(57)【要約】      （修正有）【課題】エピタキシャル層のライフタイムを向上する。【解決手段】気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する水分濃度計測工程と、気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する表面温度計測工程と、水分濃度計測工程において計測した水分濃度及び表面温度計測工程において計測した構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度及び汚染金属の金属化合物の蒸気圧の何れかを計算する計算工程と、計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合及び計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の何れかの場合に、気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する汚染判定工程と、を含む。【選択図】図２
2019102541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置を用いて、該気相成長装置内でウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させる、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含む、エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記汚染判定工程において、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定された場合、前記ガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、前記気相成長装置内の温度を再設定する、再設定工程をさらに含む、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】
前記構成要素は、所定の被覆材により被覆され、
前記汚染判定工程において、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定された場合、前記構成要素の前記所定の被覆材を、該所定の被覆材とは別の種類及び／又は異なる厚さの被覆材に交換する、被覆材決定工程をさらに含む、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４】
前記計算工程において、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記金属化合物の蒸気圧の両方を計算し、
前記汚染判定工程において、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値未満である場合は、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記金属塩化物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、所定の閾値未満である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していないと判定する、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の製造方法。
【請求項５】
前記金属材料の表面での前記金属化合物の蒸気圧の前記所定の閾値は、１×１０-15ａｔｍ以下である、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】
前記金属化合物は、Ｍｏ化合物、Ｎｉ化合物、Ｆｅ化合物、及びＣｒ化合物の少なくともいずれかである、請求項１〜５に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
エピタキシャルウェーハの製造に用いる気相成長装置の管理方法であって、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含むことを特徴とする、気相成長装置の管理方法。
【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の製造方法及び気相成長装置の管理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エピタキシャルウェーハの製造に用いる気相成長装置内に重金属等が堆積することが、エピタキシャルウェーハの汚染の一因となることが知られている。
【０００３】
これに対して、気相成長装置の部材等の大掛かりな交換を行うことは、コストの増大を招いてしまうし、その交換時期の判断を適切に行うことも困難である。ここで、気相成長装置のメンテナンス時において、酸素濃度を大気雰囲気よりも低減することにより、メンテナンス後のエピタキシャルウェーハの重金属汚染を低減することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３８８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１による手法では、気相成長装置のメンテナンスに起因する気相成長装置の汚染については、一定程度防止し得るものの、他の要因に起因する気相成長装置の汚染までは防止することができない。従って、気相成長装置の構成要素の金属汚染を適切に管理して、エピタキシャル層のライフタイムを向上させることが希求されている。
