(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にエピタキシャル層を成長するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
反応炉内の前記基板から放射されて前記反応炉の窓部を通じて前記反応炉外に進む第１電磁波と、前記窓部から放射されて前記第１電磁波と同一の経路を進む第２電磁波とを含むビームを分割し、
分割した各分割ビームの１つから前記基板の基板温度を第１の放射温度計で検出し、前記各分割ビームの別の１つから前記窓部の窓温度を第２の放射温度計で検出し、
前記窓温度を一定温度にした状態で前記基板温度を指標にして成長温度に前記基板を加熱す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１の放射温度計において設定する温度測定対象の放射率は、前記第１の放射温度計とは別の第１計測手段で実測した前記基板の前記基板温度により校正され、
前記第２の放射温度計において設定する温度測定対象の放射率は、前記第２の放射温度計とは別の第２計測手段で実測した前記窓部の前記窓温度により校正される請求項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】
前記第１及び第２計測手段に熱電対を使用する請求項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】
前記反応炉内のクリーニングにより加熱された前記窓部を冷却して前記窓温度を前記一定温度にする請求項１ないし３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５】
前記一定温度を同一の温度にして複数の前記エピタキシャルウェーハを製造する請求項１ないし４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６】
ハーフミラーを使用して前記ビームを２つに分割する請求項１ないし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。
【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】
例えば、シリコンエピタキシャルウェーハは、水素雰囲気中でシリコン単結晶基板の主表面上にシランガスを原料としてシリコンエピタキシャル層を気相成長することで製造される。
【０００３】
このエピタキシャルウェーハの製造に、例えば枚葉型の気相成長装置を用いると、気相成長時に発生する副生成物が気相成長を繰り返すに連れて気相成長装置の反応炉内に堆積する。堆積した副生成物はエピタキシャルウェーハの品質に悪影響を及ぼすため、ハロゲンガス（例えば、塩化水素ガス）を反応炉内に導入して副生成物を除去するクリーニングが必要となる。
【０００４】
１枚のエピタキシャルウェーハを作製する毎にそのクリーニングを実施するとエピタキシャルウェーハの生産性が著しく低下するため、複数枚のエピタキシャルウェーハを作製する度にクリーニングが実施される。
【０００５】
反応炉がクリーニングされると、クリーニング後の反応炉を用いて再び、エピタキシャルウェーハの製造が行われる。しかし、クリーニングされたばかりの反応炉を用いて１枚１枚エピタキシャルウェーハを作製すると、作製されたエピタキシャルウェーハの間でエピタキシャル層の膜厚に変動が生じることが分かっている。この膜厚変動を引き起こす要因として次のことが挙げられる。
【０００６】
エピタキシャル層を気相成長する際には、エピタキシャル層を気相成長させる基板の基板温度を監視し、その基板温度を気相成長時の成長温度に制御して基板上にエピタキシャル層を成長させる。この基板温度は、特許文献１及び２に開示されるように反応炉の外側に配置された放射温度計により測定される。具体的には、反応炉内の基板から放射され、例えば、反応炉の上部に形成された窓状の石英部材を経て反応炉外に放射される電磁波の強度を放射温度計で検出して基板温度が測定される。その放射温度計により検出される電磁波には基板から放射される電磁波以外に窓状の石英部材から放射される電磁波も含まれる。
【０００７】
ところで、この窓状の石英部材は、反応炉とともにクリーニング時には反応炉内をクリーニングするために適した温度に加熱され、その後、気相成長をするのに適した温度に加熱される。クリーニング時にその石英部材を加熱した熱はクリーニングから時間が経過するに連れて冷め、石英部材の温度はクリーニング時を基点に経時的に変化する。そのため、基板温度を測定する際に検出される電磁波のうち石英部材から放射される電磁波が石英部材の温度変化により変動し、放射温度計により測定される基板温度の測定値に誤差が生じる。この基板温度は気相成長時に基板を加熱する際の指標となるため、その指標に誤差が生じた状態で複数のエピタキシャルウェーハを作製すると、気相成長する度に温度条件にばらつきが生じる。それ故、クリーニング後に作製される複数のエピタキシャルウェーハの間では、気相成長時の温度条件がばらつくことに起因してエピタキシャル層の膜厚に変動が生じる。
【０００８】
そのため、特許文献３では石英部材から放射される電磁波が測定される基板温度に誤差を与えないように、石英部材の温度を監視して石英部材をブロワで一定温度に冷却している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３２９９９３号公報
【特許文献２】特開２００８−２３５８５８号公報
