(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長装置のチャンバーの内部にモニタウェーハを搬入するウェーハ搬入工程と、
前記チャンバーの内部に搬入した前記モニタウェーハを熱処理する熱処理工程を連続して所定の回数繰り返す熱処理繰り返し工程と、
前記チャンバーの内部から前記熱処理繰り返し工程を終えた前記モニタウェーハを搬出するウェーハ搬出工程と、
前記ウェーハ搬出工程で前記チャンバーの外へと搬出された前記モニタウェーハの金属汚染度を評価するウェーハ汚染評価工程と、
を備え、
前記熱処理工程は、
前記チャンバーの内部に、塩化水素を含むガスは供給せず、水素を含むガスを供給して、前記モニタウェーハを前記水素を含むガス雰囲気下で熱処理する第一熱処理工程と、
前記チャンバーの内部に、前記塩化水素を含むガス及び前記水素を含むガスを供給して、前記モニタウェーハを前記塩化水素を含むガス及び前記水素を含むガス雰囲気下で熱処理する第二熱処理工程とを含む
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記第二熱処理工程の熱処理温度が、前記第一熱処理工程の熱処理温度に対して−１００℃以上＋１００℃以下の範囲内である
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記第二熱処理工程の処理時間が１秒以上２００秒以下である
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記第二熱処理工程における、前記塩化水素を含むガスの供給流量が０．１ｓｌｍ以上５．０ｓｌｍ以下である
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記第一熱処理工程の熱処理温度が９００℃以上１２００℃以下である
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項６】
請求項１に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数が２回以上２０回以下である
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記ウェーハ搬入工程の前に、前記チャンバーの内部を塩化水素を含むガスで気相エッチングしてクリーニングするクリーニング工程を更に実施する
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記クリーニング工程に引き続いて、
前記チャンバーの内部のサセプタの温度を所定の温度範囲に加熱し、前記チャンバーの内部にシランを含むガスを流通させ、前記サセプタの表面上にポリシリコン膜を形成させるコーティング工程を更に実施する
ことを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項９】
請求項１に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記ウェーハ汚染評価工程が、化学分析による金属濃度測定及び／又はライフタイム測定であることを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記化学分析が、誘導結合プラズマ質量分析を使用して行われることを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の気相成長装置の汚染管理方法において、
前記化学分析が、気相分解法を使用して行われることを特徴とする気相成長装置の汚染管理方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の気相成長装置の汚染管理方法により管理された気相成長装置を用いて、エピタキシャルシリコンウェーハを製造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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気相成長装置の汚染管理方法、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】
近年、デジタルカメラやスマートフォン、モバイルＰＣなどに内蔵されるカメラ機能の高解像度化に伴い、ＣＣＤやＣＩＳなどの撮像素子用として使用されるエピタキシャルシリコンウェーハの汚染管理の強化が望まれている。
特に、撮像素子特有の白キズ問題に対する原因追及と工程管理強化が求められている。現在、白キズを生じさせる原因として考えられるのは金属汚染である。特に、Ｍｏ、Ｗ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの拡散が遅い金属が主要因であると考えられている。
エピタキシャルシリコンウェーハにおける金属汚染の汚染源としては、エピタキシャル成長時に使用する原料ガスや、チャンバー内をクリーニングするためのクリーニングガスが挙げられる。また、チャンバーを構成する素材、及び配管系に通常用いられる金属部材などが挙げられる。更に、エピタキシャル成長装置内の例えば駆動部からの金属発塵が挙げられる。
【０００３】
このようなエピタキシャル成長装置を起因とする汚染物質を低減するために、以下の評価方法が提案されている。
気相成長装置のクリーニング、シリコンウェーハの搬入、エピタキシャル層の成長、シリコンウェーハの搬出、の各工程を１サイクルとし、このサイクルを所定の回数繰り返して、エピタキシャル層を所定の回数成長させたモニタウェーハを作製する。その後、モニタウェーハをライフタイム測定し、ライフタイム値から気相成長装置の清浄度を評価する方法が提案されている（特許文献１参照）。
