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1. (WO2018123347) PROCÉDÉ DE PRODUCTION DE PLAQUETTES DE SILICIUM ÉPITAXIQUES
Document

明 細 書

発明の名称 エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015  

先行技術文献

特許文献

0016  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0017   0018   0019  

課題を解決するための手段

0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026  

発明の効果

0027  

図面の簡単な説明

0028  

発明を実施するための形態

0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056  

実施例

0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068  

産業上の利用可能性

0069  

符号の説明

0070  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法

技術分野

[0001]
 本発明はエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関し、特に、枚葉式エピタキシャル成長処理装置においてプロセスチャンバのクリーニングを都度行うことなく、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繰り返し行うエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。

背景技術

[0002]
 シリコンウェーハ表面にシリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させたエピタキシャルシリコンウェーハは、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)メモリ、パワートランジスタおよび裏面照射型固体撮像素子など、種々の半導体デバイスを作製するためのデバイス基板として用いられている。
[0003]
 一般に、シリコンウェーハへのエピタキシャル成長処理は、枚葉式エピタキシャル成長装置により行われる。図1に一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置を示す。この枚葉式エピタキシャル成長装置は、窒素雰囲気のロードロックチャンバ100、窒素雰囲気の搬送チャンバ200、水素雰囲気のプロセスチャンバ300、および格納容器400を備える。図1を参照して、エピタキシャル成長処理の一連の流れを説明する。
[0004]
 格納容器400と、ロードロックチャンバ100とは、ゲートバルブ50により連結される。ゲートバルブ50を開放して、格納容器400からロードロックチャンバ100へとシリコンウェーハ10が搬出され。ゲートバルブ50は再び閉塞される。そして、ロードロックチャンバ100および搬送チャンバ200間のゲートバルブ150を開放して、ロードロックチャンバ100内からシリコンウェーハ10が搬送装置(図示せず)により取り出される。さらに、当該シリコンウェーハ10は搬送チャンバ200に搬送され、ゲートバルブ150は閉塞される。
[0005]
 次いで、搬送チャンバ200およびプロセスチャンバ300間のゲートバルブ250が開放されると共に、搬送チャンバ200からシリコンウェーハ10が搬送装置によりプロセスチャンバ300に搬送される。そして、シリコンウェーハ10はプロセスチャンバ300内のサセプタ310に載置され、ゲートバルブ250は閉塞される。その後、プロセスチャンバ300内でシリコンウェーハ10に対してエピタキシャル成長処理が行われ、シリコンエピタキシャル層20がシリコンウェーハ10上に形成され、エピタキシャルシリコンウェーハ1が得られる。
[0006]
 作製されたエピタキシャルシリコンウェーハ1は、上述した一連の成長処理とは反対の手順により、搬送チャンバ200を経て、プロセスチャンバ300からロードロックチャンバ100に搬送され、ウェーハ格納容器内に格納される。なお、一般的には、成膜前のシリコンウェーハ10を取り出すためのロードロックチャンバ100および格納容器400とは別に、成膜後のエピタキシャルシリコンウェーハ1を保管するためのロードロックチャンバおよび格納容器が枚葉式エピタキシャル成長装置には設けられる。ただし、図1では、図面の簡略化のため、保管用のロードロックチャンバおよびウェーハ格納容器を図示していない。
[0007]
 例えば特許文献1には、半導体ウェーハを格納する格納容器を内在し該半導体基板の搬入及び搬出を行うロードロックチャンバと、半導体基板の処理を行うプロセスチャンバと、ロードロックチャンバとプロセスチャンバとに各々ゲートバルブを介して連結され、両者の間で半導体基板の移送を行う搬送チャンバとを有する半導体製造装置が開示される。
[0008]
