(57)【要約】【課題】シリコンウェーハ昇温時のオーバーシュートを抑制し、エピタキシャルウェーハの品質を改善させるエピタキシャルウェーハ製造装置を提供する。【解決手段】少なくとも、透明材料からなる反応容器と、反応容器内にシリコンウェーハを載置するために水平に支持された回転式のサセプタと、反応容器内に反応ガスを供給する気相成長用ガス導入管と、反応容器内から反応ガスを排気する排気管と、反応容器の外側の上方及び下方にそれぞれ複数の加熱ランプを設置した加熱装置と、加熱装置を制御する温度調整器と、温度調整器の温度センサーである熱電対を１つ備え、熱電対の測温部がサセプタ裏面の中央１箇所に設置され、熱電対で測定された温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御するものであり、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することができるものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造装置。【選択図】図１
2010098170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造する装置において、少なくとも、反応容器と、該反応容器内にシリコンウェーハを載置するために水平に支持された回転式のサセプタと、前記反応容器内に反応ガスを供給する気相成長用ガス導入管と、前記反応容器内から前記反応ガスを排気する排気管と、前記反応容器の外側の上方及び下方にそれぞれ複数の加熱ランプを設置した加熱装置と、該加熱装置を制御する温度調整器と、該温度調整器の温度センサーである熱電対を１つ備え、前記熱電対の測温部が前記サセプタ裏面の中央１箇所に設置され、前記熱電対で測定された温度を１つの前記温度調整器を用いて監視して温度制御するものであり、前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することができるものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造装置。
【請求項２】
前記加熱装置の上方の複数の加熱ランプ内の出力比、前記加熱装置の下方の複数の加熱ランプ内の出力比を変更することができるものであ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製造装置。
【請求項３】
シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造する方法において、予め前記シリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートが所定の範囲内に収まる前記シリコンウェーハを加熱するための加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比と、前記シリコンウェーハの下面の温度と前記シリコンウェーハを載置するサセプタ上面の温度が同一となる前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比とを求めて、前記求めたオーバーシュートが所定の範囲内に収まる出力比で、前記シリコンウェーハの温度を昇温させ、その後、前記求めたシリコンウェーハの下面とサセプタ上面の温度が同一となる出力比に変更して、シリコンエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記シリコンウェーハの温度を前記サセプタ裏面の中央１箇所に測温部が設置された１つの熱電対を用いて測定し、該測定した温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御をする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。
【請求項５】
前記オーバーシュートの範囲を５℃以内とすることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記シリコンウェーハの温度を昇温する時の前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比は、前記シリコンエピタキシャル層の成長時の前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比に対して、上方の加熱ランプの出力を０〜１５％減少し、下方の加熱ランプの出力を０〜１５％増加することを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記シリコンウェーハの温度を昇温する時の昇温速度を８℃／ｓｅｃ以上としたとき、前記サセプタが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートを３℃以内とし、前記シリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートを５℃以内とすることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関し、詳しくは、加熱装置の出力および温度制御方法を改良したエピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させて、エピタキシャルウェーハを製造する方法が知られている。
このようなエピタキシャルウェーハの製造は、反応容器内に配置したシリコンウェーハを加熱しながらシリコンウェーハの主表面上にシリコン原料ガスを供給して、シリコンエピタキシャル層を気相成長させることにより行う。そして、その製造に用いる反応炉は、近年のウェーハ大口径化と共に、１枚毎に処理を行う枚葉式の反応炉が主流となってきた。この枚葉式の反応炉では、ハロゲンランプを用いてサセプタの上下両側から赤外光を照射することにより加熱を行う。この場合、上下のランプの出力比は、シリコンウェーハとサセプタとの間に温度差を生じる原因となるため、ウェーハの品質に影響する。