また、シリコンウェーハが配置されたチャンバー内に、評価対象のガスを導入して、シリコンウェーハを評価対象のガスで暴露させた後に、シリコンウェーハを熱処理することで、評価対象のガスに含まれる金属の拡散を行う。そして、熱処理後のシリコンウェーハをライフタイム測定し、ライフタイム値から評価対象のガスの金属汚染を評価する方法が提案されている（特許文献２参照）。
更に、気相成長装置のチャンバー内をＨＣｌガスによるベーパーエッチングによりクリーニングする工程と、シリコンウェーハを水素雰囲気で熱処理する工程と、を所定の回数繰り返し行った後に、シリコンウェーハの表面上の汚染を回収し、ＩＣＰ−ＭＳによって汚染に含まれた金属不純物の濃度を測定する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６２０２６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１６２０９２号公報
【特許文献３】特開２０１４−０８２３２４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、上記特許文献１では、サイクルを複数繰り返してエピタキシャル層を積層させていることから、汚染金属の検出感度が劣る問題があった。
また、上記特許文献２では、ガスで暴露させた後に熱処理を実施するため、熱処理の影響を分離できない問題があった。
更に、上記特許文献１，３では、サイクル中にクリーニング工程が含まれているため、全体の処理時間が大幅にかかる問題があった。更に、クリーニング工程と熱処理工程とを繰り返し実施するので、チャンバーへのウェーハ搬入、及びチャンバーからのウェーハ搬出の操作を伴うことから、搬送系からの金属汚染を拾い易い。
【０００６】
本発明の目的は、気相成長装置内の超微量の金属汚染状況を詳細に把握し得る、気相成長装置の汚染管理方法、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にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法は、気相成長装置のチャンバーの内部にモニタウェーハを搬入するウェーハ搬入工程と、前記チャンバーの内部に搬入した前記モニタウェーハを熱処理する熱処理工程を連続して所定の回数繰り返す熱処理繰り返し工程と、前記チャンバーの内部から前記熱処理繰り返し工程を終えた前記モニタウェーハを搬出するウェーハ搬出工程と、前記ウェーハ搬出工程で前記チャンバーの外へと搬出された前記モニタウェーハの金属汚染度を評価するウェーハ汚染評価工程と、を備え、前記熱処理工程は、前記チャンバーの内部に、塩化水素を含むガスは供給せず、水素を含むガスを供給して、前記モニタウェーハを前記水素を含むガス雰囲気下で熱処理する第一熱処理工程と、前記チャンバーの内部に、前記塩化水素を含むガス及び前記水素を含むガスを供給して、前記モニタウェーハを前記塩化水素を含むガス及び前記水素を含むガス雰囲気下で熱処理する第二熱処理工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、第一熱処理工程において、水素を含むガス雰囲気下で熱処理を実施するので、チャンバー内部に存在する金属は、水素を含むガスによって還元される。このため、金属が気化し易い形態の化合物として存在したとしても、第一熱処理工程で還元されるので、金属化合物の気化が防止される。例えば、ＭｏやＷは高温条件でウェーハに付着すると酸素と反応し、酸化物として気化する特徴があるが、上記のような還元雰囲気中では、ウェーハの表面から気化されない。結果として、金属の気化量が減少するため、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。
また、第一熱処理工程では、モニタウェーハは高温で水素を含むガスに曝されるため、モニタウェーハの表面に存在する自然酸化膜が除去される。このため、第一熱処理工程では、モニタウェーハの表面は常に金属で汚染され易い状態が維持されるので、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。
【０００９】
また、第二熱処理工程において、塩化水素を含むガス及び水素を含むガス雰囲気下で熱処理を実施する。この第二熱処理工程を実施することで、モニタウェーハの表面の最表層部分が塩化水素によりエッチングされ、モニタウェーハの表面が清浄化される。清浄化されたモニタウェーハの表面は活性な状態になる。このため、第二熱処理工程を実施することで、モニタウェーハの表面は、金属が付着し易い活性な状態になるため、モニタウェーハの表面への金属の吸着が効率よく行われる。
そして、引き続き、繰り返される第一熱処理工程を実施することで、表面に吸着された金属がモニタウェーハの内部に拡散されるため、結果として、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。
また、この第二熱処理工程では、塩化水素を含むガスを供給することから、塩化水素を含むガスを供給する配管系を起因とする金属汚染をより効率よく評価できる。
【００１０】
また、熱処理繰り返し工程において、第一熱処理工程及び第二熱処理工程を含む熱処理工程を連続して所定の回数繰り返す。上記熱処理繰り返し工程で熱処理工程を繰り返し実施することで、モニタウェーハは金属で汚染される環境下に繰り返し曝されることになる。これにより、ウェーハ汚染評価工程で確実に検出が可能なレベルにまで金属がモニタウェーハに蓄積される。結果として、ＭｏやＷ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの超微量金属汚染に対しても、金属測定が可能となる。この測定された金属濃度に基づいて、気相成長装置の汚染を管理することができる。
また、汚染を強調させるために実施する工程が、熱処理繰り返し工程だけであり、工程を繰り返すにあたってチャンバーからモニタウェーハを搬入及び搬出する作業がその都度発生しない。このため、チャンバーの開閉に伴って、金属がチャンバー外へと移行することがないので、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。また、搬送系を起因とする汚染を極力排除できる。