 ここで、エピタキシャル成長処理を行うとき、シリコンエピタキシャル層をシリコンウェーハ表面に形成するためにシリコン堆積が行われる以外にも、プロセスチャンバ内の壁面およびサセプタ等にシリコンが付着堆積する。そこで、エピタキシャル成長処理後にプロセスチャンバ内を塩化水素ガス等により気相エッチングして、付着堆積物のクリーニングを行う。
[0009]
 エピタキシャル成長処理装置によるエピタキシャル成長を行う際の、プロセスチャンバのクリーニングは概ね以下の二方式に分類できる。第一の方式は、エピタキシャル成長処理を行う度に、プロセスチャンバ内のクリーニングを行う方式(以下、本明細書において「シングルデポ処理法」と言う。)である。第二の方式は、プロセスチャンバのクリーニングを都度行うことなく、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繰り返し行う方式(以下、本明細書において「マルチデポ処理法」と言う。)である。
[0010]
 シングルデポ処理法と、マルチデポ処理法との相違について、図2に示すプロセスA,プロセスBの例を用いてさらに説明する。シングルデポ処理法では、図2のプロセスAに示すように、初めにプロセスチャンバのクリーニング処理C1を行った後、格納容器からロードロックチャンバおよび搬送チャンバを経て、1枚目のシリコンウェーハをプロセスチャンバ内に搬入してエピタキシャル成長処理E1を行い、1枚目のシリコンエピタキシャルウェーハを作製する。次いで、作製したシリコンエピタキシャルウェーハを、搬送チャンバを経て、プロセスチャンバから保管用のロードロックチャンバおよび格納容器に順次搬出する。そして、プロセスチャンバのクリーニング処理C2を行った後、2枚目のシリコンウェーハをプロセスチャンバに搬入してエピタキシャル成長処理E2を行い、2枚目のシリコンエピタキシャルウェーハを作製する。このようなクリーニング処理およびエピタキシャル成長処理を順次繰り返すことで、図2のプロセスAの例では、5枚のシリコンエピタキシャルウェーハが作製される。
[0011]
 なお、エピタキシャル成長処理E1,E2,・・・,E5には、昇温、水素ベーク処理、成膜処理、冷却が含まれ、図2のプロセスAではその過程をプロセス温度により示した。プロセスBも同様の意味で符号を用いている。また、クリーニング処理C1,C2,・・・,C6には、昇温プロセス、水素ベークプロセス、気相エッチングプロセス、サセプタへのSiコートプロセス、冷却プロセスが含まれ、エピタキシャル成長処理と同様、図2のプロセスAにクリーニング処理の過程をプロセス温度により示し、プロセスBのクリーニング処理C1’,C2’も同様である。
[0012]
 一方、マルチデポ処理法では、図2のプロセスBに示すように、初めにプロセスチャンバのクリーニング処理C1’を行う。そして、プロセスチャンバにシリコンウェーハを搬入し、エピタキシャル成長処理E1を行ってエピタキシャルシリコンウェーハを作製する。作製したエピタキシャルシリコンウェーハを保管用のロードロックチャンバおよび格納容器に順次搬出するものの、クリーニング処理を行うことなく、次のシリコンウェーハをプロセスチャンバーに搬入する。このように、エピタキシャル成長処理の度にクリーニング処理を行うことなく、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繰り返し行い、所定の処理回数(図2のプロセスBの場合では5回)のエピタキシャル成長処理を行った後、プロセスチャンバのクリーニング処理C2’を行う。(クリーニング処理C2’は、次回のマルチデポ処理を行う際のクリーニングを兼ね得る。)なお、以下、本明細書において、上記所定の処理回数、すなわち、マルチデポ処理法において、クリーニング処理を行うことなくエピタキシャル成長処理を続ける回数のことを「マルチデポ処理回数」と言う。
[0013]
 シングルデポ処理法は、エピタキシャル成長処理を行う度にプロセスチャンバ内のシリコン付着堆積をリセットできるため、マルチデポ処理法に比べて品質の安定性に優れる。これは、前述のとおり、エピタキシャル成長処理を1度行う度に、プロセスチャンバ内にはシリコンの付着堆積が進むからである。
[0014]
 一方、マルチデポ処理法は、図2に例示したプロセスA、プロセスBの経過時間の比較からも分かるように、クリーニング処理の1回当たりの処理時間がシングルデポ処理法よりは長くなる。しかしながら、同じ枚数のエピタキシャルシリコンウェーハを作製するのであれば、シングルデポ処理法よりもマルチデポ処理法の方が全体の処理時間を短縮できることが一般的であるため、マルチデポ処理法は生産性に優れている。そこで、作製するエピタキシャルシリコンウェーハの仕様に応じて両者が使い分けられている。なお、マルチデポ処理法においてクリーニング処理の処理時間がシングルデポ処理法より長くなるのは、マルチデポ処理法を行うと、シングルデポ処理法に比べて、複数回のエピタキシャル成長処理を行った分、シリコンの付着堆積物が増大するためである。
[0015]
 特許文献2には、マルチデポ処理法を行う場合、マルチデポ処理回数が多いと、マルチデポ処理法のプロセス後半においてエピタキシャルシリコンウェーハの裏面に裏面クモリと呼ばれる外観不良が生じやすくなることが記載されている。特許文献2では、プロセスチャンバ内での水素ベーク処理工程における昇温過程を制御することにより、マルチデポ処理法における裏面クモリの発生を防止する。

