレシピによる２枚目以降のウェーハとの間で、ウェーハ外周部のエピタキシャル層の膜厚形状に差異が生じることにある。
　そこで、本実施形態では、第１のエピタキシャルウェーハであるクリーニングレシピ後の１枚目のウェーハ用の第１のプロセスレシピ（プロセスレシピＡ）に加え、第２のエピタキシャルウェーハである２枚目以降のウェーハの製造に対応した第２のプロセスレシピ（プロセスレシピＢ）をも用意する。２枚目以降のウェーハについては、同じプロセスレシピを用いれば同じエピタキシャル膜の膜厚形状が得られることから、この単一のプロセスレシピＢを用いるものとする。ここで、プロセスレシピＡは第１の制御パラメータを有し、プロセスレシピＢは第２の制御パラメータを有する。
　プロセスレシピＢのエピタキシャル成長は、ウェーハ外周部の膜厚が、プロセスレシピＡにより１枚目のウェーハを処理して製造したエピタキシャルウェーハと外周部の膜厚形状が略等しくなるように、プロセスレシピＢにおける反応ガス、例えばＳｉＨＣｌ３ガスの流量、エピタキシャル成長の成長時間、および、ドーパントガスの流量を設定することにより達成される。その際、上記各パラメータ以外は、プロセスレシピＡと全く同じ条件とする。なお、ウェーハ外周部の膜厚形状が略等しいとは、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差における比較で、同一のプロセスレシピＡにより複数枚のウェーハをエピタキシャル成長させて生じる膜厚差に対して、膜厚差が小さくなる場合を意味し、例えば、直径３００ｍｍのウェーハを用いた場合は、外周部の膜厚差が５ｎｍ以下であることを意味する。なお、外周部の膜厚差は、後述するＲＯＡ２差で定義した。
　反応ガスとしてＳｉＨＣl３ガスを用いた本発明者らの実験によれば、上記プロセスレシピＢの各パラメータは、概ね次式で与えられることを確認している。
　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。
　次に、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方法を図３のフローチャートを用いて説明する。
　エピタキシャルウェーハの製造が開始されると、制御部２５は記憶部２４から取得した処理内容に応じて処理を開始する。まず、制御部２５の制御により、クリーニングレシピに基づき層形成室２内のサセプタ１０のクリーニング工程が行われる（ステップＳ１０１）。なお、既に層形成室２内のクリーニングが行われた状態にある場合には、この工程は行わなくとも良い。
　次に、制御部２５は、第１のウェーハ処理工程として、プロセスレシピＡを実行する（ステップＳ１０２）。プロセスレシピＡでは、ウェーハ搬送機構２１により、ポリッシュドウェーハが層形成室２内に搬送されサセプタ１０上に載置される。そして、プロセスレシピＡに規定されるプロセスシーケンスおよび制御パラメータによりエピタキシャル成長が行われ、要求される仕様に基づく１枚目のエピタキシャルウェーハが製造され、ウェーハ搬送機構２１により層形成室２から搬出される。
　次に、制御部２５は、第２のウェーハ処理工程として、プロセスレシピＢを実行する（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０２と同様に、ポリッシュドウェーハがサセプタ１０に載置される。プロセスレシピＢは、上述のように、プロセスレシピＡによる１枚目のエピタキシャルウェーハと同等の外周部の膜厚形状が得られるように、反応ガス（例えば、ＳｉＨＣｌ３ガス）の流量、エピタキシャル成長の成長時間、および、ドーパントガスの流量が設定されているので、１枚目のウェーハと同等の膜厚形状を有するエピタキシャルウェーハが製造され搬出される。
　その後、制御部２５の制御により、エピタキシャル成長装置１は、このプロセスレシピＢを４回繰り返して実行し（ステップＳ１０４）、合計５枚の同等の膜厚形状を有するエピタキシャルウェーハを製造する。以後、エピタキシャル成長装置１は、プログラムまたはオペレータの終了指示を受けるまで（ステップＳ１０５）、クリーニング処理とプロセスレシピＡおよびＢによる５枚のエピタキシャルウェーハの製造とを繰り返し実行する（ステップＳ１０１－Ｓ１０４）。なお、プロセスレシピＢによるウェーハの製造の繰り返し回数は４回に限られず、ウェーハ品質の劣化が見られない範囲であれば、任意に設定することができる。
　以上説明したように、第１実施形態によれば、クリーニングレシピを用いてエピタキシャル成長炉内のサセプタへの堆積物を除去した後、プロセスレシピＡにより１枚目のウェーハを製造し、さらに、１枚目のウェーハと略等しいウェーハ外周部の膜厚形状を有する２枚目以降のウェーハを製造するように、層形成室２の上部空間２ａに供給される反応ガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）の流量を設定したプロセスレシピＢによりウェーハを処理するようにしたので、品質にバラツキの少ないエピタキシャルウェーハを連続製造することができる。したがって、エピタキシャルウェーハの生産性を向上させることができる。実際に、上述のように５枚のエピタキシャルウェーハを連続製造する場合は、約２５％の生産性の向上が得られる。
（第２実施形態）
　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。
　具体的には、１枚目のウェーハの処理条件と比較して、反応ガスと不活性ガスとの流量を、それぞれに対応した所定量減らした条件とする。また、その際のエピタキシャル成長時間は、反応ガスの流量に応じて目標とする膜厚となるように決定され、ドーパントガス流量は、目標とする電気抵抗率が得られるように決定される。層形成室２の下部空間２ｂに投入する不活性ガス（Ｈ２ガス）の流量を減少させることによりエピタキシャル層の膜厚が増加するのは、層形成室２の上部空間２ａと下部空間２ｂとの圧力バランスが変化し、ウェーハ外周部での反応ガスの流れが変化して膜厚を厚くする効果が生じるためと推測される。この方法について、以下に図面を参照して説明する。
　図４は、本発明の第２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。本実施形態は、第１実施形態で説明したエピタキシャルウェーハの製造方法において、さらに、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特徴がある。