【００１１】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記第二熱処理工程の熱処理温度が、前記第一熱処理工程の熱処理温度に対して−１００℃以上＋１００℃以下の範囲内であることが好ましい。
本発明によれば、第二熱処理工程の熱処理温度が、第一熱処理工程の熱処理温度に対して−１００℃以上＋１００℃以下の範囲内である。第二熱処理工程の熱処理温度が上記範囲内であれば、モニタウェーハの表面の清浄化が効率よく行われる。
【００１２】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記第二熱処理工程の処理時間が１秒以上２００秒以下であることが好ましい。
本発明によれば、第二熱処理工程の処理時間が１秒以上２００秒以下である。第二熱処理工程の処理時間が上記範囲内であれば、モニタウェーハの表面の清浄化が効率よく行われる。
【００１３】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記第二熱処理工程における、前記塩化水素を含むガスの供給流量が０．１ｓｌｍ以上５．０ｓｌｍ以下であることが好ましい。
本発明によれば、第二熱処理工程における、塩化水素を含むガスの供給流量が０．１ｓｌｍ以上５．０ｓｌｍ以下である。塩化水素を含むガスの供給流量が上記範囲内であれば、モニタウェーハの表面の清浄化が効率よく行われる。
【００１４】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記第一熱処理工程の熱処理温度が９００℃以上１２００℃以下であることが好ましい。
本発明によれば、第一熱処理工程における熱処理温度が９００℃以上１２００℃以下である。第一熱処理工程における熱処理温度が上記範囲内であれば、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。また、上記熱処理温度範囲は、エピタキシャル成長条件の熱処理温度と重複する範囲である。このため、エピタキシャル成長の熱処理温度条件から変更することなく、本発明の熱処理工程を実施できる。
【００１５】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数が２回以上２０回以下であることが好ましい。
本発明によれば、熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数が２回以上２０回以下である。熱処理工程の繰り返し回数を上記範囲とすることで、ウェーハ汚染評価工程で検出可能な濃度にまで、金属を蓄積したモニタウェーハを作製できる。結果として、ＭｏやＷ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの超微量金属汚染に対しても、金属測定が可能となる。この測定された金属濃度に基づいて、気相成長装置の汚染を管理することができる。
【００１６】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記ウェーハ搬入工程の前に、前記チャンバーの内部を塩化水素を含むガスで気相エッチングしてクリーニングするクリーニング工程を更に実施することが好ましい。
本発明によれば、ウェーハ搬入工程の前に、チャンバーの内部を塩化水素を含むガスで気相エッチングしてクリーニングするクリーニング工程が行われる。このようなクリーニングをすることで、エピタキシャル成長でチャンバーの内部に堆積した堆積物を好適に除去できる。
なお、クリーニング工程は、モニタウェーハの搬入前のみに実施すればよく、繰り返して実施する必要はないため、全体としての処理時間の長期化を避けることができる。
【００１７】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記クリーニング工程に引き続いて、前記チャンバーの内部のサセプタの温度を所定の温度範囲に加熱し、前記チャンバーの内部にシランを含むガスを流通させ、前記サセプタの表面上にポリシリコン膜を形成させるコーティング工程を更に実施することが好ましい。
本発明によれば、クリーニング工程によってエピタキシャル成長でチャンバーの内部に堆積した堆積物を除去した後、コーティング工程を実施する。サセプタは、金属不純物を多く含んでいる傾向があり、汚染源になりやすい。コーティング工程により、サセプタの表面をポリシリコン膜で被覆することで、サセプタを起因とする金属の汚染を排除できる。サセプタからの金属汚染の影響を排除できるため、より明確な評価結果が得られる。
【００１８】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記ウェーハ汚染評価工程が、化学分析による金属濃度測定及び／又はライフタイム測定であることが好ましい。
本発明によれば、ウェーハ汚染評価工程が、化学分析による金属濃度測定及び／又はライフタイム測定である。化学分析による金属濃度測定では、表層部分における各金属元素の濃度をそれぞれ検出できる。このため、気相成長装置の金属汚染状況を詳細に把握できるので、きめ細かな管理を行うことができる。またライフタイム測定は、どの種類の金属がどの程度の割合で含まれているかは判断できないが、測定対象がウェーハ全体であることや、測定手法が簡便であるという利点を有している。このため、気相成長装置の金属汚染状況を簡便に把握できる。これらは、ウェーハ汚染評価項目に応じて使い分けてもよいし、両者を組み合わせて実施してもよい。
【００１９】
本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記化学分析が、誘導結合プラズマ質量分析を使用して行われることが好ましい。
