(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス部材を有する反応炉内に配置されるサセプタにポリシリコン層を堆積する第１工程と、
前記第１工程後に、前記反応炉内を熱処理する工程と、
前記熱処理する工程後に、塩化水素ガスによる気相エッチングにより前記ポリシリコン層を前記サセプタから除去する工程と、
前記除去する工程後に、前記サセプタにポリシリコン層を堆積する第２工程と、
前記第１工程、前記熱処理する工程、前記除去する工程及び前記第２工程を複数回、繰り返す工程と、
前記繰り返す工程前に、前記反応炉をメンテナンスする工程と、
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方法。
【請求項２】
前記繰り返す工程後に、前記反応炉内で基板にエピタキシャル層を成長する工程を備える請求項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】
前記繰り返す工程では、前記第１工程、前記熱処理する工程、前記除去する工程及び前記第２工程を５回以上繰り返す請求項１又は２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の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＩＳ（ＣＭＯＳ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）などの撮像素子用基板にエピタキシャルウェーハが使用されている。このエピタキシャルウェーハは、例えば、シリコン基板にシリコン膜（エピタキシャル層）を気相成長することで作製される。この気相成長する環境が、例えば、金属不純物で汚染されていると、金属不純物が取り込まれたエピタキシャルウェーハが作製される。このようなエピタキシャルウェーハを撮像素子用基板に用いると、白キズ（白点）と呼ばれる不良が発生するため、気相成長時にエピタキシャルウェーハ中に取り込まれる金属不純物を低減することが重要である。
【０００３】
一般にシリコンエピタキシャルウェーハは、エピタキシャルＣＶＤ装置などの気相成長装置を使用して製造される。このような気相成長装置では、気相成長装置を大気に開放して気相成長装置の反応炉、配管等を洗浄などする定期的なメンテナンスが必要となる。しかし、メンテナンスを実行すると、気相成長装置に金属不純物が持ち込まれる等の理由により、メンテナンス後の気相成長装置は、実際に清浄度が悪化する。そのため、ＳＰＶ（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｖｏｌｔａｇｅ）、ＷＬＴ（Ｗａｆｅｒ  Ｌｉｆｅ  Ｔｉｍｅ）、ＶＰ−ＩＣＰＭＳ（Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｅｍａ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等の方法によりメンテナンス後の気相成長装置の清浄度が評価され、清浄度が所定の水準になるように管理される。
【０００４】
メンテナンス後の気相成長装置は、例えば、反応炉内が気相エッチングされ、その後、反応炉内のサセプタ等にシリコン層を堆積させるとの特許文献１〜７に開示される工程が繰り返されることで、清浄度をもとの水準に回復させる。なお、シリコン層を堆積させることについては、例えば、特許文献８及び９にも開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−４５００７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３３５８３号公報
【特許文献３】特開２０１２−２２２３０１号公報
【特許文献４】特開２０１２−２２７３８５号公報
【特許文献５】特開平９−１９９４２４号公報
【特許文献６】特開２００４−２６００８６号公報
【特許文献７】特開２０１１−１４７７１号公報
【特許文献８】特開平６−１８８１９８号公報
【特許文献９】特開２０１０−４０５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１〜７のように気相エッチングしてシリコン層を堆積させる工程を繰り返して気相成長装置の清浄度を回復させると、清浄度を回復させるのに長時間を要する。そのため、シリコンエピタキシャルウェーハの生産性が大きく低下するとの問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、生産性を高めることが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