先行技術文献

特許文献

[0016]
特許文献1 : 特開平11-186363号公報
特許文献2 : 特開2013-123004号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0017]
 ここで、裏面クモリのあるエピタキシャルシリコンウェーハは製品としては不良品扱いとなるため、マルチデポ処理法を用いる場合、上述した裏面クモリが発生しない範囲でマルチデポ処理回数を設定する必要がある。エピタキシャルシリコンウェーハの製造効率を向上させるためには、マルチデポ処理可能な最大処理回数(以下、「最大マルチデポ回数」)を増大させて、当該最大マルチデポ回数だけマルチデポ処理回数を行えば、生産性を向上できるため好ましい。特許文献2に記載の技術により、最大マルチデポ回数を増大させることができるが、改善の余地がある。
[0018]
 まず、マルチデポ処理法では、装置仕様およびエピタキシャル成長条件等の諸条件が変わると、最大マルチデポ回数も変わるため、マルチデポ処理回数を都度検討し、調整する必要があった。想定される最大マルチデポ回数に比べて、マルチデポ処理回数を裏面クモリが発生しない程度に十分少ない回数とすれば、裏面クモリの発生はほぼ確実に回避できるが、それでは生産性が不十分である。
[0019]
 そこで本発明は、プロセスチャンバのクリーニングを都度行うことなく、複数枚のシリコンウェーハに対して枚葉式のエピタキシャル成長処理を繰り返し行う際に、裏面クモリの発生を防止しつつ、生産性に優れたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0020]
 本発明者らは、前記諸目的を達成すべく鋭意検討を行った。プロセスチャンバのクリーニングを都度行うことなく、複数枚のシリコンウェーハに対して枚葉式のエピタキシャル成長処理を繰り返し行う場合、すなわち、マルチデポ処理法を行う場合に、マルチデポ処理法のプロセス初期では裏面クモリが発生せず、プロセス後半で裏面クモリが発生する原因について、本発明者らはまず検討した。ここで、裏面クモリの発生は、シリコンウェーハの裏面において、水素ガスによって還元しきれず残存した自然酸化膜に、ウェーハ裏面に回り込む塩素(Cl)を含むガスと、サセプタ表面のシリコンとが反応してマストランスファーしたり、エッチングしたりすることが原因だと考えられる。
[0021]
 マルチデポ処理法のプロセス中、ロードロックチャンバおよび搬送チャンバのそれぞれは、チャンバ内を窒素雰囲気に保つため、窒素ガスパージにより窒素ガス置換され続ける。しかしながら、ロードロックチャンバから搬送チャンバにシリコンウェーハが搬入される際には、大気由来の残存酸素が搬送チャンバ内に僅かながら流入すると考えられる。さらに、搬送チャンバ内では、シリコンウェーハのベアなシリコン表面に形成される数nm程度の自然酸化膜由来の酸素も存在する。
[0022]
 搬送チャンバは窒素ガス置換され続けるものの、マルチデポ処理法のプロセスが進むにつれて、こうした酸素が搬送チャンバ内で徐々に蓄積して滞留するものと考えられる。例えば、マルチデポ処理法のプロセス後半になればなるほど、搬送チャンバー内表面へ吸着脱離するなどして酸素が蓄積されることが推測される。こうした搬送チャンバ内での酸素蓄積が自然酸化膜の厚みを僅かながらも増大させるなどの影響によって、マルチデポプロセス後半での裏面クモリが発生するのだと本発明者らは考えた。
[0023]
 そこで、本発明者らは、搬送チャンバ内の酸素の排出率に着目して、搬送チャンバ内の窒素ガスによる置換回数を変更したところ、最大マルチデポ回数、すなわち、マルチデポ処理可能な最大処理回数が変化することを確認した。本発明者らがさらに検討を重ねたところ、最大マルチデポ回数は、上記置換回数に大きく依存することを知見し、本発明を完成するに至った。
[0024]
 すなわち、本発明の要旨構成は以下のとおりである。
(1)シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
 第1ロードロックチャンバから、チャンバ内が窒素ガス置換され続ける搬送チャンバに1枚のシリコンウェーハを搬入する第1工程と、
 前記搬送チャンバから、プロセスチャンバに前記1枚のシリコンウェーハを搬入する第2工程と、
 前記プロセスチャンバ内にて前記1枚のシリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する第3工程と、
 前記プロセスチャンバから、前記シリコンエピタキシャル層を形成した前記1枚のシリコンウェーハを前記搬送チャンバへ搬出し、次いで第2ロードロックチャンバへ搬出する第4工程と、
 前記プロセスチャンバを、塩化水素を含むガスで気相エッチングするクリーニング工程と、を含み、
 前記クリーニング工程を、前記第1工程、前記第2工程、前記第3工程および前記第4工程による一連の成長処理を同一条件で所定回数繰り返し行った前後に行い、
 前記一連の成長処理を前記所定回数行う間の前記搬送チャンバ内の窒素ガスの総置換回数と、前記一連の成長処理における最大処理回数との対応関係を予め求め、前記所定回数を前記最大処理回数の範囲内とすることを特徴とする、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
[0025]
(2)前記最大処理回数を、前記エピタキシャルシリコンウェーハへの裏面クモリが発生する閾値回数に基づき定める、前記(1)に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
[0026]
(3)前記対応関係を予め求めるにあたり、前記搬送チャンバにおける窒素ガスパージ流量を変更するとともに、該窒素ガスパージ流量の変更に応じて前記搬送チャンバの排気速度を調整する、前記(1)または(2)に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