また、本発明の気相成長装置の汚染管理方法では、前記化学分析が、気相分解法を使用して行われることが好ましい。
本発明によれば、化学分析に誘導結合プラズマ質量分析や気相分解法を使用するので、汚染強調されたモニタウェーハの表面並びに表層に含まれる、各金属元素の濃度をそれぞれ簡便に測定できる。
【００２０】
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、上記気相成長装置の汚染管理方法により管理された気相成長装置を用いて、エピタキシャルシリコンウェーハを製造することを特徴とする。
本発明によれば、上記汚染管理方法により金属汚染管理された気相成長装置を用いてエピタキシャルシリコンウェーハを製造するので、所定の金属濃度範囲内に管理されたエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の汚染管理対象である気相成長装置を示す概略図である。
【図２】本発明の気相成長装置の汚染管理方法の処理工程を示す図である。
【図３】実施例１，２及び比較例１のＭｏ濃度の検出感度比を示す図である。
【図４】実施例１，２及び比較例１のＷ濃度の検出感度比を示す図である。
【図５】実施例３，４のライフタイム分析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態を図面を参照して説明する。
〔気相成長装置の構成〕
第一実施形態の汚染管理対象となる気相成長装置としては、シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を気相成長させる、枚葉式の気相成長装置が挙げられる。
図１に示すように、気相成長装置１は、搬送室７の周りに、気相成長のためのチャンバー２，３と、ロードロック室１０，１１と、クーリングチャンバー１４とがそれぞれ接続されている。搬送室７にはウェーハ搬送装置６が配置されており、このウェーハ搬送装置６により、各チャンバーへのシリコンウェーハの搬入並びに搬出が行われる。チャンバー２，３には、サセプタ４，５が配置されている。ロードロック室１０，１１には、シリコンウェーハ１２，１３を収納可能なカセット８，９が配置されている。なお、クーリングチャンバー１４は、シリコンウェーハ１２，１３を冷却するために設けられている。また、搬送室７とロードロック室１０，１１との間、並びに搬送室７とチャンバー２，３との間には、開閉するゲートバルブ１５，１６がそれぞれ設けられている。
【００２３】
〔気相成長装置を用いたエピタキシャルシリコンウェーハの製造〕
次に、上記構成を有する気相成長装置１を用いてエピタキシャルシリコンウェーハを製造する方法を説明する。
先ず、ロードロック室１０，１１の内部に配置されているカセット８，９に気相成長用のシリコンウェーハ１２，１３を搬入する。そして、ロードロック室１０，１１を密閉し、この状態で、真空ポンプなどで真空引き（真空排気）することでロードロック室１０，１１を減圧する。その後、ロードロック室１０，１１の内部に窒素などの不活性ガスを導入することでロードロック室１０，１１の内部を不活性ガスで置換する。
【００２４】
不活性ガスによる雰囲気の置換後は、ゲートバルブ１６を開けて、ウェーハ搬送装置６により、ロードロック室１０，１１からシリコンウェーハ１２，１３を搬出する。
続いて、搬出されたシリコンウェーハ１２，１３を水素ガス雰囲気に調整されたチャンバー２，３の内部に搬入し、サセプタ４，５上にシリコンウェーハ１２，１３を載置する。シリコンウェーハ１２，１３をチャンバー２，３に搬入する際の投入温度は、例えば５５０℃以上８００℃以下が好ましい。
そして、ゲートバルブ１５を閉じて、水素熱処理温度まで加熱する。水素熱処理温度としては、１０５０℃以上１２００℃以下が好ましい。その後、シリコンウェーハ１２，１３を所望の成長温度にまで加熱するとともに、シリコンウェーハ１２，１３の表面上に、原料ガス及びキャリアガスをそれぞれ略水平に供給する。成長温度としては、９５０℃以上１１８０℃以下が好ましい。原料ガスとしてはＴＣＳ（トリクロロシラン：ＳｉＨＣｌ３）、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４などのシランガスが、キャリアガスとしては水素ガスがそれぞれ好ましい。上記条件で所定時間処理することによって、シリコンウェーハ１２，１３の表面上に、所望の厚さのエピタキシャル層を気相成長させてエピタキシャルシリコンウェーハを製造する。
【００２５】
その後、製造されたエピタキシャルシリコンウェーハは、ウェーハ搬送装置６でチャンバー２，３から搬出される。そして、クーリングチャンバー１４の内部で冷却された後、ロードロック室１０，１１の内部に配置されているカセット８，９に搬送される。更に、カセット８，９とともに気相成長装置１の外へと搬出される。
【００２６】
上記のようなエピタキシャル成長を行うと、原料ガスからの副生成物がチャンバー２，３の内部に堆積する。この堆積物が存在すると、製造するエピタキシャルシリコンウェーハにパーティクルが付着するなどの品質を損ねるおそれがあるため、定期的に堆積物を除去する必要がある。
【００２７】
本実施形態の気相成長装置の汚染管理方法は、図２に示すように、クリーニング工程Ｓ１と、ウェーハ搬入工程Ｓ２と、第一熱処理工程Ｓ３１と第二熱処理工程Ｓ３２とを含む熱処理工程Ｓ３を連続して所定の回数繰り返す熱処理繰り返し工程Ｓ４と、ウェーハ搬出工程Ｓ５と、ウェーハ汚染評価工程と、を備える。
以下、各工程について詳述する。
【００２８】
〔クリーニング工程Ｓ１〕
第一実施形態の汚染管理方法では、先ず、上記のようなエピタキシャル成長を終えた気相成長装置１のチャンバー２，３の内部をクリーニングする。このクリーニング工程Ｓ１では、チャンバー２，３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る。これにより、エピタキシャル成長を実施してチャンバー２，３の内部に堆積した堆積物をエッチングする。クリーニング条件としては、チャンバーの内部を９００℃以上１２００℃以下に加熱し、塩化水素を含むガスを１０秒以上３００秒以下で流通させることが好ましい。