【０００６】
本発明の目的は、エピタキシャル層のライフタイムを向上させることのできる、エピタキシャルウェーハの製造方法、及び、構成要素の金属の腐食を抑制することのできる、気相成長装置の管理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】
【０００７】
本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、気相成長装置を用いて、該気相成長装置内でウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させるものであり、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記汚染判定工程において、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定された場合、前記ガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、前記気相成長装置内の温度を再設定する、再設定工程をさらに含むことが好ましい。
【０００９】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記構成要素は、所定の被覆材により被覆され、
前記汚染判定工程において、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定された場合、前記構成要素の前記所定の被覆材を、該所定の被覆材とは別の種類及び／又は異なる厚さの被覆材に交換する、被覆材決定工程をさらに含むことが好ましい。
【００１０】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記計算工程において、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記金属化合物の蒸気圧の両方を計算し、
前記汚染判定工程において、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値未満である場合は、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記金属塩化物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、所定の閾値未満である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していないと判定することが好ましい。
【００１１】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記金属材料の表面での前記金属化合物の蒸気圧の前記所定の閾値は、１×１０-15ａｔｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記金属化合物は、Ｍｏ化合物、Ｎｉ化合物、Ｆｅ化合物、及びＣｒ化合物の少なくともいずれかであることが好ましい。
【００１３】
本発明の気相成長装置の管理方法は、エピタキシャルウェーハの製造に用いる気相成長装置の管理方法であって、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エピタキシャル層のライフタイムを向上させることのできる、エピタキシャルウェーハの製造方法、及び、構成要素の金属の腐食を抑制することのできる、気相成長装置の管理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエピタキシャルウェーハの製造方法に用いる気相成長装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるエピタキシャルウェーハの製造方法のフロー図である。
【図３】各温度での、熱力学平衡状態における、金属材料の表面でのガス中の水分濃度（Ｈ2Ｏ分圧）と、汚染金属の金属化合物（ＭｏＣｌ4）の蒸気圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。
【００１７】
＜エピタキシャルウェーハの製造方法＞
図１は、本発明の一実施形態にかかるエピタキシャルウェーハの製造方法に用いる気相成長装置１を示す断面図である。本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法は、図１に示すような気相成長装置１を用いて、該気相成長装置１内でウェーハＷ（この例ではシリコンウェーハ）上にエピタキシャル膜を成長させる。
【００１８】
図１に示す例では、この気相成長装置１は、チャンバ２を有し、該チャンバ２内に、１枚のウェーハＷを水平に支持するサセプタ３が設けられている。チャンバ２は、円環状のベースリング３１を、透明石英よりなるアッパードーム３２とロアドーム３３によって上下から挟んでなり、内部の閉空間は反応炉となっている。気密性を保つために、アッパードーム３２とベースリング３１の間、及び、ロアドーム３３とベースリング１０の間にはＯリング（図示せず）をそれぞれ挟んでいる。
【００１９】
ウェーハＷにエピタキシャル層を成長させるためには、反応ガス（原料ガス及びキャリアガス）をウェーハＷの上面に沿って流し、サセプタ３の上に支持されたウェーハＷを１０００〜１２００℃程度の高温に加熱する。このため、気相成長装置１は、反応炉を加熱する熱源（図示せず）をチャンバ２の上下に備えている。上下の熱源としては赤外線ランプや遠赤外線ランプを使用することができ、チャンバ２の上下から輻射熱によりサセプタ３及びウェーハＷを加熱する。