発明の効果

[0027]
 本発明によれば、プロセスチャンバのクリーニングを都度行うことなく、複数枚のシリコンウェーハに対して枚葉式のエピタキシャル成長処理を繰り返し行う際に、裏面クモリの発生を防止しつつ、生産性に優れたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0028]
[図1] 一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置の概略を示す模式図である。
[図2] 枚葉式エピタキシャル成長装置のプロセスチャンバのクリーニング方式を説明する図である。
[図3] 実験例1におけるエピタキシャル成長回数と、ヘイズ値との関係を示すグラフである。
[図4] 実験例2における、搬送チャンバ内の総置換回数と、最大マルチデポ回数との関係を示すグラフである。
[図5] 実験例2における搬送チャンバ内の1回あたりの置換回数と、最大マルチデポ回数との関係を示すグラフである。

発明を実施するための形態

[0029]
 以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。なお、図面の簡略化のため、構成の要部のみを模式的に示すこととする。
[0030]
(エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法)
 本実施形態に従うエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。ここで、本実施形態に従う製造方法を説明するにあたり、図1を用いて既述の一般的な枚葉式エピタキシャル装置の符号を参照する。
[0031]
 本実施形態による製造方法は、第1ロードロックチャンバ100から、チャンバ内が窒素ガス置換され続ける搬送チャンバ200に1枚のシリコンウェーハ10を搬入する第1工程と、搬送チャンバ200から、プロセスチャンバ300に前記1枚のシリコンウェーハ10を搬入する第2工程と、プロセスチャンバ300内にて前記1枚のシリコンウェーハ10の表面にシリコンエピタキシャル層20を形成する第3工程と、プロセスチャンバ300から、シリコンエピタキシャル層20を形成した前記1枚のシリコンウェーハ10(すなわち、エピタキシャルシリコンウェーハ1)を搬送チャンバ200へ搬出し、次いで第2ロードロックチャンバ(図示せず)へ搬出する第4工程と、プロセスチャンバ300を、塩化水素を含むガスで気相エッチングするクリーニング工程と、を含む。
[0032]
 そして、図2のステップBを参照して説明したマルチデポ処理法と同様に、前記クリーニング工程を、前記第1工程、前記第2工程、前記第3工程および前記第4工程による一連の成長処理を同一条件で所定回数繰り返し行った前後に行う。ここで、本実施形態では、前記一連の成長処理を前記所定回数行う間の前記搬送チャンバ内の窒素ガスの総置換回数と、前記一連の成長処理における最大処理回数との対応関係を予め求め、前記所定回数を前記最大処理回数の範囲内とする。
[0033]
 以下、上記一連の成長処理を同一条件で所定回数繰り返し行うことを、本実施形態において「マルチデポ処理」と称し、上記所定回数を「マルチデポ処理回数」と称し、上記最大処理回数を「最大マルチデポ回数」と称する。最大マルチデポ回数は、この回数を1回でも超えてマルチデポ処理を行うと、裏面クモリなどの不具合の生ずる回数を意味する。また、マルチデポ処理におけるN回目(ただし、Nは1以上かつ、マルチデポ処理回数以下の整数とする。)のエピタキシャル成長処理を、「Nデポ目の成長処理」と言う。
[0034]
 まず、既述の図1を参照しつつ、本実施形態による製造方法に適用可能な一般的な枚葉式エピタキシャル成長装置を説明する。
[0035]
 枚葉式エピタキシャル成長処理装置は、第1ロードロックチャンバ100と、搬送チャンバ200と、プロセスチャンバ300とを有する。第1ロードロックチャンバ100と、搬送チャンバ200とはゲートバルブ150を介して連結され、搬送チャンバ200とプロセスチャンバ300とはゲートバルブ250を介して連結される。第1ロードロックチャンバ100では窒素ガスによるパージとポンプによる排気が行われ、窒素雰囲気が保たれている。また、搬送チャンバ200では、窒素ガスによるパージと排気が行われ、窒素雰囲気が保たれている。また、プロセスチャンバ300は水素雰囲気が保たれるよう、水素ガスによるパージと排気が行われる。なお、プロセスチャンバ300にはエピタキシャル成長処理用の原料ガスおよびクリーニング処理用のエッチングガスなども導入されるため、これらのガスはガススクラバーに集められる。