【０００３】
すなわち、シリコンウェーハとサセプタ間に温度差があると、シリコンウェーハとサセプタの接触のバラツキにより、シリコンウェーハ面内の温度分布の均一性が悪化し、エピタキシャル層の膜厚分布が悪化する。
また、シリコンウェーハの裏面に原料ガス中のシリコンが堆積して、露光不良を発生させることがある。このときのシリコンの堆積量は、シリコンウェーハ温度がサセプタよりも低くなるほど増加することが知られている。そして、この堆積はシリコンウェーハ全面にわたり均一な厚さであることが望ましく、また、堆積厚さを均一にするためには、シリコンウェーハとサセプタとの温度差はシリコン基板全面にわたり均一であることが望ましい。
【０００４】
さらに、上下のランプの出力比を固定にしても、ランプの特性や反射板の劣化による反射率の低下等の影響により、シリコンウェーハとサセプタの温度差は変化する。そのため、同一機種の反応炉について、ランプの出力を同じ条件としても、スリップ転位やウェーハ裏面へのシリコンの堆積量という品質に号機による差が発生する。しかし、定量的かつ簡便にウェーハ全面に亘りウェーハとサセプタの温度差を計測する手段がなかったため、号機による差を調整することが難しかった。そこで、ウェーハとサセプタとの温度差をウェーハ面内全面に亘り定量評価する手段が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
また、枚葉式の反応炉におけるシリコンウェーハ温度のモニタリングの方法としては、放射温度計を用いてウェーハ表面温度を直接検出する方法と、サセプタの裏面側から熱電対を挿入し、ウェーハの温度を間接的に検出する方法の２つがある。
放射温度計を用いた場合は、ウェーハを直接モニタリングするため、応答性が良いという特徴があるが、石英チャンバーの外側から検出しているため、石英窓が副生成物で汚れてきたときには検出温度がずれてしまうことや、ハロゲンランプ光の影響を受けやすいというように、絶対温度に対する信頼性が低いという欠点もある。例えば、新品の石英を取り付けた直後と、ランニングした後では１０℃以上の温度ズレが発生してしまう。
【０００６】
一方、熱電対を用いた場合は、ランプ光の影響や石英チャンバーの汚れといった影響を受けないため、検出温度が安定しているという利点がある。しかし、ウェーハの温度を間接的に検出するため、ウェーハに対する検出温度の追従性があまり良くないという欠点もある。
特に温度追従性は、上下のランプの出力比に影響されやすい。これは、上側のランプ出力を強くしていくと熱電対よりもウェーハの温度が早く上昇して、熱電対の見かけの昇温速度が下がってしまう。その結果、ウェーハ自体のオーバーシュート量が極端に大きくなり、昇温速度の低下、オーバーシュートによるスリップ転位の発生、オートドープ量の増大といった品質の問題が発生してしまう。そのため、熱電対を用いた方式では、下側のランプの出力を上側のランプの出力よりも強くすることが必要であるが、その場合、気相成長時にはシリコンウェーハとサセプタ間の温度差がない上下のランプの出力比を得ることが難しかった。なお、ここでオーバーシュートとは目標値を行き過ぎることであり、オーバーシュート量とはその行き過ぎた量を示し、ここでは行き過ぎた温度のことである。
【０００７】
【特許文献１】特願２００７−２０３０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、シリコンウェーハ昇温時のオーバーシュートを抑制し、エピタキシャルウェーハの品質を改善させるエピタキシャルウェーハ製造装置及びエピタキシャル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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明では、シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造する装置において、少なくとも、反応容器と、該反応容器内にシリコンウェーハを載置するために水平に支持された回転式のサセプタと、前記反応容器内に反応ガスを供給する気相成長用ガス導入管と、前記反応容器内から前記反応ガスを排気する排気管と、前記反応容器の外側の上方及び下方にそれぞれ複数の加熱ランプを設置した加熱装置と、該加熱装置を制御する温度調整器と、該温度調整器の温度センサーである熱電対を１つ備え、前記熱電対の測温部が前記サセプタ裏面の中央１箇所に設置され、前記熱電対で測定された温度を１つの前記温度調整器を用いて監視して温度制御するものであり、前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することができるものであることを特徴とするエピタキシャルウェーハ製造装置を提供する（請求項１）。
【００１０】
このように、熱電対で測定された温度を温度調整器を用いて監視するものであることで、反応容器の汚れやランプ光の影響を受けずに、安定して絶対温度を監視することができる装置とすることができる。
【００１１】
また、１つの熱電対の測温部がサセプタ裏面の中央１箇所に設置され、その熱電対で測定された温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御するものであることで、複数の温度センサー及び複数の温度調整器を用いる場合に発生する相互干渉の影響を受けることがなく、温度制御を簡単にすることができる。そのため、温度制御の応答性が改善され、サセプタやシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００１２】