【００２０】
チャンバ２の左右には開口４ａ，４ｂが形成されており、一方のガス流入口４ａから上部反応炉内に原料ガスおよびキャリアガスが流入し、他方のガス排出口４ｂから反応後のガスおよびキャリアガスが排出される。また、チャンバ２の下方からはパージガス（例えば水素Ｈ2）が供給され、下部反応炉に充満したパージガスはロアライナー５に設けられたパージガス排出穴を通してガス排出口から排出される。
【００２１】
原料ガスは、一般にトリクロロシランＳｉＨＣｌ3やジクロロシランＳｉＨ2Ｃｌ2等のクロロシラン系ガス等の塩化水素ガスが用いられる。これらのガスはキャリアガスである水素Ｈ2とともに上部反応炉内に導入され、ウェーハ表面において熱ＣＶＤ反応によりエピタキシャル層を生成する。サセプタ３は円板形状をしており、その直径はウェーハＷよりも大きい。サセプタ３は板面が水平になるように配置されており、サセプタ３の上面にはウェーハＷが収納される円形状のウェーハ収納用凹部を設けている。サセプタ３は、ウェーハＷを加熱する際にウェーハ全体の温度を均一に保つ均熱盤としての役割を果たす。サセプタ３はエピタキシャル層の成長処理操作の間、ウェーハＷの板面と平行な面内において、鉛直軸を回転中心として回転動を行う。
【００２２】
サセプタ３の下面にはサセプタサポート３ａが当接し、サセプタ３を下方から支持している。サセプタ支持軸３ｂの頂上部にこの例では３本のサポートアーム３ｃ（図１においては、２本しか図示されていない）が設けられており、それぞれの先端部にサセプタサポート３ａを有する。各サポートアーム３ｃは上方から見たときにそれぞれが１２０°の角度を成すように、サセプタ支持軸３ｂの中心から放射状に配置されている。
【００２３】
サセプタ３は、サセプタ３の中心とサセプタ支持軸３ｂの軸心とが一致するようにサセプタサポート３ａに載置され、サセプタ支持軸３ｂの回転によりサセプタ３が左右に揺れることなく安定して回転する。サセプタ支持軸３ｂへの回転は、回転駆動用モータ（図示せず）によって与えられる。セプタ支持軸３ｂ及びサポートアーム３ｃは、下部熱源からの光を遮ることのないよう、高純度の透明な石英によって形成される。
【００２４】
図２は、本発明の一実施形態にかかるエピタキシャルウェーハの製造方法のフロー図である。以下、本実施形態のフローについて説明する。
図２に示すように、本実施形態では、まず、気相成長装置１内に供給するガス中の水分濃度を計測する（水分濃度計測工程）（ステップＳ１０１）。上記のガスは、例えば、反応ガスとして塩化水素ガスを用い、キャリアガスとして水素ガスを用いることができる。この計測は、例えば、気相成長装置１内に設けられた水分計を用いて行うことができる。水分計は、例えばガス流入口４ａに取り付けることができる。
【００２５】
また、図２に示すように、本実施形態では、気相成長装置１の金属からなる構成要素の表面温度を計測する（表面温度計測工程）（ステップＳ１０２）。該構成要素は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）からなるチャンバ２を構成するベースリング３１ａ、３１ｂである。この計測は、例えば、熱伝対や、放射温度計の既知の温度計を接触又は非接触に設置して行うことができる。温度計は、該構成要素が、反応炉内のガスと接する金属部分の表面温度を計測するのが正確な温度となり好ましいが、金属の熱伝導率は非常に大きいので、該構成要素の炉内ガスに晒されない部分の温度でも代用することができる。
【００２６】
本実施形態では、水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）の後に、表面温度計測工程（ステップＳ１０２）を行っているが、本発明では、水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）と表面温度計測工程（ステップＳ１０２）の順番は、特に限定されず、どちらを先に行ってもよいし、同時に行ってもよい。
【００２７】
次いで、水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）において計測した水分濃度及び表面温度計測工程（ステップＳ１０２）において計測した構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素（例えば、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒの少なくともいずれか）及びガス中の元素（例えば塩化水素ガスの場合は、Ｈ、Ｃｌ、Ｏ）系の熱力学平衡計算によって、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する（計算工程）（ステップＳ１０３）。本実施形態では、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、汚染金属の金属化合物の蒸気圧の両方を計算する。
以下、計算工程（ステップＳ１０３）について詳細に説明する。
【００２８】
気相成長装置１のチャンバ２の金属からなる構成要素は、金属汚染を防止するために、例えば、電解研磨による不動態皮膜（被覆材）で覆われたステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）を用いることが一般的である。しかしながら、これらの被覆材が劣化したり、ピンホールが存在したり、もしくは被覆材が正常であったとしても水分や酸素、塩素が被覆材中を拡散して母材と被覆材界面に達し、そこで金属と反応して揮発性の金属化合物を生成し、ピンホールや拡散を通じてエピ炉内に揮発することでウェーハが汚染される。
