(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記クリーニング工程の後に、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外周部の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
を含み、
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み、前記第２の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第１の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少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２】
前記第２の制御パラメータは、前記第１のエピタキシャルウェーハと前記第２のエピタキシャルウェーハと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差（ＲＯＡ２差）を、５ｎｍ以下とするように設定され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。
【請求項３】
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または２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
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１−３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハ製造方法。
【請求項５】
前記第２の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される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上部空間に供給される反応ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記第２の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される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上部空間に供給される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１−５のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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外周部の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であって、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実行する制御手段と
を備え、
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み、前記第２の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第１の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少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装置。
【請求項１１】
前記第２の制御パラメータは、前記第１のエピタキシャルウェーハと前記第２のエピタキシャルウェーハと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差（ＲＯＡ２差）を、５ｎｍ以下とするように設定され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。
【請求項１２】
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または１１に記載のエピタキシャルウェーハの製造装置。
【請求項１３】
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１０−１２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装置。
【請求項１４】
前記第２の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される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上部空間に供給される反応ガスの流量よりも少ないことを特徴とする請求項１０−１３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装置。
【請求項１５】
前記第２の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される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上部空間に供給される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１０−１４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装置。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
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。
【技術分野】
【０００２】
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。
【背景技術】
【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２８９０９８号公報
【特許文献２】特開２００８−２７７７９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。【０００９】
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。【００１０】
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。【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、
前記クリーニング工程の後に、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外周部の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
を含み、
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み、前記第２の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第１の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させることを特徴とすることを特徴とする。
また、前記第２の制御パラメータは、前記第１のエピタキシャルウェーハと前記第２のエピタキシャルウェーハと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差（ＲＯＡ２差）を、５ｎｍ以下とするように設定されることが望ましい。
なお、本発明における「不活性ガス」は、シリコンとの反応性がないガスを意味する。
【００１３】
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。【００１４】
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。【００１６】
また、前記第２の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される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上部空間に供給される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上部空間に供給される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上部空間に供給される不活性ガスの流量よりも少ないことが好ましい。
【００１７】
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。【００１８】
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。【００１９】
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であって、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実行する制御手段と
を備え、
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み、前記第２の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量を前記第１の制御パラメータの前記下部空間に供給される不活性ガスの流量よりも減少させることを特徴とする。
また、前記第２の制御パラメータは、前記第１のエピタキシャルウェーハと前記第２のエピタキシャルウェーハと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差（ＲＯＡ２差）を、５ｎｍ以下とするように設定されることが望ましい。
【００２０】
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。【００２１】
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。【００２３】
また、前記第２の制御パラメータに含まれる前記上部空間に供給される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上部空間に供給される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上部空間に供給される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上部空間に供給される不活性ガスの流量よりも少ないことが好ましい。
【００２４】
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。
【発明の効果】
【００２５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】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２】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。
【図３】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。
【図４】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５】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。
【図６】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７】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８】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）。
【図９】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。
【図１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の実施例を比較例とともに説明する。【００５６】
（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。【００５７】
（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）。【００５８】
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。【００５９】
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。【００６０】
（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。【００６１】
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。【００６２】
（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。【００６３】
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。【００６４】
（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。【００６５】
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。【００６６】
【表１】
0005472308.tif 000002
【００６７】
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。【００６８】
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。【００６９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
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。
【符号の説明】
【００７１】
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
【図１】
0005472308.tif 000003
【図２】
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【図３】
0005472308.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0005472308.tif 000008
【図７】
0005472308.tif 000009
【図８】
0005472308.tif 000010
【図９】
0005472308.tif 000011
【図１０】
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