ステンレス部材を有する反応炉内に配置されるサセプタにポリシリコン層を堆積する第１工程と、
第１工程後に、反応炉内を熱処理する工程と、
熱処理する工程後に、気相エッチングによりポリシリコン層をサセプタから除去する工程と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明者らは、メンテナンス後の気相成長装置の清浄度を効率よく回復させるために、メンテナンス後に反応炉内を気相エッチングする点に着眼して鋭意検討を重ねた。その中で、本発明者らは次のような知見を得た。メンテナンス後の気相成長装置の反応炉内は操業時と比べて水分量が多い（酸素濃度が高い）ため、この状態で気相エッチングをすると、反応炉内のステンレス部材の腐食が悪化する。そして、そのステンレス部材の腐食の悪化により反応炉内が金属不純物により汚染され、結果として気相成長装置の清浄度を回復させるのに長時間を要するとの知見を、本発明者らは得た。
【００１０】
そこで、本発明では、気相エッチングの前に反応炉内のサセプタにポリシリコンを堆積させて反応炉内を熱処理する一連の工程を備える。こうすることで、シリコンエピタキシャルウェーハを製造する製造環境の清浄度を回復させる時間を従来よりも短縮させることが可能となる。その結果、シリコンエピタキシャルウェーハの生産性を高めることができる。
【００１１】
本発明の実施態様では、除去する工程後に、サセプタにポリシリコン層を堆積する第２工程を備える。これによれば、反応炉内の金属汚染を低減させることが可能となる。
【００１２】
本発明の実施態様では、第１工程、熱処理する工程、除去する工程及び第２工程を複数回、繰り返す工程を備える。これによれば、４つの工程を複数回繰り返すことで、シリコンエピタキシャルウェーハを製造する製造環境における清浄度を高めることが可能となる。
【００１３】
本発明の実施態様では、繰り返す工程前に、反応炉をメンテナンスする工程を備える。これによれば、反応炉内の清浄度が悪化するメンテナンス後に反応炉内の清浄度を回復させる時間を短縮させることができる。
【００１４】
本発明の実施態様では、繰り返す工程後に、反応炉内で基板にエピタキシャル層を成長する工程を備える。これによれば、金属汚染が抑制されたシリコンエピタキシャルウェーハを製造できるとともに、エピタキシャルウェーハの生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に使用する気相成長装置の一例を示す模式断面図。
【図２】メンテナンス作業後における図１の気相成長装置の反応炉内の様子を説明する説明図。
【図３Ａ】図１の気相成長装置における反応炉内のサセプタの表面にポリシリコン層を堆積させた状況を示す模式断面図。
【図３Ｂ】図３Ａの気相成長装置の反応炉内を熱処理した状況を示す模式断面図。
【図３Ｃ】図３Ｂの気相成長装置の反応炉内を気相エッチングしてサセプタに堆積したポリシリコン層とともに、金属不純物を反応炉の外部に排出させる状況を示す模式断面図。
【図４】メンテナンス後の反応炉内の清浄度を回復させる一連の工程を繰り返した回数と、作製したエピタキシャルウェーハのモリブデン濃度の相対値（実施例３のモリブデン濃度を１とした場合の相対値）の関係を示す実施例１〜３及び比較例１〜３のグラフ。
【図５】メンテナンス後の反応炉内の清浄度を回復させる一連の工程を１回実施する平均時間の相対値（ただし、実施例の平均時間を１とした場合の相対値）を示す実施例と比較例のグラフ。
【図６】メンテナンス後の反応炉内の清浄度を回復させる一連の工程を１回実施するために使用した水素ガス、トリクロルシランガス及び塩化水素ガスの平均使用量の相対値（ただし、実施例の塩化水素ガスの平均使用量を１とした場合の相対値）を示す実施例と比較例のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明に使用する気相成長装置１の一例を示す。気相成長装置１を使用して、例えば、成長用基板となるシリコン単結晶ウェーハ（基板Ｗ）にシリコン単結晶膜（エピタキシャル層）を気相成長させ、シリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
【００１７】
気相成長装置１は反応炉２を備える。反応炉２は容器状に形成され、円筒状のベースリング２ａと、ベースリング２ａを上から蓋をするアッパードーム２ｂと、ベースリング２ａを下から蓋をするロワードーム２ｃとを備える。