上記温度範囲内としたのは、９００℃より低い温度ではチャンバー２，３の内部での汚染の発生が十分ではなく、１２００℃より高い温度ではチャンバー２，３の加熱性能や耐熱性が十分ではないためである。また、クリーニング時間を上記範囲内としたのは、１０秒より短い時間では、塩化水素を含むガスによる汚染の発生が十分ではなく、３００秒より長い時間だと、処理時間が長くなりすぎるためである。
【００２９】
〔ウェーハ搬入工程Ｓ２〕
次いで、クリーニングしたチャンバー２，３の内部に水素ガスを流通させて、チャンバー２，３の内部を水素ガス雰囲気に置換した後、投入温度（例えば６５０℃）に調整されたチャンバー２，３の内部のサセプタ４，５上にモニタウェーハを搬入する。この第一実施形態では、モニタウェーハを便宜的にシリコンウェーハ１２，１３として説明する。
【００３０】
〔熱処理繰り返し工程Ｓ４〕
熱処理繰り返し工程Ｓ４では、熱処理工程Ｓ３を連続して所定の回数繰り返す。
熱処理工程Ｓ３の繰り返し回数は、２回以上２０回以下が好ましく、２回以上１０回以下がより好ましく、５回以上１０回以下が特に好ましい。上記熱処理工程Ｓ３の繰り返し回数が下限値未満では、モニタウェーハへの金属の蓄積が十分に行われず、後述するウェーハ汚染評価工程で金属濃度を検出できないおそれがある。一方、熱処理工程Ｓ３の繰り返し回数が上限値を超えても、その効果はあまり変わらないため、非効率である。
【００３１】
〔熱処理工程Ｓ３〕
熱処理工程Ｓ３は、第一熱処理工程Ｓ３１と、第二熱処理工程Ｓ３２とを含む。第二熱処理工程Ｓ３２は、第一熱処理工程Ｓ３１の実施中に、更に、塩化水素を含むガスを供給することにより実施される。
【００３２】
〔第一熱処理工程Ｓ３１〕
第一熱処理工程Ｓ３１では、チャンバー２，３の内部に、塩化水素を含むガスは供給せず、水素を含むガスを供給して、モニタウェーハを水素を含むガス雰囲気下で熱処理する。
この第一熱処理工程Ｓ３１における熱処理温度は９００℃以上１２００℃以下が好ましく、１０５０℃以上１２００℃以下がより好ましい。また、水素を含むガスを１０秒以上３００秒以下で流通させることが好ましい。
熱処理温度を上記範囲内としたのは、９００℃より低い温度ではチャンバー２，３の内部での汚染の発生が十分ではないおそれがあり、他方１２００℃より高い温度ではチャンバー２，３の加熱性能や耐熱性が十分ではないおそれがある。また、熱処理時間を上記範囲内としたのは、１０秒より短い時間では、汚染の取り込みが十分ではないおそれがあり、３００秒より長い時間だと、処理時間が長くなりすぎるためである。
【００３３】
〔第二熱処理工程Ｓ３２〕
第二熱処理工程Ｓ３２では、チャンバー２，３の内部に、塩化水素を含むガス及び水素を含むガスを供給して、モニタウェーハを塩化水素を含むガス及び水素を含むガス雰囲気下で熱処理する。この第二熱処理工程を実施することで、モニタウェーハの表面の最表層部分が塩化水素によりエッチングされ、モニタウェーハの表面が清浄化される。清浄化されたモニタウェーハの表面は活性な状態になる。このため、第二熱処理工程を実施することで、モニタウェーハの表面は、金属で汚染され易い活性な状態になるため、金属の蓄積が効率よく行われる。
また、この第二熱処理工程では、塩化水素を含むガスを供給することから、塩化水素を含むガスを供給する配管系を起因とする金属汚染をより効率よく評価できる。
【００３４】
第二熱処理工程Ｓ３２の熱処理温度は、第一熱処理工程Ｓ３１の熱処理温度に対して−１００℃以上＋１００℃以下の範囲内が好ましく、−５０℃以上＋５０℃以下の範囲内がより好ましく、−２５℃以上＋２５℃以下の範囲内が特に好ましい。
第二熱処理工程Ｓ３２の熱処理温度が上記範囲よりも低いと、モニタウェーハに金属汚染を十分に導入することができず、検出感度が低下するおそれがある。他方、熱処理温度が上記範囲よりも高いと、モニタウェーハの表面が過度にエッチングされるおそれがある。この場合、モニタウェーハの表面に既に導入された金属汚染がエッチングによって除去されてしまうおそれがある。
【００３５】
第二熱処理工程Ｓ３２の処理時間は、１秒以上２００秒以下が好ましく、１０秒以上６０秒以下がより好ましく、１５秒が特に好ましい。第二熱処理工程の処理時間が上記範囲よりも短いと、第二熱処理工程Ｓ３２を実施することによる、金属汚染の強調が十分に進行しないおそれがあり、他方、処理時間が上記範囲よりも長いと、全体としての処理時間の長期化を招くおそれがある。
【００３６】
第二熱処理工程Ｓ３２における、塩化水素を含むガスの供給流量は、０．１ｓｌｍ以上５．０ｓｌｍ以下が好ましく、０．２ｓｌｍ以上２．０ｓｌｍ以下がより好ましく、０．５ｓｌｍ以上１．０ｓｌｍ以下が特に好ましい。塩化水素を含むガスの供給流量が上記範囲よりも少ないと、塩化水素を含むガスを供給する配管系からの金属汚染の導入が不十分となるおそれがある。他方、供給流量が上記範囲よりも多いと、モニタウェーハの表面が過度にエッチングされるおそれがある。この場合、モニタウェーハの表面に既に導入された金属汚染がエッチングによって除去されてしまうおそれがある。
【００３７】
〔ウェーハ搬出工程Ｓ５〕
次に、チャンバー２，３の内部から上記熱処理繰り返し工程Ｓ４を終えたモニタウェーハを搬送室７に搬出する。熱処理繰り返し工程Ｓ４で金属汚染強調されたモニタウェーハは、ウェーハ搬送装置６でチャンバー２，３から搬出され、クーリングチャンバー１４の内部で冷却された後、気相成長装置１の外へ搬出される。
【００３８】
〔ウェーハ汚染評価工程〕
次に、上記ウェーハ搬出工程Ｓ５でチャンバー２，３の外へと搬出されたモニタウェーハの金属汚染度を評価する。ウェーハ汚染評価は、化学分析による金属濃度測定及び／又はライフタイム測定により行われることが好ましい。
【００３９】
〔化学分析〕