さらに、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することができるものであることで、シリコンウェーハ昇温時に設定した出力比を、シリコンエピタキシャル層の成長時にはシリコンウェーハとサセプタの温度が同じになるような出力比に、変更することができるため、シリコンウェーハ昇温時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止し、かつエピタキシャル膜厚の均一性を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００１３】
この場合、前記加熱装置の上方の複数の加熱ランプ内の出力比、前記加熱装置の下方の複数の加熱ランプ内の出力比を変更することができるものであることが好ましい（請求項２）。
このことにより、シリコンウェーハ平面内の温度を均一にするように、加熱装置のそれぞれの加熱ランプの出力を設定することができ、スリップ転位の発生をより防止してエピタキシャル膜厚の均一性を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００１４】
また、本発明では、シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルウェーハを製造する方法において、予め前記シリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートが所定の範囲内に収まる前記シリコンウェーハを加熱するための加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比と、前記シリコンウェーハの下面の温度と前記シリコンウェーハを載置するサセプタ上面の温度が同一となる前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比とを求めて、前記求めたオーバーシュートが所定の範囲内に収まる出力比で、前記シリコンウェーハの温度を昇温させ、その後、前記求めたシリコンウェーハの下面とサセプタ上面の温度が同一となる出力比に変更して、シリコンエピタキシャル層を気相成長させることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する（請求項３）。
【００１５】
このように、予めシリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートが所定の範囲内に収まる加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を求めて、その求めた出力比で、シリコンウェーハの温度を昇温させることで、実際の製造工程において、シリコンウェーハのオーバーシュートを所定の範囲内に収めることができ、また、オーバーシュートを抑制して、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００１６】
また、予めシリコンウェーハの下面の温度とシリコンウェーハを載置するサセプタ上面の温度が同一となる加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を求めて、その求めた出力比で、シリコンエピタキシャル層を気相成長させることで、エピタキシャル膜厚の均一性を改善し、シリコンウェーハの裏面にシリコンが堆積することを防止することができる。
【００１７】
さらに、シリコンウェーハの温度を昇温する時の出力比と、シリコンエピタキシャル層の成長時の出力比とを予め求めることで、反応炉の号機ごとの出力比を事前に把握して、それぞれの号機をその出力比に設定してエピタキシャルウェーハを製造することができるため、号機の違いによる品質のバラツキを防止することができる。また、予め求めた出力比になるように、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することで、シリコンウェーハ昇温時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００１８】
この場合、前記シリコンウェーハの温度を前記サセプタ裏面の中央１箇所に測温部が設置された１つの熱電対を用いて測定し、該測定した温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御をすることが好ましい（請求項４）。
このように、シリコンウェーハの温度をサセプタ裏面の中央１箇所に測温部が設置された熱電対を用いて測定し、監視することで反応容器の汚れやランプ光の影響を受けずに、安定して絶対温度を監視することができる。
【００１９】
また、１つの熱電対を用いて測定した温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御をすることで、複数の温度センサー及び複数の温度調整器を用いる場合に発生する相互干渉の影響を受けることがなく、温度制御を簡単にすることができる。そのため、温度制御の応答性が改善され、サセプタやシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００２０】
また、前記オーバーシュートの範囲を５℃以内とすることが好ましい（請求項５）。
このような範囲にシリコンウェーハのオーバーシュートを収めることで、スリップ転位の発生を防止して、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００２１】
また、前記シリコンウェーハの温度を昇温する時の前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比は、前記シリコンエピタキシャル層の成長時の前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比に対して、上方の加熱ランプの出力を０〜１５％減少し、下方の加熱ランプの出力を０〜１５％増加することが好ましい（請求項６）。