【００２９】
このように、母材と被覆材の界面で起こる反応を予測するためには、母材と被覆材との界面での水分、酸素、塩素などの濃度を突き止めることが有効である。母材と被覆材との界面の水分、酸素、塩素などの濃度は、気相中の濃度よりも低くなると考えられる。被覆材／母材界面での平衡酸素分圧、平衡塩素分圧は、気相／被覆材界面での平衡酸素分圧と平衡塩素分圧よりも小さい。
【００３０】
そこで、上記計算工程（ステップＳ１０３）では、特に、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、金属化合物の蒸気圧に着目し、それを計算している。
以下、本実施形態の計算工程（ステップＳ１０３）について、汚染金属がＭｏである場合を例として、さらに詳細に説明する。
【００３１】
まず、ガス全体の流量及び上記水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）において計測した水分濃度により、各生成物の分圧を求める。例えば、気相成長装置１内に流入するガスのガス組成がＨ2＋ＨＣｌ＋Ｈ2Ｏの場合は、ガス全体の流量及び計測した水分濃度（Ｈ2Ｏ分圧）に基づいて、Ｈ2分圧、ＨＣｌ分圧を求めることができる。
【００３２】
ここで、塩化水素ガスを用いた場合の熱力学平衡の例として、以下の（式１）で表わされるＤｅａｃｏｎ反応が生じる。
（式１）２ＨＣｌ＋１／２Ｏ2←→Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ  （Ｄｅａｃｏｎ反応式）
Ｄｅａｃｏｎ反応によれば、上記（式１）に示すように、ＨＣｌとＨ2Ｏが共存する場合、Ｏ2やＣｌ2も平衡する。これらとＭｏとの反応で推定される反応式は、以下の式（２）、（３）の通りである。
（式２）Ｍｏ＋２Ｃｌ2←→ＭｏＣｌ4
（式３）Ｍｏ＋２Ｈ2Ｏ＋Ｃｌ２←→ＭｏＯ2Ｃｌ2＋２Ｈ2
【００３３】
以上の（式１）〜（式３）に示したように、汚染金属がＭｏである場合、ＭｏＣｌ4及びＭｏＯ2Ｃｌ2が多く生成されるため、これらの生成物の分圧をＭｏ汚染の判断指標として用いることができる。
【００３４】
これらの式に、計測した水分濃度（Ｈ2Ｏ分圧）、及び計算したＨ2分圧、ＨＣｌ分圧、並びに、気相成長装置内の全圧及び計測した構成要素の表面温度を入力することにより、熱力学平衡計算によって、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、汚染金属の金属化合物の蒸気圧を計算することができる。熱力学平衡計算は、具体的には、ギブスの自由エネルギーが最小となるような、各生成物の分圧を数値計算等のシミュレーションにより求めることができる。このシミュレーションは、例えば、市販されている、科学技術社の「ＭＡＬＴ（登録商標）」等を用いて計算することができる。
【００３５】
なお、ＭｏＣｌ4の分圧は、ＭｏＯ2Ｃｌ2の分圧より高いため、ＭｏＣｌ4の分圧をＭｏ汚染の指標として用いることがより好ましい。
【００３６】
汚染金属がＮｉ、Ｆｅ、Ｃｒ等である場合（汚染金属の金属化合物がＮｉ化合物、Ｆｅ化合物、Ｃｒ化合物である場合）についても、これらの元素及び気相成長装置１内に流入させるガス中の元素系による熱力学平衡式を用いて、同様に、計算工程（ステップＳ１０３）を行うことができる。従って、金属化合物は、Ｍｏ化合物、Ｎｉ化合物、Ｆｅ化合物、及びＣｒ化合物の少なくともいずれかでありえる。
【００３７】
図３は、各温度での、熱力学平衡状態における、金属材料の表面でのガス中の水分濃度（Ｈ2Ｏ分圧）と、汚染金属の金属化合物（ＭｏＣｌ4）の蒸気圧との関係を示す図である。図３に示すように、金属材料の表面でのガス中の水分濃度及び計測した構成要素の表面温度により、ＭｏＣｌ4分圧が決定されるため、Ｍｏ汚染の指標としては、汚染金属の金属化合物（ＭｏＣｌ4）の蒸気圧を用いることの他、金属材料の表面でのガス中の水分濃度（及び計測した構成要素の表面温度）を用いることもできる。
【００３８】
次に、図２に戻って、計算工程において計算した金属材料の表面での水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、計算工程において計算した金属材料の表面での汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定する（汚染判定工程）。本実施形態では、まず、計算工程において計算した金属材料の表面での水分濃度が所定の閾値以上である場合に、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定し、該水分濃度が所定の閾値未満である場合には、次のステップ（ステップＳ１０５）へと進む（ステップＳ１０４）。
水分濃度の所定の閾値は、２×１０-4ａｔｍ以下（例えば２×１０-4ａｔｍ）とすることができ、好ましくは１×１０-4ａｔｍ以下（例えば１×１０-4ａｔｍ）とすることができ、１×１０-5ａｔｍ以下（例えば１×１０-5ａｔｍ）とすることがさらに好ましい。より確実に金属汚染を管理することができるからである。
【００３９】
上記水分濃度が所定の閾値未満である場合には、計算工程において計算した金属材料の表面での汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合に、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定し、該汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値未満である場合に、気相成長装置１の構成要素が汚染していないと判定する（ステップＳ１０５）。