金属汚染強調されたモニタウェーハに対して、化学分析を行い、そのモニタウェーハ中の金属濃度を測定する。化学分析による金属濃度測定では、表層部分における各金属元素の濃度をそれぞれ検出できる。このため、化学分析によって測定された金属濃度に基づいて、気相成長装置１のチャンバー２，３の内部の汚染状況を金属元素ごとに詳細に把握することができる。
第一実施形態の汚染管理方法における分析対象は、ＭｏやＷ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの拡散速度が遅い金属である。また、上記拡散速度が遅い金属だけでなく、ＣｒやＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕについても併せて分析対象としてもよい。この第一実施形態では、化学分析が、誘導結合プラズマ質量分析を使用して行われることが好ましい。更に、化学分析が、気相分解法を使用して行われることが好ましい。
分析対象となるＭｏやＷ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの金属は、拡散速度が遅いため、その大部分はモニタウェーハの表面と、深さ５μｍ程度までの表層とに存在すると推察される。このため、金属汚染強調されたモニタウェーハの表面の分析と、表層の分析とを実施することで、金属汚染管理が可能となる。
【００４０】
〔ライフタイム測定〕
ライフタイムは、例えば、μ−ＰＣＤ法により金属汚染強調されたモニタ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）を測定することで得られる。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良品判定を容易に行うことができる。
【００４１】
〔エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法〕
本実施形態のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、上記汚染管理方法により管理された気相成長装置１を用いて、エピタキシャルシリコンウェーハを製造する。
上記汚染管理方法によって、チャンバー２，３の内部の汚染状況を金属元素ごとに把握した気相成長装置１を用いるため、所定の金属濃度範囲内に管理されたエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
【００４２】
〔実施形態の作用効果〕
上述したように、上記実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）第一熱処理工程では、水素を含むガス雰囲気下で熱処理を実施する。このため、金属が気化し易い形態の化合物として存在したとしても、水素を含むガスによって還元されるので、金属化合物の気化が防止される。結果として、金属の気化量が減少するため、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。
（２）第一熱処理工程では、モニタウェーハは高温で水素を含むガスに曝されるため、モニタウェーハの表面に存在する自然酸化膜が除去される。このため、第一熱処理工程では、モニタウェーハの表面は常に金属で汚染され易い状態が維持されるので、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。
（３）第二熱処理工程では、塩化水素を含むガス及び水素を含むガス雰囲気下で熱処理を実施する。このため、モニタウェーハの表面の最表層部分が塩化水素によりエッチングされ、モニタウェーハの表面は清浄化され、活性な状態になる。このように、モニタウェーハの表面は、金属で汚染され易い活性な状態になるため、モニタウェーハの表面への金属の吸着が効率よく行われる。そして、引き続き、繰り返される第一熱処理工程を実施することで、表面に吸着された金属がモニタウェーハの内部に拡散されるため、結果として、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。
また、この第二熱処理工程では、塩化水素を含むガスを供給することから、塩化水素を含むガスを供給する配管系を起因とする金属汚染をより効率よく評価できる。
（４）熱処理繰り返し工程では、第一熱処理工程及び第二熱処理工程を含む熱処理工程を連続して所定の回数繰り返す。このため、モニタウェーハは金属で汚染される環境下に繰り返し曝されることになる。これにより、ウェーハ汚染評価工程で確実に検出が可能なレベルにまで金属がモニタウェーハに蓄積される。結果として、ＭｏやＷ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａなどの超微量金属汚染に対しても、金属測定が可能となる。この測定された金属濃度に基づいて、気相成長装置の汚染を管理することができる。
【００４３】
（５）熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数が２回以上２０回以下である。熱処理工程の繰り返し回数を上記範囲とすることで、ウェーハ汚染評価工程で検出可能な濃度にまで、金属を蓄積したモニタウェーハを作製できる。
（６）第一熱処理工程における熱処理温度が９００℃以上１２００℃以下である。上記熱処理温度であれば、モニタウェーハへの金属の蓄積が効率よく行われる。また、上記熱処理温度範囲は、エピタキシャル成長条件の熱処理温度と重複する範囲である。このため、エピタキシャル成長の熱処理温度条件から変更することなく、本発明の熱処理工程を実施できる。
【００４４】
（７）第二熱処理工程の熱処理温度が、第一熱処理工程の熱処理温度に対して−１００℃以上＋１００℃以下の範囲内である。第二熱処理工程の熱処理温度が上記範囲内であれば、モニタウェーハの表面の清浄化が効率よく行われる。