このような加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比にすることで、シリコンエピタキシャル層の成長時に理想的な出力比に設定することができ、また、シリコンウェーハに対する熱電対の温度追従性を改善して、シリコンウェーハの温度を昇温する時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができる。そのため、スリップ転位の発生を防止して、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００２２】
この場合、前記シリコンウェーハの温度を昇温する時の昇温速度を８℃／ｓｅｃ以上としたとき、前記サセプタが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートを３℃以内とし、前記シリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートを５℃以内とすることが好ましい（請求項７）。
このような昇温速度とすることで、スループットの低下を防止して、生産性を向上することができる。また、このような範囲にそれぞれのオーバーシュートを収めることで、スリップ転位の発生を防止して、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置は、１つの熱電対の測温部がサセプタ裏面の中央１箇所に設置され、その熱電対で測定された温度を１つの前記温度調整器を用いて監視して温度制御するものである。これによって、反応容器の汚れやランプ光の影響を受けずに、安定して絶対温度を監視することができ、また、複数の温度センサー及び複数の温度調整器を用いる場合に発生する相互干渉の影響を受けることがなく、温度制御を簡単にすることができる。そのため、温度制御の応答性が改善され、オーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、エピタキシャルウェーハの品質を改善するためには、シリコンウェーハとサセプタ間の温度差がない上下のランプの出力比が必要とされているが、熱電対を用いてシリコンウェーハの温度を監視する場合には、シリコンウェーハとサセプタ間の温度差がない上下のランプの出力比を得ることは難しかった。
【００２５】
ここで、図４は従来のエピタキシャルウェーハ製造装置におけるシリコンウェーハを昇温させたときのシリコンウェーハの中心部の温度とサセプタ裏面中心部の温度を示したグラフである。このときの昇温範囲は、６００℃から１１００℃までである。図４より、シリコンウェーハの中心部は４１℃のオーバーシュートであり、サセプタ裏面中心部は２０℃のオーバーシュートであることがわかる。このことから、シリコンウェーハとサセプタの温度に対する応答性には違いがあり、シリコンウェーハとサセプタ間の温度を同一にするように制御することはできないことがわかった。
【００２６】
そこで、本発明者らは、複数の熱電対と複数の温度調整器を用いた場合には、シリコンウェーハとサセプタ間の温度を同一にするように制御することはできないことから、熱電対を用いた温度制御方法を変更することに想到し、１つの熱電対と１つの温度調整器を用いて制御することを試みた。
【００２７】
ここで、図５は従来のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法を示した図である。
まず、棒状のハロゲンランプがサセプタの上側に９本、下側に８本、それぞれ平行に配列され、４本のスポットランプがサセプタの裏面中心部に同心円状に配置されている。各ランプは１０グループに分けられ、それぞれのグループに対して１つのＳＣＲ（サイリスタ）が接続されている。さらに、ＳＣＲは４つのグループに大別され、それぞれのグループをセンター、フロント、サイド、リアーの温度調整器で制御し、この温度調整器にはシリコンウェーハの温度を監視するための温度センサーとして熱電対が設置されている。そして、センターの温度調整器用の熱電対がサセプタ裏面中心に設置されており、その熱電対の温度がシリコンウェーハの温度の代表値となる。また、フロント、サイド、リアーの温度調整器用の熱電対がシリコンウェーハ外周部の温度を監視することにより、シリコンウェーハ面内の温度均一性を保つように温度制御が行われる。
【００２８】
さらに、図６は従来のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法を改良したものを示した図である。この温度制御方法は、従来と異なり、１つの熱電対と１つの温度調整器を用いて温度制御している。
【００２９】
ここで、表１に熱電対でサセプタの温度を測定したときのオーバーシュートを比較した結果を示す。
【００３０】
【表１】
2010098170.tif 000003
【００３１】
１つの熱電対と１つの温度調整器を用いて温度制御をした場合、サセプタのオーバーシュートが２℃であったが、４つの熱電対と４つの温度調整器を用いて温度制御をした場合に、１つの熱電対と１つの温度調整器の場合と同じ昇温速度（８℃／ｓｅｃ）としたときのサセプタのオーバーシュートは、１４℃であった。また、４つの熱電対と４つの温度調整器の場合には、昇温速度を下げた場合（４℃／ｓｅｃ）であっても、１つの熱電対と１つの温度調整器の場合よりもサセプタのオーバーシュートは大きかった。
このように、１つの熱電対と１つの温度調整器を用いて温度制御をした場合は、サセプタのオーバーシュートを抑制することができることがわかった。
【００３２】
次に、１つの熱電対と１つの温度調整器を用いることで、サセプタのオーバーシュートだけでなく、シリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができるかについても実験を行ったが、図６に示すような従来の温度制御方法に改良を加えたものでは、シリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができず、シリコンウェーハとサセプタ間の温度を同一にするように制御することはできないことがわかった。
【００３３】