[0036]
 一方、第1ロードロックチャンバ100は、シリコンウェーハ10を格納する格納容器400とも、ゲートバルブ50を介して連結される。第1ロードロックチャンバ100は、エピタキシャル成長装置の外部から格納容器400を取り込んだり取り出したりする場合もあるし、格納容器400がFOUPのときは、FOUPより搬出された1枚のシリコンウェーハ10を取り込んだり取り出したりする。図1は、シリコンウェーハ格納容器400がFOUPの場合の模式図であり、図1の例では、ゲートバルブ50を介して、第1ロードロックチャンバ100は格納容器400と連結され、シリコンウェーハ10は図示しないロボット(ファクトリインターフェース:FIなどとも呼ばれる)により格納容器400から1枚ずつ取り出される。ここで、第1ロードロックチャンバ100へ格納容器400または、FOUPからシリコンウェーハ10を取り込むときおよび取り出すときに、ロードロックチャンバ100内に空気が流入する。そのため、第1ロードロックチャンバ100内は不活性ガスである窒素により窒素ガス置換され、窒素雰囲気が保たれる。なお、一般的には、エピタキシャル成膜前のシリコンウェーハ10を取り出すための第1ロードロックチャンバ100および格納容器400とは別に、成膜後のエピタキシャルシリコンウェーハ1を保管するための第2ロードロックチャンバおよび格納容器が枚葉式エピタキシャル成長装置には設けられる。搬送経路が異なる以外は、窒素ガス置換されるなどの点で、第1ロードロックチャンバ100と第2ロードロックチャンバとは同様の機能を有する。
[0037]
 なお、シリコンウェーハの格納容器400には、例えば、SEMIスタンダードで標準化される前述のFOUP(Front Opening Unified Pod)やFOSB(Front Opening Sipping Box)等と呼ばれる半導体ウェーハの搬送用または保管用のシリコンウェーハ格納容器を用いることができる。格納容器400には、例えば25枚のシリコンウェーハ10を格納することができる。
[0038]
 搬送チャンバ200の内部には、シリコンウェーハ10を搬送するウェーハ搬送装置(図示せず)が設置される。搬送チャンバ200も、不活性ガスである窒素により窒素ガス置換され、窒素雰囲気が保たれる。すなわち、図1に示される導入管210から窒素ガスが導入され、排出管220から搬送チャンバ200内のガスが排出される。
[0039]
 成膜前のシリコンウェーハ10をプロセスチャンバ300に搬入する際には、ウェーハ搬送装置により第1ロードロックチャンバ100および搬送チャンバ200の間と、搬送チャンバ200およびプロセスチャンバ300の間とのそれぞれで、シリコンウェーハ10を1枚ずつ搬入する。なお、各チャンバ間でシリコンウェーハ10を搬入する際にゲートバルブ150,250が順次開放され、搬入時以外はゲートバルブ150,250は閉塞される。したがって、第1ロードロックチャンバ100の窒素雰囲気と、プロセスチャンバ300の水素雰囲気とが連通することはない。
[0040]
 プロセスチャンバ300の内部には、シリコンウェーハ10を載置するサセプタ310が設置される。プロセスチャンバ300の内でエピタキシャル成長処理を行うことによりシリコンエピタキシャル層20を形成することができる。
[0041]
 シリコンエピタキシャル層20を成膜した後のシリコンウェーハ10(すなわち、エピタキシャルシリコンウェーハ1)は、上述した搬入時と逆の順序により、保管用の第2ロードロックチャンバおよび格納容器へと搬出されるのが一般的である。
[0042]
 以下、本実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の各工程の詳細を説明する。
[0043]
<第1工程>
 第1工程では、第1ロードロックチャンバ100から、チャンバ内が窒素ガス置換され続ける搬送チャンバ200に1枚のシリコンウェーハ10を搬入する。なお、シリコンウェーハ10を搬入する際には、格納容器400からシリコンウェーハ10が1枚ずつ取り出されるか、あるいは、シリコンウェーハ格納容器400が第1ロードロックチャンバ100に取り込まれるのは前述のとおりである。また、シリコンウェーハ10を搬送チャンバ200内に搬入する際に、ゲートバルブ150が開放され、搬送チャンバ200内の搬送装置によりシリコンウェーハ10は第1ロードロックチャンバ100から搬送チャンバ200内に搬入される。この搬入後、ゲートバルブ150は閉塞される。ゲートバルブ150が開放される時間は通常5~15秒程度であり、他のゲートバルブについても同様である。