上記汚染金属の金属化合物の蒸気圧の所定の閾値は、１×１０-10ａｔｍ以下（例えば１×１０-10ａｔｍ）とすることができ、１×１０-15ａｔｍ以下（例えば１×１０-15ａｔｍ）とすることが好ましい。より確実に金属汚染を管理することができるからである。
【００４０】
上記汚染判定工程（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）において、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定された場合は、気相成長装置１内に流入するガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、気相成長装置１内の温度を再設定する（再設定工程）（ステップＳ１０６）。汚染を低減するためには、ガスの総流量であれば、流量をより低減するように再設定し、ガスの流量割合であれば、ガス全体の総流量を変えずに、原料ガスまたは塩化水素ガスの流量に対してキャリアガスの流量を多くする。塩化水素ガスに対してキャリアガスの流量を多くすることが効果が大きい。また、気相成長装置１内の金属材料の表面温度であれば、温度をより低温に再設定する。
また、気相成長装置１内の金属材料の表面温度は、気相成長装置１内の金属材料の表面温度とすることができる。金属材料を冷却する冷却水の温度を低下させることにより低減させることができる。この場合、結露を防止するために常温以上とすることが好ましい。金属からなる構成要素の温度が下がるように、該構成要素は冷却水路を有することが好ましい。
以上によれば、気相成長装置１内の金属汚染（この例ではＭｏ汚染）を低減することができる。
なお、ステップＳ１０１からステップＳ１０６において、水素濃度、塩化水素濃度、水分濃度、金属表面温度を計測する（初期設定値）を行うタイミングは、エッチングプロセスにて実施されることが好ましい。ステップＳ１０６にて、気相成長装置１内に流入するガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、気相成長装置１内の温度を再設定した場合も、同様に、エッチングプロセスにて実施されることが好ましい。あるいは、シリコンウェーハをチャンバ２内に導入した場合は、塩化水素ガスを流す工程にて行なっても良い。
ここでいう、エッチングプロセスとは、シリコンウェーハをチャンバ２内へ導入し、昇温して、エピタキシャル成長を行うプロセスの前又は後に行う、シリコンウェーハを導入せずチャンバ２に付着したシリコンポリマーや汚染を除去することを目的とするプロセスである。
【００４１】
図３に示したように、気相成長装置１内の温度が高温であるほど、ＭｏＣｌ4分圧が高くなる（なお、この例では、２００℃以上では飽和して、２００℃、２５０℃、及び３００℃では差異が生じていない）。このため、図３に示したように、温度ごとの、熱力学平衡状態における、Ｈ2Ｏ分圧と、汚染金属の金属化合物（ＭｏＣｌ4）の蒸気圧との関係を求めておくことにより、汚染判定工程により気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定され、再設定工程により気相成長装置内の温度を再設定する場合の再設定温度をより適切に決定することができる。図３に示した例では、上記汚染金属の金属化合物の蒸気圧の１．００×１０-15を閾値とする場合、例えば再設定温度を１００℃にすることができる。
【００４２】
ここで、本発明では、再設定工程（ステップＳ１０６）に代わって、以下の被覆材決定工程を行うこともできる。すなわち、気相成長装置１の構成要素が所定の被覆材により被覆されている場合、汚染判定工程（ステップＳ１０５）において、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定された場合、構成要素の前記所定の被覆材を、該所定の被覆材とは別の種類及び／又は異なる厚さの被覆材に交換する（被覆材決定工程）（ステップＳ１０６−２）（図２には示していない）。被覆材としては、一例としては、Ｃｒ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ３・ＮｉＯ、シリカコート、又はＤＬＣコートを用いることができるが、上記の順に汚染を生じさせやすい。このため、より汚染の生じにくい種類の被覆材に交換することができ、例えば、Ｃｒ2Ｏ3を用いて、汚染判定工程（ステップＳ１０５）において、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定された場合、Ｃｒ2Ｏ３・ＮｉＯ、シリカコート、又はＤＬＣコートに交換することができる。あるいは、同じ材質で厚さを変更する場合には、厚みを厚くすることができる。
この場合も、気相成長装置１内の金属汚染（この例ではＭｏ汚染）を低減することができる。
なお、気相成長装置１の構成要素が汚染していないと判定された場合は、当該所定の被覆材をそのまま用いることができる。
【００４３】
上記再設定工程（ステップＳ１０６）又は上記被覆材決定工程（ステップＳ１０６−２）により、気相成長装置１内に流入するガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、気相成長装置１内の温度を再設定し、あるいは、構成要素の所定の被覆材を、該所定の被覆材とは別の種類及び／又は異なる厚さの被覆材に交換した後、最初の工程である、水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）（又は表面温度計測工程（ステップＳ１０２））に戻って、上記の工程を再び行う。このことは、上記汚染判定工程において、気相成長装置１の構成要素が汚染していないと判定されるまで繰り返し行うことができる。