そこで、本発明者らは、シリコンエピタキシャル層の成長時に、シリコンウェーハとサセプタ間の温度を同一にするためには、シリコンウェーハを昇温した後に、シリコンウェーハとサセプタ間の温度を同一になるように加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することに想到し、ランプの出力比を変更することができるように温度制御方法を変更することを試みた。
【００３４】
ここで、図２は本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法を示した図である。
図２の本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法は、図５の従来の制御方法と同じように、棒状のハロゲンランプがサセプタの上側に９本、下側に８本、それぞれ平行に配列され、４本のスポットランプがサセプタの裏面中心部に同心円状に配置されている。各ランプは１０グループに分けられ、それぞれのグループに対して１つのＳＣＲ（サイリスタ）が接続されている。そして、従来の制御方法から改良を加えた図６の制御方法と同じように、全てのＳＣＲを１つの温度調整器で制御し、この温度調整器には、シリコンウェーハの温度を監視するために温度センサーとして熱電対が１つ設置されている。この熱電対の測温部は、サセプタ裏面中心に設置されている。また、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を調整するための可変抵抗と温度調整器との間に分圧用のオペアンプが追加されている。このオペアンプが追加されたことで、エピタキシャルウェーハの製造工程の途中で容易に上下のランプの出力比及び面内分布を変更することができる。
【００３５】
このように、図２のような温度制御方法を用いることで、サセプタのオーバーシュートを抑制するとともに、シリコンウェーハのオーバーシュートも抑制することができ、シリコンウェーハとサセプタ間の温度を同一にするように制御することができることがわかった。
【００３６】
また、シリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することで、スリップ転位の発生やオートドープを改善して、エピタキシャルウェーハの品質を改善することができることがわかった。
【００３７】
本発明は、上記の発見および知見に基づいて完成されたものであり、以下、本発明について図面を参照しながらさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１は本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置の断面構成例を模式的に示す図である。
【００３８】
このエピタキシャルウェーハ製造装置１１は、透明石英からなる反応容器１２と、反応容器１２の内部にシリコンウェーハＷを載置するために水平に支持された回転式のサセプタ１３を備えている。
このサセプタ１３は、黒鉛基材を炭化珪素の被膜でコーティングしたものを用いて略円板状に形成されている。そして、その主表面上には、シリコンウェーハＷを位置決めするための略円形状の窪み部であるザグリ１３ａが形成されている。
【００３９】
また、反応容器１２には、反応ガスを反応容器内のシリコンウェーハＷの主表面上に供給する気相成長用ガス導入管１４と、パージガスを反応容器内のサセプタの下側の領域に供給するパージガス導入管１５が設けられている。さらに、気相成長用ガス導入管１４及びパージガス導入管１５と反対側には、反応容器内のガス（気相成長用ガス及びパージガス）を排気する排気管１６が設けられている。
【００４０】
また、反応容器１２の外側の上方及び下方にそれぞれ複数の加熱ランプ１７ａ、１７ｂを設置した加熱装置１７が設けられている。そして、加熱ランプ１７ａ、１７ｂの出力を調整して加熱装置１７を制御する温度調整器１９が反応容器１２の外側に設置されていて、この温度調整器１つを用いて、複数の加熱ランプ１７ａ、１７ｂの出力を調整して、図２のように温度制御する。この複数の加熱ランプ１７ａ、１７ｂの出力は、それぞれ個別に調整することができ、さらに、一度設定した出力値を後から変更することができる。そのため、加熱装置１７の上方の加熱ランプ１７ａと下方の加熱ランプ１７ｂの出力比を製造過程の途中で変更することができる。
【００４１】
さらに、この温度調整器１９には、シリコンウェーハＷの温度を測定するために温度センサーとして熱電対１８が１つ設置されていて、この熱電対の測温部１８ａがサセプタ１３の裏面中央１箇所に設置されている。そして、温度調整器１９を用いて、熱電対１８で測定された温度を監視し、加熱装置１７を制御している。
【００４２】
このように、熱電対で測定された温度を温度調整器を用いて監視するものであることで、放射温度計を用いて測定された温度を監視する場合と異なり、反応容器の石英窓が副生成物で汚れることによって測定温度がずれてしまうこと、例えば、新品の石英を取り付けた直後と、ランニングした後では１０℃以上のズレが発生することや、ランプ光の影響を受けるということがなく、安定して絶対温度を監視することができる装置とすることができる。
【００４３】
また、１つの熱電対の測温部がサセプタ裏面の中央１箇所に設置され、その熱電対で測定された温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御するものであることで、ウェーハの大口径化に対応するためにウェーハ面内の温度均一化を図ることを目的として、複数の温度センサー及び複数の温度調整器を用いる場合に発生している温度センサー及び温度調整器の相互干渉の影響を受けることがなく、温度制御を簡単にすることができる。そして、複数の温度センサー及び複数の温度調整器を用いる場合と異なり、相互干渉の影響を受けて応答性が悪化し、サセプタやシリコンウェーハのオーバーシュートが大きくなるということがない。そのため、温度制御の応答性が改善され、オーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００４４】