（８）第二熱処理工程の処理時間が１秒以上２００秒以下である。第二熱処理工程の処理時間が上記範囲内であれば、モニタウェーハの表面の清浄化が効率よく行われる。
（９）第二熱処理工程における、塩化水素を含むガスの供給流量が０．１ｓｌｍ以上５．０ｓｌｍ以下である。塩化水素を含むガスの供給流量が上記範囲内であれば、モニタウェーハの表面の清浄化が効率よく行われる。
（１０）ウェーハ搬入工程の前に、チャンバーの内部を塩化水素を含むガスで気相エッチングしてクリーニングするクリーニング工程を実施する。このようなクリーニングをすることで、エピタキシャル成長でチャンバーの内部に堆積した堆積物を好適に除去できる。
【００４５】
（１１）ウェーハ汚染評価工程が、化学分析による金属濃度測定及び／又はライフタイム測定である。化学分析による金属濃度測定では、表層部分における各金属元素の濃度をそれぞれ検出できる。このため、気相成長装置１の金属汚染状況を詳細に把握できるので、より一層きめ細かな管理を行うことができる。またライフタイム測定は、どの種類の金属がどの程度の割合で含まれているかは判断できないが、測定対象がウェーハ全体であることや、測定手法が簡便であるという利点を有している。このため、気相成長装置の金属汚染状況を簡便に把握できる。これらは、ウェーハ汚染評価項目に応じて使い分けることができ、また両者を組み合わせて実施することができる。
（１２）化学分析に誘導結合プラズマ質量分析や気相分解法を使用する。このため、汚染強調されたモニタウェーハの表面並びに表層に含まれる、各金属元素の濃度をそれぞれ簡便に測定できる。
【００４６】
〔他の実施形態〕
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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
上記実施形態では、化学分析として、モニタウェーハの表面並びに表層における金属濃度を測定したが、モニタウェーハに対してバルク分析を実施してもよい。
また、熱処理繰り返し工程では、１回の熱処理工程を実施する度に、モニタウェーハの搬入及び搬出作業をその都度実施してもよい。
その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造等は本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【００４７】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
第二実施形態の汚染管理対象となる気相成長装置は、上記第一実施形態と同様の図１に示す気相成長装置１であるため、その構成については説明を省略する。
第二実施形態では、クリーニング工程Ｓ１に引き続いて、コーティング工程を更に実施する。コーティング工程は、チャンバー２，３の内部のサセプタ４，５の温度を所定の温度範囲に加熱し、チャンバー２，３の内部にシランを含むガスを流通させ、サセプタ４，５の表面上にポリシリコン膜を形成させる。
コーティング工程を実施することにより、クリーニングを終えたサセプタ４，５の表面をポリシリコン膜で被覆することで、サセプタ４，５を起因とする金属の汚染を排除できる。サセプタ４，５からの金属汚染の影響を排除することができるため、より明確な評価結果が得られる。
【実施例】
【００４８】
次に、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
【００４９】
〔実施例１〕
モニタウェーハとして、直径３００ｍｍのｎ−型シリコンウェーハを使用した。また気相成長装置として、撮像素子用エピタキシャルシリコンウェーハに対応可能なエピタキシャル成長装置を使用した。そして、以下の条件で各種処理を行い、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製した。
クリーニング工程、ウェーハ搬入工程、熱処理繰り返し工程、及びウェーハ搬出工程を行い、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製。熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数は５回。処理条件は、クリーニング工程が、ＨＣｌガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間７５秒。熱処理工程は、第一熱処理工程が水素ガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間２７０秒。第二熱処理工程がＨＣｌガス及び水素ガス雰囲気、熱処理温度１１５０℃、処理時間１５秒、ＨＣｌガス供給流量０．７５ｓｌｍ。
【００５０】
〔実施例２〕
熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数を１０回に変更した以外は上記実施例１と同様にして、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製した。
【００５１】
〔比較例１〕
上記実施例１と同様の直径３００ｍｍのｎ−型シリコンウェーハをモニタウェーハとして用意し、上記実施例１と同様のエピタキシャル成長装置を使用した。そして、以下の条件で各種処理を行い、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製した。
クリーニング工程、ウェーハ搬入工程、熱処理工程、及びウェーハ搬出工程を行い、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製。クリーニング工程、ウェーハ搬入工程、熱処理工程、及びウェーハ搬出工程を１サイクルとしたときのサイクルの繰り返し回数は５回。