【００４４】
そして、上記汚染判定工程（ステップＳ１０４及びステップＳ１０５）において、気相成長装置１の構成要素が汚染していないと判定された場合には、エピタキシャルウェーハの製造を開始する（ステップＳ１０７）。なお、エピタキシャル成長は、通常の方法で行うことができ、エピタキシャル層の厚さも通常の範囲とすることができる。
【００４５】
本実施形態のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、気相成長装置１の金属からなる構成要素の汚染金属による汚染管理を適切に行って、汚染の少ない状況下でエピタキシャルウェーハの製造を開始することができる。従って、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層のライフタイムを向上させることができる。
さらに、この方法は、特別な装置等を必要としないため、安価な設備で行うことができる。また、エピタキシャルウェーハの製造開始までの時間を短縮して、歩留まりを向上させることができる。
【００４６】
＜気相成長装置の管理方法＞
本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の管理方法についても、図１、図３、及び図２のステップＳ１０１〜ステップＳ１０６（又はステップＳ１０６−２）について既に説明したのと同様にして行うことができる。
すなわち、本発明の一実施形態にかかる気相成長装置の管理方法は、エピタキシャルウェーハの製造に用いる気相成長装置１の管理方法であり、気相成長装置１内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）と、気相成長装置１の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程（ステップＳ１０２）と、水分濃度計測工程（ステップＳ１０１）において計測した水分濃度及び表面温度計測工程（ステップＳ１０２）において計測した構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及びガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程（ステップＳ１０３）と、計算工程（ステップＳ１０３）において計算した金属材料の表面での水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、計算工程（ステップＳ１０３）において計算した金属材料の表面での汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程（ステップＳ１０４、ステップＳ１０５）と、を含む。
本実施形態では、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、汚染金属の金属化合物の蒸気圧の両方を計算し、計算した水分濃度が所定の閾値以上である場合には、上述の再設定工程（ステップＳ１０６）へと進み、計算した水分濃度が所定の閾値未満である場合には、計算した汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合には、上述の再設定工程（ステップＳ１０６）へと進み、計算した汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値未満である場合には、汚染していないものと判定して管理することができる。
本実施形態の気相成長装置の管理方法によれば、構成要素の金属の腐食を抑制することができる。
【００４７】
そして、好ましくは、汚染判定工程（ステップＳ１０４、ステップＳ１０５）において、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定された場合、ガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、気相成長装置１内の温度を再設定する（再設定工程）（ステップＳ１０６）。
あるいは、好ましくは、構成要素は、所定の被覆材により被覆され、汚染判定工程（ステップＳ１０４、ステップＳ１０５）において、気相成長装置１の構成要素が汚染していると判定された場合、構成要素の所定の被覆材を、該所定の被覆材とは別の種類及び／又は異なる厚さの被覆材に交換する（被覆材決定工程）（ステップＳ１０６−２）。
【００４８】
また、金属材料の表面での金属化合物の蒸気圧の所定の閾値は、１×１０-10ａｔｍ以下（例えば１×１０-10ａｔｍ）とすることができ、１×１０-15ａｔｍ以下（例えば１×１０-15ａｔｍ）とすることが好ましい。さらに、水分濃度の所定の閾値は２×１０-4ａｔｍ以下（例えば２×１０-4ａｔｍ）とすることができ、好ましくは１×１０-4ａｔｍ以下（例えば１×１０-4ａｔｍ）とすることができ、１×１０-5ａｔｍ以下（例えば１×１０-5ａｔｍ）とすることがさらに好ましい。
汚染金属は、例えばＭｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ等であり、汚染金属の金属化合物は、Ｍｏ化合物、Ｎｉ化合物、Ｆｅ化合物、及びＣｒ化合物の少なくともいずれかでありえる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上述の実施形態においては、計算工程（ステップＳ１０３）において、金属材料の表面での、ガス中の水分濃度、及び、汚染金属の金属化合物の蒸気圧の両方を計算しているが、いずれか一方のみを計算し、それを指標として汚染判定を行うこともできる。