さらに、上記製造装置は、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することができるものであることで、一度シリコンウェーハ昇温時に設定した出力比を、シリコンエピタキシャル層の成長時には、シリコンウェーハとサセプタの温度が同じになるような出力比に、後から変更することができるため、それぞれ適切な出力比を選択することで、シリコンウェーハ昇温時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができる。そのため、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００４５】
また、本発明の製造装置では、加熱装置の上方の複数の加熱ランプ内の出力比、加熱装置の下方の複数の加熱ランプ内の出力比を変更することができるものであることが好ましい。
このことにより、シリコンウェーハ平面内の温度を均一にするように、加熱装置のそれぞれの加熱ランプの出力を設定することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００４６】
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一例を説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。
【００４７】
まず、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比について、予め実験を行って、シリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートが所定の範囲内に収まる出力比を求める。
具体的には、シリコンウェーハの温度を測定するために、ウェーハ上に熱電対を取り付ける。そして、出力比を任意の値、例えば、上方の加熱ランプと下方の加熱ランプとの出力が同じになる出力比５０％に設定して、シリコンウェーハを加熱して、昇温させた時のシリコンウェーハのオーバーシュートを確認する。このとき、オーバーシュートが所定の範囲内に収まった場合には、その出力比をシリコンウェーハの温度を昇温する時の出力比に決定する。また、オーバーシュートが所定の範囲内に収まらない場合には、オーバーシュートが所定の範囲内に収まる出力比になるまで、出力比を変更して、再度シリコンウェーハを加熱して、オーバーシュートを確認して出力比を決定する。
【００４８】
その後、実際にエピタキシャルウェーハを製造するために、例えば６５０℃の投入温度に調整した反応容器の内にシリコンウェーハを投入し、ウェーハの主表面が上を向くように、サセプタ上のザグリに載置する。このとき、反応容器にはシリコンウェーハが投入される前から、気相成長用のガス導入管及びパージガス管をそれぞれ介して、水素ガスが導入されている。
次に、加熱装置を用いてサセプタ上のシリコンウェーハを加熱して、水素熱処理温度（例えば１１１０〜１１８０℃）まで昇温する。このとき、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比については、予め実験を行って求めておいたシリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートが所定の範囲内に収まる出力比に設定する。そして、シリコンウェーハの主表面に形成されている自然酸化膜を除去するための気相エッチングを次の工程が始まる直前まで行う。
【００４９】
その後、予め求めておいたシリコンウェーハの下面の温度とサセプタ上面の温度が同一となる出力比に設定を変更する。このときの出力比は、最も理想的な出力比として、以下のような方法により決定する。
具体的には、凸部または凹部を設けたサセプタにウェーハを載置し、第一および第二の出力比でエピタキシャル成長を行い、両者のナノトポロジーを測定する。もし、ウェーハとサセプタに温度差がある場合には凸部または凹部に対応したナノトポロジーのパターンを生じるので、第一および第二のパターンの強度を比較することでパターン強度がゼロになる出力比、すなわちウェーハとサセプタの温度が等しい出力比を推定できる。例えば、第一および第二の出力比がＡ、Ｂ、パターン強度がそれぞれａ、ｂの場合、ウェーハとサセプタの温度が等しくなる出力比Ｃは次式のように推定できる。
Ｃ＝（０−ｂ）／（ａ−ｂ）×（Ａ−Ｂ）＋Ｂ
【００５０】
次に、シリコンウェーハを所望のシリコンエピタキシャル層成長温度まで降温し、気相成長用ガス導入管を介してシリコンウェーハの主表面上に原料ガス（例えばトリクロロシラン）を供給し、パージガス導入管を介してパージガス（例えば水素）をそれぞれ略水平に供給する。このとき、パージガスは原料ガスよりも高圧で供給される。これは、反応容器とサセプタとの隙間から、サセプタ下側の空間へ原料ガスが進入することを防止するためである。そして、シリコンウェーハの主表面上にシリコンエピタキシャル層を気相成長させる。
その後、例えば、６５０℃のウェーハ取り出し温度まで降温し、ウェーハを反応容器外へと搬出して、エピタキシャルウェーハの製造を終了する。
【００５１】
このように、予めシリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートが所定の範囲内に収まるシリコンウェーハを加熱するための加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を求めて、その求めた出力比で、シリコンウェーハの温度を昇温させることで、実際の製造工程において、シリコンウェーハのオーバーシュートを所定の範囲内に収めることができ、オーバーシュートの量を抑制して、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００５２】