[0044]
<第2工程>
 第2工程では、搬送チャンバ200から、プロセスチャンバ300に当該シリコンウェーハ10を搬入する。シリコンウェーハ10を搬入する際に、ゲートバルブ250が開放され、搬入チャンバ200内の搬送装置によりシリコンウェーハ10は搬送チャンバ200からプロセスチャンバ300内に搬入される。この際、搬送装置により、プロセスチャンバ300内のサセプタ310にシリコンウェーハ10を載置することができる。シリコンウェーハ10をプロセスチャンバ300に搬入する際のチャンバ内の温度は、通常650℃以上800℃以下程度である。
[0045]
<第3工程>
 第3工程では、プロセスチャンバ300内にて当該1枚のシリコンウェーハ10の表面にシリコンエピタキシャル層20を形成する。例えば、水素をキャリアガスとして、ジクロロシラン、トリクロロシランなどのソースガスをプロセスチャンバ300内に導入し、使用するソースガスによっても成長温度は異なるが、1000~1200℃の範囲の温度でのCVD法によりシリコンウェーハ10上にエピタキシャル成長させることができる。こうして、エピタキシャルシリコンウェーハ1を作製することができる。
[0046]
<第4工程>
 第4工程では、プロセスチャンバ300から、シリコンエピタキシャル層20を形成した前記1枚のシリコンウェーハ10(すなわち、エピタキシャルシリコンウェーハ1)を搬送チャンバ200へ搬出し、次いで第2ロードロックチャンバ(図示せず)へ搬出する。すなわち、作製したエピタキシャルシリコンウェーハ1は、上述した第1工程および第2工程とは反対の順序により、搬送チャンバ200を経て、プロセスチャンバ300からロードロックチャンバに搬送して、保管用の格納容器内に格納する。
[0047]
 このように、第1工程、第2工程、第3工程および第4工程による一連の成長処理により、枚葉式エピタキシャル成長装置を用いて、1枚のエピタキシャルシリコンウェーハ1を作製することができる。形成するシリコンエピタキシャル層20の厚みにも依るが、一般的には、この一連の成長処理を1回行うにあたり、約3~5分程度を要する。
[0048]
<クリーニング工程>
 クリーニング工程では、プロセスチャンバ300を、塩化水素を含むガスで気相エッチングする。気相エッチングを行う時間は、マルチデポ処理回数に応じて適宜設定することができる。より具体的には、プロセスチャンバ300の内部を所定の温度にまで加熱して、塩化水素を含むガスを流通させ、エピタキシャル成長を経てプロセスチャンバ300の内部に付着堆積したシリコンを気相エッチングする。例えば、プロセスチャンバ300の内部を900℃以上1200℃以下程度とし、塩化水素を含むガスを10秒以上1500秒以下で流通させればよい。
[0049]
 本実施形態では、いわゆるマルチデポ処理法、すなわち、プロセスチャンバ300のクリーニングを都度行うことなく、複数枚のシリコンウェーハ10に対してエピタキシャル成長処理を所定回数(マルチデポ処理回数)だけ繰り返し行うものである。そこで、本実施形態では、上述のクリーニング工程を、第1工程、第2工程、第3工程および第4工程による一連の成長処理を同一条件で所定回数(マルチデポ処理回数)行った前後に行うものとする。
[0050]
<所定回数(マルチデポ処理回数)の規定>
 ここで、本実施形態では、上述の前記一連の成長処理を前記所定回数行う間の搬送チャンバ200内の窒素ガスの総置換回数(以下、「総置換回数」)と、一連の成長処理における最大処理回数(最大マルチデポ回数)との対応関係を予め求め、所定回数(マルチデポ処理回数)を最大処理回数の範囲内とする。
[0051]
 実施例において詳細を後述するが、本発明者らが検討したところ、最大マルチデポ回数は、総置換回数に大きく依存することを知見した。そして、マルチデポ処理回数を最大マルチデポ回数の範囲内とすれば、エピタキシャルシリコンウェーハ30に、裏面クモリが発生しないことが本発明者らにより確認された。このことは、厚み等のエピタキシャル成長条件を変えた場合にも有効である。
[0052]
 なお、総置換回数は、以下のとおりに定義することができる。この定義は搬送チャンバ200の容積分だけ窒素ガスが導入されると、搬送チャンバ200内のガスが全て入れ替わるとする仮定に基づく。まず、一連の成長処理1回あたりの置換回数(「1デポあたりの置換回数」)は以下の式[1]のとおりとなる。
[数1]