また、上述の実施形態においては、計算したガス中の水分濃度に基づいて汚染判定を行った（ステップＳ１０４）後、計算した汚染金属の金属化合物の蒸気圧に基づいて汚染判定を行っている（ステップＳ１０５）が、計算した汚染金属の金属化合物の蒸気圧に基づいて汚染判定を行った後に、計算したガス中の水分濃度に基づいて汚染判定を行うこともできる。
さらに、上述の実施形態においては、計算したガス中の水分濃度に基づいて汚染判定と計算した汚染金属の金属化合物の蒸気圧に基づいた汚染判定とのいずれかで汚染していると判定された場合には、汚染が生じているものと判定しているが、一方の判定により汚染していないと判定された場合には、他方の判定により汚染していると判定された場合であっても、汚染していないと判定するようにすることもできる。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【００５０】
本発明の効果を確かめるため、図１に示した気相成長装置１を用い、図２に示したフローに従って、エッチングプロセスにて汚染管理を行った後で製造を開始したエピタキシャルウェーハ（発明例）と、当該フローを経ずに、別の汚染管理方法の下、製造を開始したエピタキシャルウェーハ（比較例）とで、ライフタイムを評価する試験を行った。
試験の対象としたウェーハは、発明例、比較例共に、ウェーハ抵抗１０Ω・ｃｍのボロンドープｐ型ＣＺシリコンウェーハ（直径３００ｍｍ、厚み７７５μｍ）である。
なお、発明例のエッチングプロセスは、初期設定として、炉内の温度を１１６０℃、塩化水素の流量を２５ｓｌｍ、水素ガスの流量を２０ｓｌｍとし、３０秒間処理した。
【００５１】
発明例について、上記水分濃度計測工程を行い、塩化水素ガスの水分濃度を計測した値は１ｐｐｍであった。また、上記表面温度計測工程を行い、炉内のベースリングである金属材料の表面温度を計測した結果２００℃であった。
次いで、計算工程により、計測した水分濃度及び金属材料の表面温度値を用いて、Ｍｏと水素と塩化水素とＨ2Ｏの熱力学平衡計算を行い、金属材料表面でのＨ2Ｏ分圧とＭｏＣｌ4分圧を算出したところ、それぞれ３×１０-4ａｔｍと１×１０-9ａｔｍであった。なお、エピタキシャル炉内の圧力（全圧）は、常圧で、１ａｔｍである。
水分濃度の所定の閾値は２×１０-4ａｔｍとし、汚染金属の金属化合物の蒸気圧の所定の閾値は１×１０-15ａｔｍとし、汚染金属としてはＭｏを対象とし、汚染判定工程を行った。ＭｏＣｌ4の算出値が１×１０-9ａｔｍであり、閾値より高いことが分かったので、Ｈ2Ｏ分圧が２×１０-4ａｔｍ以下、且つ、ＭｏＣｌ4の分圧が１×１０-15ａｔｍ以下となるよう領域に入るように、金属材料を冷却する冷却水の温度を低下させるため冷却水量を増加させた。
そして、再度、水分濃度計測工程、表面温度計測工程、計算工程を繰り返し、その後、汚染判定工程により、Ｈ2Ｏ分圧及びＭｏＣｌ4分圧が上記所定の閾値未満であることを確認した。
【００５２】
次に、比較例において、汚染管理は、エピタキシャル炉を解体洗浄実施し、組み立て、炉内へ水素ガスを導入し、ベーク及び塩化水素ガスを導入してエッチングを複数回行った。
【００５３】
評価のためのエピタキシャル成長条件は、発明例、比較例共に、上記のライフタイム測定用ウェーハを気相成長装置のサセプタに載置し、１１５０度まで昇温し、水素ガスを８０ｓｌｍ流し、１５秒ベーク後、キャリアガスと共にトリクロロシラン（ＳｉＨＣＬ3）ガスを気相成長装置の炉内に供給して、１１５０度の温度でエピタキシャル成長を行い、シリコンウェーハ表面に厚さ４μｍのエピタキシャル膜を形成した。
【００５４】
＜ライフタイム＞
ライフタイムは、Ｓｅｍｉｌａｂ社製μ−ＰＣＤ法によりウェーハのキャリア（正孔と電子）の再結合時間（再結合ライフタイム）を測定することにより求めた。モニタウェーハに重金属汚染などが存在すると再結合ライフタイムが短くなるので、再結合ライフタイムを測定することによってモニタウェーハの清浄度を容易に確認することができる。
まず、ウェーハを、ケミカルパッシベーション（ヨウ素を含有するエタノール（ヨウ素エタノール液に浸漬）にて表面不活性化処理を行い、その後、レーザー光（励起光）を照射しμ−ＰＣＤ法にて測定した。
評価結果を以下の表１に示す。
【００５５】
【表１】
2019102541.tif 000003
【００５６】
表１に示すように、発明例のエピタキシャルウェーハは、比較例のエピタキシャルウェーハに比べて、エピタキシャル層のライフタイムが長いことが分かる。このことから、エピタキシャル層の金属汚染が低減されたことがうかがえる。
【符号の説明】
【００５７】
１：気相成長装置
２：チャンバ
３：サセプタ
３ａ：サセプタサポート
３ｂ：サセプタ支持軸
３ｃ：サポートアーム
３１ａ、３１ｂ：ベースリング
３２：アッパードーム
３３：ロアドーム
４ａ：開口（ガス流入口）
４ｂ：開口（ガス排出口）
５：ロアライナー
Ｗ：ウェーハ
【図１】
2019102541.tif 000004
【図２】
2019102541.tif 000005
【図３】