また、予めシリコンウェーハの下面の温度とシリコンウェーハを載置するサセプタ上面の温度が同一となる加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を求めて、その求めた出力比で、シリコンエピタキシャル層を気相成長させることで、エピタキシャル膜厚を均一化でき、シリコンウェーハの裏面にシリコンが堆積することを防止することができる。
【００５３】
さらに、予めシリコンウェーハの温度を昇温する時の出力比と、シリコンエピタキシャル層の成長時の出力比とを求めることで、反応炉の号機ごとの出力比を事前に把握して、それぞれの号機をその出力比に設定してエピタキシャルウェーハを製造することができるため、号機の違いによる品質のバラツキを防止することができる。また、予め求めた出力比になるように、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することで、シリコンウェーハ昇温時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００５４】
また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコンウェーハの温度をサセプタ裏面の中央１箇所に測温部が設置された１つの熱電対を用いて測定し、測定した温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御をすることが好ましい。
このように、シリコンウェーハの温度をサセプタ裏面の中央１箇所に測温部が設置された熱電対を用いて測定し、監視することで反応容器の汚れやランプ光の影響を受けずに、安定して絶対温度を監視することができる。
【００５５】
また、１つの熱電対を用いて測定した温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御をすることで、複数の温度センサー及び複数の温度調整器を用いる場合に発生する相互干渉の影響を受けることがなく、温度制御を簡単にすることができる。そのため、温度制御の応答性が改善され、サセプタやシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００５６】
また、この場合、オーバーシュートの範囲を５℃以内とすることが好ましい。
このような範囲にシリコンウェーハのオーバーシュートを収めることで、スリップ転位の発生を防止して、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００５７】
さらに、シリコンウェーハの温度を昇温する時の加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比は、シリコンエピタキシャル層の成長時の前記加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比に対して、上方の加熱ランプの出力を０〜１５％減少し、下方の加熱ランプの出力を０〜１５％増加することが好ましい。
このような加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比にすることで、シリコンエピタキシャル層の成長時に理想的な出力比に設定することができ、また、シリコンウェーハに対する熱電対の温度追従性を改善して、シリコンウェーハの温度を昇温する時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制することができる。そのため、スリップ転位の発生を防止して、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００５８】
また、シリコンウェーハの温度を昇温する時の昇温速度を８℃／ｓｅｃ以上としたとき、サセプタが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートを３℃以内とし、シリコンウェーハが加熱されて所定の温度に達した後のオーバーシュートを５℃以内とすることができる。
このような昇温速度とすることで、スループットの低下を防止して、生産性を向上することができる。また、このような範囲にそれぞれのオーバーシュートを収めることで、スリップ転位の発生を防止して、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００５９】
次に本発明の実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１、２）
図２のような本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法により、昇温速度を８℃／ｓｅｃ、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を下方の加熱ランプが５５％（実施例１）および５０％（実施例２）となるように設定して、シリコンウェーハを昇温した。その後、水素熱処理時及びシリコンエピタキシャル層の成長時には、下方の加熱ランプが４３．７％の出力比となるように変更した。なお、４３．７％は、シリコンウェーハとサセプタの温度が同一になるように、予め算出した出力比の値である。
【００６０】
そして、シリコンエピタキシャル層の成長時におけるシリコンウェーハとサセプタとの温度差およびオーバーシュートを測定した。なお、シリコンウェーハの温度を測定するために、ウェーハ上に熱電対を取り付けた。また、サセプタの温度は、本発明のエピタキシャルウェーハと同様にサセプタ裏面の中心部に設置された熱電対を用いて測定した。
【００６１】
（比較例１〜４）
図６に示すような従来の温度制御方法に改良を加えたもの（実施例１と同様に熱電対および温度調整器は１つずつのもの）により、昇温速度を８℃／ｓｅｃ（比較例１〜３）および４℃／ｓｅｃ（比較例４）、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を下方の加熱ランプが６３％（比較例１）、５０％（比較例２）、４３．７％（比較例３、４）となるように設定して、エピタキシャルウェーハを昇温した。その後、そのまま出力比を変更することなく、実施例１と同様にシリコンウェーハとサセプタとの温度差およびオーバーシュートを測定した。なお、６３％は、従来から用いられている出力比の値である。