【００１８】
ベースリング２ａは、ベースリング２ａの内側と外側を繋ぐ通路２ａ１、２ａ２を有するステンレス部材である。具体的には、ベースリング２ａは、Ｆｅ（鉄）を主成分として、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｍｎ（マンガン）などの成分を含むステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ）により形成される。ベースリング２ａが本発明の「ステンレス部材」に相当する。
【００１９】
アッパードーム２ｂは、円筒状のベースリング２ａの上側の開口を塞ぐように位置する。ロワードーム２ｃは、円筒状のベースリング２ａの下側の開口を塞ぐように位置する。
【００２０】
反応炉２の内部には、基板Ｗを載置させるサセプタ３と、サセプタ３を支持する支持部４が備わる。
【００２１】
サセプタ３は、円盤状に形成される。サセプタ３は、基板Ｗの直径より大きな円盤状に表面が窪むザグリ部３ａを有する。ザグリ部３ａに基板Ｗが載置された状態で、サセプタ３は、ザグリ部３ａに載置された基板Ｗを水平又は略水平に支持する。サセプタ３は、基板Ｗを支持した状態で鉛直方向に延びる軸線Ｏ回りに回転可能なように反応炉２内に配置される。
【００２２】
支持部４は、サセプタ３の裏面側からサセプタ３を水平又は略水平に支持するように配置される。支持部４は、サセプタ３の裏面に接続してサセプタ３を支持するアーム４ａと、上端部がアーム４ａに接続して鉛直方向の下方に伸びる支柱４ｂを備える。
【００２３】
支柱４ｂの下端部には駆動部５が接続する。駆動部５は、支柱４ｂを上下動させることが可能及び支柱４ｂを軸線Ｏ回りに回転させることが可能な駆動手段（例えば、モーター）として構成される。
【００２４】
反応炉２の外部には、反応炉２の左右にガス供給管６及びガス排出管７が配置される。また、反応炉２の上下にはランプ８が配置される。
【００２５】
ガス供給管６は、反応炉２の水平方向の一端側（図１左側）に位置し、各種のガスを反応炉２内に略水平に供給する。例えば、気相成長時には、ガス供給管６は、反応炉２内に気相成長ガスを供給する。気相成長ガスは、シリコン単結晶膜の原料となる原料ガスと、原料ガスを希釈するキャリアガスと、単結晶膜に導電型を付与するドーパントガスとを有する。また、反応炉２内の清浄度を回復させる回復時には、ガス供給管６は、次のガスを供給する。ガス供給管６は、サセプタ３の表面にポリシリコン層を形成するためのトリクロルシランなどのシラン系のガス及び反応炉２内を気相エッチングするエッチングガスを供給する。エッチングガスは、例えば、塩化水素ガス（ＨＣｌガス）が使用され、この供給された塩化水素ガスをパージする際には、ガス供給管６は、反応炉２内にパージガス（例えば、水素等）を供給する。
【００２６】
ガス排出管７は、反応炉２の水平方向の他端側（図示右側）に位置し、反応炉２内のガスを反応炉２外に排出する。ガス排出管７からは、基板Ｗを通過した気相成長ガス等が排出される。
【００２７】
ランプ８は、反応炉２の上下に複数配置され、反応炉２内の温度を調節する。
【００２８】
以上、気相成長装置１の主要な各部について説明した。気相成長装置１を稼働させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する場合は、先ず、反応炉２のサセプタ３に基板Ｗを載置させる。そして、ガス供給管６から基板Ｗに気相成長ガスを供給し、基板Ｗにシリコン単結晶薄膜を気相成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを製造する。このような製造工程を気相成長装置１が繰り返して気相成長装置１が所定の期間、稼働すると、気相成長装置１の定期的なメンテナンスが施される。このメンテナンスの作業としては、反応炉２を大気に開放して反応炉２と反応炉２に接続する配管等の清掃、点検等が行われる。
【００２９】
気相成長装置１のメンテナンスにより、反応炉２を大気に開放すると、反応炉２内などに金属不純物等が持ち込まれ、気相成長装置１の清浄度が悪化する。そのため、メンテナンスの作業後には、反応炉２内の清浄度を回復させるために、従来では、次のような工程を複数回、繰り返していた。メンテナンス作業後にガス供給管６から反応炉２内に塩化水素ガスを供給して気相エッチングし、その後、ガス供給管６から反応炉２内にシラン系ガスを供給してサセプタ３の表面にシリコンを堆積させる工程を複数回、繰り返していた。
【００３０】