2019102541.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成30年11月27日(2018.11.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置を用いて、該気相成長装置内でウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させる、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記構成要素の金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含む、エピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記汚染判定工程において、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定された場合、前記ガスの総流量及び／又は流量割合、及び／又は、前記気相成長装置内の温度を再設定する、再設定工程をさらに含む、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】
前記構成要素は、所定の被覆材により被覆され、
前記汚染判定工程において、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定された場合、前記構成要素の前記所定の被覆材を、該所定の被覆材とは別の種類及び／又は異なる厚さの被覆材に交換する、被覆材決定工程をさらに含む、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４】
前記計算工程において、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記金属化合物の蒸気圧の両方を計算し、
前記汚染判定工程において、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値未満である場合は、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、所定の閾値未満である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していないと判定する、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の製造方法。
【請求項５】
前記金属材料の表面での前記金属化合物の蒸気圧の前記所定の閾値は、１×１０-15ａｔｍ以下である、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】
前記金属化合物は、Ｍｏ化合物、Ｎｉ化合物、Ｆｅ化合物、及びＣｒ化合物の少なくともいずれかである、請求項１〜５に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
エピタキシャルウェーハの製造に用いる気相成長装置の管理方法であって、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記構成要素の金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含むことを特徴とする、気相成長装置の管理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の要旨構成は、以下の通りである。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、気相成長装置を用いて、該気相成長装置内でウェーハ上にエピタキシャル膜を成長させるものであり、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記構成要素の金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含むことを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法では、前記計算工程において、前記金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記金属化合物の蒸気圧の両方を計算し、
前記汚染判定工程において、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記ガス中の水分濃度が所定の閾値未満である場合は、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定し、所定の閾値未満である場合は、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していないと判定することが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の気相成長装置の管理方法は、エピタキシャルウェーハの製造に用いる気相成長装置の管理方法であって、
前記気相成長装置内に供給するガス中の水分濃度を計測する、水分濃度計測工程と、
前記気相成長装置の金属からなる構成要素の表面温度を計測する、表面温度計測工程と、
前記水分濃度計測工程において計測した前記水分濃度及び前記表面温度計測工程において計測した前記構成要素の表面温度を用いて、汚染金属の元素及び前記ガス中の元素系の熱力学平衡計算によって、前記構成要素の金属材料の表面での、前記ガス中の水分濃度、及び、前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧のうち、少なくともいずれかを計算する、計算工程と、
前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記水分濃度が所定の閾値以上である場合、及び、前記計算工程において計算した前記金属材料の表面での前記汚染金属の金属化合物の蒸気圧が所定の閾値以上である場合の、少なくともいずれかの場合に、前記気相成長装置の前記構成要素が汚染していると判定する、汚染判定工程と、を含むことを特徴とする。