 したがって、マルチデポ処理回数を経た後の、搬送チャンバ200の窒素ガスによる総置換回数は、以下の式[2]のとおりとなる。
[数2]


[0053]
 ここで、総置換回数と、最大マルチデポ回数との対応関係を予め求めるためには、例えば以下のようにすればよい。まず、本実施形態に従うエピタキシャルシリコンウェーハの製造に用いるシリコンウェーハ10と同種のシリコンウェーハを用意する。以下、この同種のシリコンウェーハを試験用シリコンウェーハと称する。試験用ウェーハを用いて、第1の条件によりマルチデポ処理を行ってエピタキシャルシリコンウェーハを作製する。さらに、第1の条件から、搬送チャンバへの窒素のパージ流量のみを変更した第2の条件によりマルチデポ処理を行ってエピタキシャルシリコンウェーハを作製する。それぞれの条件で作製したエピタキシャルシリコンウェーハの裏面クモリの有無を観察し、何デポ目で裏面クモリが発生するかの閾値回数を確認し、得られた閾値に基づき検量線を求めることができる。観察に替えて、作製したエピタキシャルシリコンウェーハの面粗さの指標であるヘイズ値を測定することも好ましい。ヘイズ値は、例えばKLA-Tencor社製SP-1のパーティクルカウンターを用い、DWNモードで測定することにより得られる。
[0054]
 こうして得られる検量線の一例を、実施例において後述する図4,5に示す。最大マルチデポ回数を増加させるためには、窒素ガスによる総置換回数を加速度的に増加させる必要があることが確認された。この事実は、1デポあたりの置換回数を多くする必要があると換言することもできる。
[0055]
 なお、上記対応関係を予め求めるにあたり、搬送チャンバ200における窒素ガスパージ流量を変更するとともに、該窒素ガスパージ流量の変更に応じて搬送チャンバ200の排気速度を調整することが好ましい。搬送チャンバ200と、プロセスチャンバ300との圧力バランスを維持するためである。
[0056]
 窒素ガスパージ流量を増大させるためには、窒素ガスの流入側である導入管210で、窒素ガスの圧力や流量を増加させればよい。具体的には、フィルター圧損を少なくしたり、導入路の増加等を行えばよい。
実施例
[0057]
 次に、本発明の効果をさらに明確にするため、以下の実施例を挙げるが、本発明は以下の実施例に何ら制限されるものではない。
[0058]
(実験例1)
 まず、マルチデポ処理のプロセス前半と、プロセス後半での裏面クモリの発生状況の相違を確認するため、以下の実験を行った。
[0059]
 図1に示したエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従って、マルチデポ処理法によりシリコンエピタキシャルウェーハを製造した。なお、シリコンエピタキシャルウェーハの基板としては、ボロンドープされた直径300mmのシリコンウェーハ10を用いた。
[0060]
<条件1>
 第1ロードロックチャンバ100からシリコンウェーハ10をプロセスチャンバ300内に搬入し、水素ベークを行った後、1130℃にて、シリコンのエピタキシャル膜を2μm成長させてエピタキシャルシリコンウェーハ1を作製し、これを第2ロードロックチャンバまで搬出する一連の成長処理を行った。この一連の成長処理を15デポ目まで繰り返した。搬出および搬入に要する搬送時間および成長処理時間を含めて、1デポあたり200秒であった。なお、原料ソースガスとしてはトリクロロシランガスを用い、また、ドーパントガスとしてジボランガス、キャリアガスとして水素ガスを用いている。
[0061]
<条件2>
 搬送チャンバ200における窒素ガスのパージ流量を、条件1から18%増大させた以外は、条件1と同様にして、マルチデポ処理法により15デポ目まで繰り返してエピタキシャルシリコンウェーハを作製した。なお、パージ流量の増大に併せて搬送チャンバの圧力を調整し、搬送チャンバ200とプロセスチャンバ300との圧力バランスを条件1と同程度に保った。
[0062]
 条件1、条件2のそれぞれで作製したエピタキシャルシリコンウェーハの裏面を、KLA-Tencor社製SP-1のパーティクルカウンターを用い、DWNモードで測定してヘイズ値を測定した。結果を図3のグラフに示す。
[0063]
 条件1では、8デポ目までは裏面クモリが集光下で確認されず、9デポ目から裏面クモリが確認された。したがって、条件1での最大マルチデポ回数は8回である。なお、条件1における、8デポ目までの搬送チャンバ内の窒素パージによる総置換回数は9.2回(1デポあたり、約1.2回の置換)と計算することができる。
[0064]
 一方、条件2では、10デポ目までは裏面クモリが集光下で確認されず、11デポ目から裏面クモリが確認された。したがって、条件2での最大マルチデポ回数は10回である。また、最大マルチデポ回数を超えてマルチデポ処理を続けると、ヘイズ値が急上昇することも確認された。なお、条件2における、10デポ目までの搬送チャンバ内の窒素パージによる総置換回数は13.7回(1デポあたり、約1.4回の置換)と計算することができる。
[0065]
(実験例2)
 実験例1と同様にして、搬送チャンバ200における窒素ガスのパージ流量を変更しつつ、搬送チャンバ内の窒素パージによる総置換回数と、最大マルチデポ回数との関係を求めた。結果を図4に示す。図4に基づき、総置換回数に応じてマルチデポ処理数を設定することにより、裏面クモリの発生を防止することができることが確認できた。
[0066]
 また、最大マルチデポ回数を増大させるためには、搬送チャンバ内の窒素パージによる総置換回数を急速に増大させる必要があることも確認できた。これは、搬送チャンバ内の窒素パージによる置換が多いほど、酸素の影響を抑制することができると考えられるものの、窒素パージによって搬送チャンバ内から酸素が単純に排出されるわけではないからである。すなわち、マルチデポプロセスのプロセス後半になると、搬送チャンバ内表面への酸素成分の吸着が飽和し、搬送チャンバ内表面からの酸素の脱離が突然優勢となるものと考えられる。そのため、裏面クモリと置換回数との相関が急速に変化したと推測される。
[0067]
 以上のとおり、搬送チャンバにおいてマルチデポ処理回数だけ行う場合の窒素ガスによる総置換回数と、最大マルチデポ回数との対応関係を予め求め、この対応関係に基づき、マルチデポ処理回数を設定すれば、マルチデポ処理法において、プロセス後半における裏面クモリの発生を防止することができ、生産性を高めることができる。
[0068]
 さらに、図4のグラフから導出される、最大マルチデポ回数と、1回あたりの搬送チャンバの置換回数との関係を図5のグラフに示す。1回あたりの搬送チャンバの置換回数に基づき、最大マルチデポ回数を設定すれば、マルチデポ処理のプロセス後半における裏面クモリの発生を防止することができる。また、反対に、目標とする最大マルチデポ回数に応じて、1回あたりの搬送チャンバの置換回数(すなわち、搬送チャンバにおける窒素ガスのパージ流量)を調整すれば、やはりプロセス後半における裏面クモリの発生を防止することもできる。