本発明者らは、メンテナンス作業後における気相成長装置１の清浄度を効率よく回復させるために、メンテナンス作業後の気相エッチングに着眼して鋭意検討を重ねた。その中で、本発明者らは次のような知見を得た。図２に示すようにメンテナンス作業後における気相成長装置１の反応炉２内は操業時よりも水分量が多い（酸素濃度が高い）。よって、この状態で気相エッチングを行うと（塩化水素ガスを流すと）、反応炉２内のベースリング２ａ（ステンレス部材）の腐食が悪化する。このステンレス部材の腐食が悪化すると、反応炉２内が金属不純物により汚染され、結果として気相成長装置１の清浄度を回復させるのに長時間を要してしまうとの知見を本発明者らは得た。
【００３１】
そこで、本実施態様では、メンテナンス後の反応炉２内に塩化水素ガスを供給して気相エッチングする前にガス供給管６からサセプタ３の表面にシラン系ガスを供給する。例えば、トリクロルシランをサセプタ３の表面に供給することで、サセプタ３の表面等にポリシリコン層Ｐを、例えば、３０μｍ堆積させる（第１工程、図３Ａ参照）。次いで、ポリシリコン層Ｐを堆積させたサセプタ３が配置される反応炉２内をランプ８で、例えば、１１３０度に加熱する熱処理をする（熱処理する工程）。熱処理によりメンテナンス後の反応炉２内に固相の状態で存在する金属不純物（例えば、モリブデン（Ｍｏ））が図３Ｂに示すように気相状態となる。金属不純物が気相状態になると、金属不純物がポリシリコン層Ｐに付着等してポリシリコン層Ｐに捕集される。その後、反応炉２内を気相エッチングするための塩化水素ガスと反応炉２内の塩化水素ガスをパージする水素ガスをガス供給管６から供給する。これにより、サセプタ３からポリシリコン層Ｐが除去され、水素ガスによりガス排出管７を通じて反応炉２の外部に排出される。また、ポリシリコン層Ｐに捕集された金属不純物についても気相エッチングで除去されたポリシリコン層Ｐとともに反応炉２の外部に排出される（除去する工程、図３Ｃ）。その後、ガス供給管６からサセプタ３の表面にシラン系ガスを供給してサセプタ３の表面等にポリシリコン層Ｐを所定の厚さ堆積させる（第２工程）。反応炉２内の清浄度が所定の水準に回復するまで、以上の、第１工程→熱処理する工程→除去する工程→第２工程が複数回繰り返される。そして、清浄度が回復した反応炉２内に基板Ｗが搬入され、基板Ｗにエピタキシャル層を成長し、再びエピタキシャルウェーハの製造を繰り返す。
【００３２】
本実施態様では、メンテナンス作業後の気相エッチングの前に反応炉２内のサセプタ３にポリシリコン層Ｐを堆積させて反応炉２内を熱処理する。こうすることで、メンテナンス後に存在する金属不純物をポリシリコン層Ｐに捕集し、気相エッチングにより反応炉２の外に排出できる。よって、メンテナンス作業直後に反応炉２内を気相エッチングするよりも反応炉２内の金属汚染を抑制でき、メンテナンス後における反応炉２内の清浄度を回復させる時間を短縮することができる。
【実施例】
【００３３】
本発明の効果を確認するために以下の実験を行った。以下においては、実験例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
【００３４】
（実施例）
メンテナンス作業が終了した気相成長装置１を用意した。用意した気相成長装置１を使用してガス供給管６から反応炉２内のサセプタ３の表面にトリクロルシランを供給してポリシリコン層Ｐを３０μｍ堆積した（第１工程）。次いで、ランプ８により反応炉２内を１１３０度に加熱した（熱処理する工程）後に、ガス供給管６から反応炉２内に塩化水素ガス（ＨＣｌ）を供給するとともに、パージガス（水素）を供給してポリシリコン層Ｐを気相エッチングした（除去する工程）。その後、ガス供給管６からサセプタ３の表面にトリクロルシランを供給してサセプタ３の表面等にポリシリコン層Ｐを堆積させた（第２工程）。そして、第１工程→熱処理する工程→除去する工程→第２工程の一連の工程（以下、「回復工程」とする）を複数回、繰り返すとともに、回復工程に費やした総時間を測定した。その後、反応炉２内の汚染を評価するＰ型のシリコン単結晶基板Ｗを反応炉２内に搬入して基板Ｗにエピタキシャル層を成長し、反応炉２内の金属不純物を評価するエピタキシャルウェーハを作製した。そして、作製されたエピタキシャルウェーハの表面のモリブデン濃度（ａｔоｍｓ／ｃｍ２）をＩＣＰ−ＭＳ法により測定した。なお、シリコン単結晶基板Ｗには、直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞、抵抗率１０Ωｃｍのものを使用した。
【００３５】
実施例１では回復工程を３回、実施例２では回復工程を５回、実施例３では回復工程を７回にし、各実施例において金属不純物を評価するためのエピタキシャルウェーハを作製した。