　このため、エピタキシャルウェーハの製造装置２０のドーム取り付け体５のガス供給口１２の下側には、層形成室２の下部空間２ｂに水素ガス（Ｈ２ガス）等の不活性ガスを供給する別のガス供給口１４が設けられている。ガス供給口１４は、ガス供給・排出機構２３に接続され、ガスの供給が制御される。また、サセプタ１０の外周部と層形成室２のドーム取り付け体５の内周部との間は、サセプタ１０の外周に沿う僅かな円形の隙間により離間している。これによって、上側ドーム３とサセプタ１０間で構成される上部空間２ａと、下側ドーム４とサセプタ１０間で構成される下部空間２ｂとの間には、圧力差が不可避的に生じる。その他の構成は、第１実施形態のエピタキシャルウェーハの製造装置２０と同じである。
　以上のような構成により、成膜時には、層形成室２の上部空間２ａの混合ガスのガス圧よりも僅かに高い不活性ガスが層形成室２の下部空間２ｂに供給される。この不活性ガスは、ドーム取り付け体５とサセプタ１０の縁部との隙間を通じて生じた上昇気流により、層形成室２の上部空間２ａへ流れ込み、ガス供給口１２から供給された混合ガスとともに、ガス排出口１３から排出される。これによって、混合ガスが層形成室２の下部空間２ｂに流入することを防止する。
　次に、本発明の第２実施形態に係るエピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。第２実施形態においても、図３のフローチャートに基づきエピタキシャルウェーハを製造する。
　第２実施形態では、プロセスレシピＢ（ステップＳ１０３）において、層形成室２の上部空間２ａの反応ガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）および／または層形成室２の下部空間２ｂの不活性ガス（Ｈ２ガス）の流量を、プロセスレシピＡにおけるそれらの流量よりもそれぞれに応じた所定量少なくすることによって、ウェーハ外周部の膜厚をプロセスレシピＡによる１枚目のウェーハの外周部の膜厚にほぼ一致させるようにする。また、その際のエピタキシャル成長時間とドーパントガス流量も、反応ガスおよび不活性ガスの流量に応じて決定する。その他の工程は、第１実施形態と同様なので、説明を省略する。
　以上説明したように、本発明の第２実施形態によれば、層形成室２の上部空間２ａに供給される反応ガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）の流量設定に加えて、１枚目のウェーハと略等しいウェーハ外周部の膜厚形状を有する２枚目以降のウェーハを製造するように、層形成室２の下部空間２ｂに供給される不活性ガス（Ｈ２ガス）の流量を設定するようにしたので、さらに品質にバラツキの少ないエピタキシャルウェーハを連続製造することができる。
　次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
（実施例１）
　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。
（比較例１）
　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７は、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６に示す処理フローにより複数レシピを連続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。測定方法およびグラフの縦軸、横軸等の表記は図５と同様である。図５に示した本発明の実施例と比較して、ウェーハの外周部において、クリーニング後の１枚目のウェーハと２枚目から５枚目のウェーハの膜厚形状が大きく異なっている。このため、比較例１によるエピタキシャルウェーハは、品質のバラツキが大きくなり、実用上このような方法は採用できない。
　なお、１枚目のウェーハと２枚目以降のウェーハとの間で、ウェーハ外周部において膜厚形状に差異が生じるのは、ウェーハを載置した状態でウェーハの外周部のさらに外側に位置するサセプタ１０の外周部１０ａが、クリーニングレシピ直後にはシリコンが除去された状態である一方、１回目のエピタキシャル成長処理後は、供給したＳｉＨＣｌ３ガスによりシリコンでコートされるため、局所的にウェーハ外周付近の温度に差異が生じることが原因と推定される。
（比較例２）
　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８によれば、ウェーハの外周部において、クリーニング後の１枚目のウェーハと２枚目から５枚目のウェーハとの膜厚形状が大きく異なっている。例えば、横軸の中心からの距離１４８ｍｍ（ウェーハエッジから２ｍｍだけ中心側の位置）におけるグラフに示された膜厚は、１枚目のウェーハと２枚目以降のウェーハとの間では大きな差が見られる。このため、この比較例２によるエピタキシャルウェーハは、品質のバラツキが大きくなる。なお、上記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の差を、ＲＯＡ２差と呼ぶ。
（実施例２－１）
　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。
　ここで、図９を図８と比較すると、同一の処理レシピで、連続して５枚のウェーハを処理する場合（図８）に比べて、図９の実施例２－１では、層形成室２の上部空間２ａの反応ガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）の流量を異ならせた２つのプロセスレシピＡおよびＢを用いることによって、クリーニング後の１枚目のウェーハと２枚目から５枚目のウェーハとの膜厚形状を、より近づけることができる。
（実施例２－２）
　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。