実施例１、２、比較例１〜４の測定結果を表２に示す。
【００６２】
【表２】
2010098170.tif 000004
【００６３】
表２より、実施例１は、シリコンウェーハとサセプタとの温度差がなく、また、サセプタおよびシリコンウェーハの両方とものオーバーシュートも小さいことがわかる。また、実施例２も、シリコンウェーハとサセプタとの温度差はなく、サセプタのオーバーシュートも小さいが、シリコンウェーハのオーバーシュートは、実施例１よりやや大きい。
【００６４】
比較例１、２は、エピタキシャル成長時のウェーハとサセプタの温度差が大きく、ウェーハのオーバーシュートは大きい。比較例３、４は、ウェーハのオーバーシュートはさらに大きい。
【００６５】
以上より、シリコンウェーハの温度を昇温する時とシリコンエピタキシャル層の成長時とで、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することで、シリコンウェーハのオーバーシュートを抑制しつつ、エピタキシャル成長時のウェーハとサセプタの温度差を小さくできることがわかる。
【００６６】
（実施例３）
スリップ転位の発生を確認するため、実施例１と同様の条件（加熱ランプの出力比）で、シリコンウェーハの昇温および水素熱処理をし、その後、シリコンエピタキシャル層の成長時にシリコンウェーハの中心部と外周部に温度分布をもつようにして、エピタキシャルウェーハを製造し、発生したスリップ転位の長さを測定した。
【００６７】
（比較例５〜７）
スリップ転位の発生を確認するため、比較例１、３、４と同様の条件（加熱ランプの出力比）で、シリコンウェーハの昇温および水素熱処理をし、その後、シリコンエピタキシャル層の成長時にシリコンウェーハの中心部と外周部に温度分布をもつようにして、エピタキシャルウェーハを製造し、発生したスリップ転位の長さを測定した。
【００６８】
図３は実施例３、比較例５〜７におけるトータルスリップ長を示す図である。図３より、実施例３、比較例５、７は、ウェーハ上の温度差が小さいところでは、スリップ転位が発生していないが、比較例６は、ウェーハ全面にスリップ転位が発生していた。なお、比較例６は、比較例３と同様の条件（加熱ランプの出力比）であるため、表２より、シリコンウェーハのオーバーシュートは一番大きいと考えられる。
【００６９】
このことより、シリコンウェーハのオーバーシュートが大きいとスリップ転位が発生しやすいことがわかる。そして、シリコンウェーハのオーバーシュートが小さいとスリップ転位の発生が改善され、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができることがわかる。
【００７０】
以上のことから、本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置によれば、１つの熱電対の測温部がサセプタ裏面の中央１箇所に設置され、その熱電対で測定された温度を１つの温度調整器を用いて監視して温度制御することで、安定して絶対温度を監視することができ、また、複数の温度センサーや温度調整器を用いる場合に発生する相互干渉の影響を受けることがなく、温度制御を簡単にすることができる。そして、温度制御の応答性が改善され、オーバーシュートを抑制することができ、スリップ転位の発生を防止して品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる装置とすることができる。
【００７１】
また、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコンウェーハの温度を昇温する時の出力比と、シリコンエピタキシャル層の成長時の出力比とを予め求め、その予め求めた出力比になるように、加熱装置の上方の加熱ランプと下方の加熱ランプの出力比を変更することで、シリコンウェーハ昇温時のシリコンウェーハのオーバーシュートを抑制して、スリップ転位の発生を防止し、かつエピタキシャル成長時のウェーハとサセプタの温度差をなくすことにより、品質を改善したエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００７２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置の断面構成例を模式的に示す図である。
【図２】本発明のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法を示した図である。
【図３】実施例３、比較例５〜７におけるトータルスリップ長を示す図である。
【図４】従来のエピタキシャルウェーハ製造装置におけるシリコンウェーハを昇温させたときのシリコンウェーハの中心部の温度とサセプタ裏面中心部の温度を示したグラフである。
【図５】従来のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法を示した図である。
【図６】従来のエピタキシャルウェーハ製造装置で用いる温度制御方法を改良したものを示した図である。
【符号の説明】
【００７４】
１１…エピタキシャルウェーハ製造装置、  １２…反応容器、  １３…サセプタ、  １３ａ…ザグリ、  １４…気相成長用ガス導入管、  １５…パージガス導入管、  １６…排気管、  １７…加熱装置、  １７ａ、１７ｂ…加熱ランプ、  １８…熱電対、  １８ａ…測温部、  １９…温度調整器、  Ｗ…シリコンウェーハ。
【図１】
2010098170.tif 000005
【図２】
2010098170.tif 000006
【図３】
2010098170.tif 000007
【図４】
2010098170.tif 000008
【図５】
2010098170.tif 000009
【図６】
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