【００３６】
（比較例）
比較例では、実施例の回復工程の代わりに、次の代替工程を実施した。具体的には、メンテナンス作業が終了した反応炉２内にガス供給管６から塩化水素ガスとともに、パージガス（水素）を供給して気相エッチングをした（エッチング工程）。その後、反応炉２内のサセプタ３の表面にガス供給管６からトリクロルシランを供給してサセプタ３の表面にポリシリコン層Ｐを堆積させた（堆積工程）。そして、エッチング工程→堆積工程の一連の工程（代替工程）を複数回、繰り返した。比較例では、実施例の回復工程を代替工程に代える以外は実施例と同じようにしてエピタキシャルウェーハを作製し、作製したウェーハの表面のモリブデン濃度を測定した。
【００３７】
比較例１では代替工程を３回、比較例２では代替工程を５回、比較例３では代替工程を７回にし、各比較例において金属不純物を評価するためのエピタキシャルウェーハを作製した。
【００３８】
図４は、金属不純物を評価するために実施例１〜３及び比較例１〜３で作製したエピタキシャルウェーハのモリブデン濃度の相対値（実施例３のモリブデン濃度を１とした場合の相対値）を示す。反応炉２内の清浄度を回復させる工程（実施例では「回復工程」、比較例では「代替工程」を意味する。）を繰り返した回数が少ない３回の場合は、実施例と比較例のモリブデン濃度に顕著な差が生じなかった。その一方で、反応炉２内の清浄度を回復させる工程を繰り返した回数が増えるにつれて、実施例のモリブデン濃度が比較例よりも大きく減少し、反応炉２内の清浄度が大きく回復した。
【００３９】
また、実施例で反応炉２内の清浄度を回復させる工程に要した総時間の相対値（実施例３の総時間を１とした場合の相対値）は、実施例１で０．４、実施例２で約０．７、実施例３で１となった。その一方、比較例で回復させる工程に要した総時間の相対値（実施例３の総時間を１とした場合の相対値）は、比較例１で約０．８、比較例２で約１．４、比較例３で約２となった。実施例１〜３における回復させる工程（回復工程）を１回実施する平均時間を１とすると、比較例１〜３における回復させる工程（代替工程）を１回実施する平均時間は約２となった。回復させる工程を１回実施する実施例と比較例の平均時間の相対値が図５に示される。実施例においては、反応炉２の清浄度を回復させる時間を比較例よりも短縮させることができた。
【００４０】
図６には実施例１〜３の回復工程及び比較例１〜３の代替工程の１回の工程で使用した水素、トリクロルシラン、塩化水素の平均使用量の相対値（実施例の塩化水素ガスの平均使用量を１とした場合の相対値）が示される。実施例では、相対値が水素ガス：トリクロルシランガス：塩化水素ガス＝約３２．４：約２．５：１となったのに対し、比較例では、相対値が水素ガス：トリクロルシランガス：塩化水素ガス＝約５３．５：約７．２：約５．６となった。そのため、実施例においては、ガスの使用量を比較例よりも抑制した上で反応炉２内の清浄度を回復させることができた。
【００４１】
以上のように反応炉２内の清浄度を回復させる工程を繰り返した回数が増えるにつれて、実施例では比較例よりも反応炉２内の清浄度が大きく回復した。そして、実施例では比較例よりも反応炉２内の清浄度を回復させる工程に要した総時間が短縮するため、シリコンエピタキシャルウェーハの生産性を高めることができる。更に、実施例では、反応炉２内の清浄度を回復させるのに使用する各種のガスの使用量が比較例より低減するため、比較例より低コストでエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【００４２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。
【符号の説明】
【００４３】
１    気相成長装置                  ２    反応炉
２ａ  ベースリング（ステンレス部材）３    サセプタ
４    支持部                        ６    ガス供給管
７    ガス排出管                    ８    ランプ
Ｗ    シリコン単結晶基板
【図１】
0006475609.tif 000002
【図２】
0006475609.tif 000003
【図３Ａ】
0006475609.tif 000004
【図３Ｂ】
0006475609.tif 000005
【図３Ｃ】
0006475609.tif 000006
【図４】
0006475609.tif 000007
【図５】
0006475609.tif 000008
【図６】
0006475609.tif 000009