処理条件は、クリーニング工程が、ＨＣｌガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間７５秒。熱処理工程は、水素ガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間２７０秒。
【００５２】
〔参考例１〕
上記実施例１と同様の直径３００ｍｍのｎ−型シリコンウェーハをモニタウェーハとして用意し、上記実施例１と同様のエピタキシャル成長装置を使用した。そして、以下の条件で各種処理を行った。
モニタウェーハに対し、クリーニング工程、ウェーハ搬入工程、エピタキシャル成長工程、及びウェーハ搬出工程を行った。
処理条件は、クリーニング工程が、ＨＣｌガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間７５秒。エピタキシャル成長工程は、水素ガス、および、ＴＣＳガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間２７０秒とした。
【００５３】
〔ウェーハ汚染評価１〕
実施例１，２、比較例１及び参考例１の各種処理を行ったモニタウェーハに対して以下の表面分析を行い、Ｗ，Ｍｏの金属濃度を測定した。図３，図４にその結果を示す。なお、図３，図４中の縦軸で表す検出感度比は、参考例（強調汚染なし）の検出感度を１としたときの相対比較である。
【００５４】
〔表面分析〕
各種処理を行ったモニタウェーハの表面にフッ酸と過酸化水素水との混合溶液を接触させることにより、モニタウェーハの表面に存在している金属を混合溶液により回収した。回収した金属は誘導結合プラズマ質量分析により測定し、モニタウェーハの表面の各金属元素における濃度を求めた。
【００５５】
図３，４に示すように、実施例１，２及び比較例２は、参考例と比較して、検出感度が高く、金属汚染が強調されていることが確認できる。
図３から、Ｍｏの検出では、繰り返し回数が５回では、実施例１は比較例１と比較して検出感度が若干劣る結果となった。一方で、実施例１の処理時間は、比較例１の半分程度にまで短縮されており、Ｍｏの検出に関しては、本発明の汚染管理方法により、汚染状況を簡便に把握できることが判った。
また、繰り返し回数が１０回の実施例２は、比較例１よりも検出感度が高い結果となった。実施例２は、比較例１に比べて繰り返し回数が多いが、比較例１はサイクル中にクリーニング工程が含まれ、ウェーハの搬入及び搬出の作業をする必要があることを考慮すると、実施例２は、簡便に、かつ、高感度化できていることが判る。
また、図４から、Ｗの検出では、実施例１，２ともに、比較例１に比較して、同等以上の検出感度が得られている結果が得られた。この結果から、Ｗの検出に関しては、本発明の汚染管理方法により、汚染状況を簡便に把握でき、かつ高感度化できることが判った。
なお、Ｍｏの結果と、Ｗの結果とを比較すると、比較例１では、Ｍｏの検出感度比に対するＷの検出感度比は２倍程度であった。一方、実施例１，２では、Ｍｏの検出感度比に対するＷの検出感度比は３倍程度にまで高くなっていた。この比較から、本発明の汚染管理方法では、特にＷの検出感度を高めることが可能であることが判った。
【００５６】
〔実施例３〕
上記実施例１と同様の直径３００ｍｍのｎ−型シリコンウェーハをモニタウェーハとして用意し、上記実施例１と同様のエピタキシャル成長装置を使用した。そして、以下の条件で各種処理を行い、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製した。
クリーニング工程、コーティング工程、ウェーハ搬入工程、熱処理繰り返し工程、及びウェーハ搬出工程を行い、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製。熱処理繰り返し工程における熱処理工程の繰り返し回数は５回。処理条件は、クリーニング工程が、ＨＣｌガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間７５秒。コーティング工程は、トリクロロシランガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間３０秒。熱処理工程は、第一熱処理工程が水素ガス雰囲気、熱処理温度１１２０℃、処理時間２７０秒。第二熱処理工程がＨＣｌガス及び水素ガス雰囲気、熱処理温度１１５０℃、処理時間１５秒、ＨＣｌガス供給流量０．７５ｓｌｍ。
【００５７】
〔実施例４〕
コーティング工程を実施しない以外は上記実施例３と同様にして、金属汚染強調されたモニタウェーハを作製した。
【００５８】
〔ウェーハ汚染評価２〕
実施例３，４の各種処理を行ったモニタウェーハに対してμ−ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。図５にその結果を示す。
【００５９】
図５から明らかなように、コーティング工程を実施せず、サセプタの表面上にポリシリコン膜を形成しない実施例４では、ライフタイムの低下がスポット状に発生していることが確認できる。このスポット状に発生したライフタイムの低下は、サセプタを起因とする金属汚染によるものと推察される。一方、コーティング工程を実施して、サセプタの表面上にポリシリコン膜を形成した実施例３では、実施例４と比較して、この影響が軽減されていた。これらの結果から、コーティング工程を実施することで、サセプタを起因とする金属汚染の影響がない、より明確な評価ができることが確認された。
【符号の説明】
【００６０】
１…気相成長装置、２，３…チャンバー、６…ウェーハ搬送装置、Ｓ１…クリーニング工程、Ｓ２…ウェーハ搬入工程、Ｓ３１…第一熱処理工程、Ｓ３２…第二熱処理工程、Ｓ３…熱処理工程、Ｓ４…熱処理繰り返し工程、Ｓ５…ウェーハ搬出工程。
【図１】
0006327094.tif 000002
【図２】
0006327094.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006327094.tif 000005
【図５】
0006327094.tif 000006