産業上の利用可能性

[0069]
 本発明によれば、プロセスチャンバのクリーニングを都度行うことなく、複数枚のシリコンウェーハに対して枚葉式のエピタキシャル成長処理を連続して行う際に、裏面クモリの発生を防止しつつ、生産性に優れたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

符号の説明

[0070]
   1   エピタキシャルシリコンウェーハ
  10   シリコンウェーハ
  20   シリコンエピタキシャル層
  50   ゲートバルブ
 100   (第1)ロードロックチャンバ
 150   ゲートバルブ
 200   搬送チャンバ
 210   導入管
 220   排出管
 250   ゲートバルブ
 300   プロセスチャンバ
 310   サセプタ
 400   格納容器

請求の範囲

[請求項1]
 シリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層をエピタキシャル成長させるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
 第1ロードロックチャンバから、チャンバ内が窒素ガス置換され続ける搬送チャンバに1枚のシリコンウェーハを搬入する第1工程と、
 前記搬送チャンバから、プロセスチャンバに前記1枚のシリコンウェーハを搬入する第2工程と、
 前記プロセスチャンバ内にて前記1枚のシリコンウェーハの表面にシリコンエピタキシャル層を形成する第3工程と、
 前記プロセスチャンバから、前記シリコンエピタキシャル層を形成した前記1枚のシリコンウェーハを前記搬送チャンバへ搬出し、次いで第2ロードロックチャンバへ搬出する第4工程と、
 前記プロセスチャンバを、塩化水素を含むガスで気相エッチングするクリーニング工程と、を含み、
 前記クリーニング工程を、前記第1工程、前記第2工程、前記第3工程および前記第4工程による一連の成長処理を同一条件で所定回数繰り返し行った前後に行い、
 前記一連の成長処理を前記所定回数行う間の前記搬送チャンバ内の窒素ガスの総置換回数と、前記一連の成長処理における最大処理回数との対応関係を予め求め、前記所定回数を前記最大処理回数の範囲内とすることを特徴とする、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
[請求項2]
 前記最大処理回数を、前記エピタキシャルシリコンウェーハへの裏面クモリが発生する閾値回数に基づき定める、請求項1に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
[請求項3]
 前記対応関係を予め求めるにあたり、前記搬送チャンバにおける窒素ガスパージ流量を変更するとともに、該窒素ガスパージ流量の変更に応じて前記搬送チャンバの排気速度を調整する、請求項1または2に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]