　表１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た、上記の比較例２および実施例２－１，２－２を含む５つの各試験例について、クリーニングレシピ後、１枚目に処理したエピタキシャルウェーハと２枚目に処理したエピタキシャルウェーハとのＲＯＡ２差を測定した結果を示している。グラフの反応ガス流量差は、層形成室２の上部空間２ａに投入される反応ガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）の１回目の流量に対する２回目の流量の減少量を示す。また、不活性ガス流量差は、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１回目の流量に対する２回目の流量の減少量を示す。また、流量の単位であるｓｌｍ（Standard liter per Minute）とは、０°Ｃ、１気圧状態における流量をＬｉｔｅｒ／Ｍｉｎで換算した値である。これらの試験例のうち、試験例３および５は、本発明の第２実施形態に対応する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１において、試験例１（比較例２）では、１枚目のウェーハと２枚目のウェーハとは、同一条件で処理される。その際のエピタキシャル層の膜厚差を示すＲＯＡ２差は、１１．７ｎｍであった。そこで、試験例２（実施例２－１）のように、２枚目のエピタキシャル成長における反応ガス流量を所定量（表１において２ｓｌｍ）減らすと、ＲＯＡ２差を３．２ｎｍまで小さくすることができる。さらに、試験例３（実施例２－２）のように、不活性ガス流量を所定量（表１において５ｓｌｍ）減らすことによって、ＲＯＡ差を０．９ｎｍにまで減少させることができる。このように、ＲＯＡ２差が０に近くなるように、反応ガス流量差と不活性ガス流量差を決定することができる。なお、既に述べたように、反応ガス流量差と不活性ガス流量差とは、クリーニングレシピ後の１回目のエピタキシャル成長で用いた反応ガス流量には依存しない。これにより、プロセスレシピＡのパラメータに基づき、プロセスレシピＢの反応ガス流量と不活性ガス流量のパラメータを決定することができる。
　なお、本発明は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変更または変形が可能である。たとえば、シリコン反応ガスとしてＳｉＨＣｌ３ガスを使用したが、これに限られず、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４等のガスも使用することができる。また、クリーニングに使用するガスはエピタキシャル成長炉内の壁面やサセプタ等に付着堆積するアモルファスシリコンや塩化シランポリマー等の材料ガスの生成物を還元反応作用により除去できるガスであればよく、純度、除去効率の観点から塩化水素（ＨＣｌ）を使用することが望ましい。また、ドーパントはジボラン（Ｂ２Ｈ６）としたが、これに限られず、ホスフィン（ＰＨ３）等も使用することが可能である。
　また、上述の実施例では、クリーニングとクリーニングとの間に５枚のウェーハを連続製造するものとしたが、連続製造する枚数は、製造されるエピタキシャルウェーハの品質に異常が生じない範囲で設定することできる。品質異常は、主としてエピタキシャル成長炉内に析出するシリコン付着物に起因して発生する。そこで、連続製造可能なエピタキシャルウェーハの所定枚数をあらかじめ実験により求めておき、少なくともこの所定枚数ごとにクリーニングを行うようにすると良い。
　本発明によれば、品質にバラツキのないエピタキシャルウェーハを連続製造することができ、エピタキシャルウェーハの生産性を向上させることができる。
　１　　エピタキシャル成長炉
　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)

  1. 　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
    を含むエピタキシャルウェーハの製造方法。
  2. 　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に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
  3. 　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または２に記載のエピタキシャルウェーハ製造方法。
  4. 　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むことを特徴とする請求項３に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
  5. 　前記第２の制御パラメータに含まれる前記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反応ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
  6. 　前記第２の制御パラメータに含まれる前記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４または５に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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と
    を備え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。
  11. 　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に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  12. 　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または１１に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  13. 　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むことを特徴とする請求項１２に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  14. 　前記第２の制御パラメータに含まれる前記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反応ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項１３に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  15. 　前記第２の制御パラメータに含まれる前記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１３または１４に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
  16. 　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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