【特許文献３】特開平０９−３１２２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献３で温度を監視する石英部材の位置は、基板から放射される電磁波が放射温度計に向かう経路上の位置とは異なる。そのため、その２つの位置で温度差が生じる場合は、基板から放射される電磁波が透過する石英部材を一定温度に制御できていない可能性があり、放射温度計が示す基板温度に誤差が生じる可能性がある。よって、エピタキシャル層を気相成長させる温度条件が気相成長する度にばらつき、作製される複数のエピタキシャルウェーハの間でエピタキシャル層の膜厚が変動するおそれがある。
【００１１】
本発明の課題は、エピタキシャル層を気相成長させる基板の基板温度に測定誤差が生じるのを抑制する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及び発明の効果】
【００１２】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、
基板にエピタキシャル層を成長するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
反応炉内の基板から放射されて反応炉の窓部を通じて反応炉外に進む第１電磁波と、窓部から反応炉外に放射されて第１電磁波と同一の経路を進む第２電磁波とを含むビームを分割し、
分割した各分割ビームの１つから基板の基板温度を第１の放射温度計で検出し、各分割ビームの別の１つから窓部の窓温度を第２の放射温度計で検出し、
窓温度を一定温度にした状態で基板温度を指標に成長温度まで基板を加熱することを特徴とする。
【００１３】
本発明では、基板から放射されて窓部を透過する第１電磁波と窓部から放射されて第１電磁波と同一経路を進む第２電磁波を含むビームを分割し、分割された各ビームから放射温度計により基板温度と窓温度を検出する。第１の放射温度計で測定する基板温度の測定値に影響を与える窓温度を第２の放射温度計で測定して一定温度に制御することで、窓部から放射される第２電磁波の変動を抑えて基板温度に測定誤差が生じるのを抑制できる。そして、誤差が抑制された基板温度を指標にしてエピタキシャル層を成長する成長温度に基板を加熱することができる。
【００１４】
第１の放射温度計において設定する温度測定対象の放射率は、第１の放射温度計とは別の第１計測手段で実測した基板の基板温度により校正され、
第２の放射温度計において設定する温度測定対象の放射率は、第２の放射温度計とは別の第２計測手段で実測した窓部の窓温度により校正される。具体的には、第１及び第２計測手段に熱電対を使用する。
【００１５】
本発明の実施態様では、反応炉内のクリーニングにより加熱された窓部を冷却して窓温度を一定温度にすることができる。
【００１６】
クリーニング時に加熱された窓部を冷却して窓温度を一定にすることで、クリーニング後に窓部の温度が経時的に変化するのを抑制できる。よって、窓部から放射される第２電磁波の強度を一定にし、第２電磁波が基板温度の測定値に誤差を与えるのを防止できる。
【００１７】
更に、本発明の実施態様では、前記窓部の一定温度を同一の温度にして複数のエピタキシャルウェーハを製造できる。これにより、エピタキシャルウェーハを複数製造する際の基板温度の検出条件が同じになり、気相成長する度に温度条件がばらつくのを抑制できる。そのため、気相成長時の温度条件のばらつきを抑制して作製した複数のエピタキシャルウェーハの間において、エピタキシャル層の膜厚に大きな変動が生じるのを抑制できる。
【００１８】
また、本発明の実施態様では、ハーフミラーを使用してビームを２つに分割できる。ハーフミラーを用いることで簡易にビームを分割できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】比較例で使用する気相成長装置の一例を示す模式断面図。
【図３】実施例及び比較例でそれぞれ７枚作製されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の膜厚変動率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は本発明で使用される一例の枚葉型の気相成長装置１を示す。気相成長装置１により、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）を気相成長させて、シリコンエピタキシャルウェーハを製造する。
【００２１】
気相成長装置１は、透明石英部材やステンレス等の金属部材等から構成された反応炉２を備える。反応炉２は、反応炉２の上部に石英部材で形成され、反応炉２内を観察可能な窓部２ａを備える。反応炉２の内部には、サセプタ３と、サセプタ３を支持する支持部４と、支持部４を通じてサセプタ３を駆動させる駆動部５を備える。
【００２２】
サセプタ３は円盤状に形成され、サセプタ３の表面は凹状に窪み基板Ｗが載置されるポケット部３ａを備える。サセプタ３は、ポケット部３ａに基板Ｗが載置された状態で基板Ｗを略水平に支持する。
【００２３】
支持部４はサセプタ３の裏面側からサセプタ３を略水平に支持するように図示Ｙ字状に配置される。支持部４は、鉛直方向に伸びる支柱４ａと、支柱４ａの上部から放射状に延びて先端がサセプタ３の周縁部に接続するアーム４ｂを備える。
【００２４】
支柱４ａの下部には駆動部５が接続される。駆動部５は支柱４ａを上下動及び支柱４ａを軸線Ｏ（鉛直方向）回りに回転駆動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。
【００２５】
反応炉２の外部には、反応炉２の左右にガス導入管６及びガス排出管７が配置されるとともに、反応炉２を収容するように反応炉２を覆うケース８が配置される。
【００２６】
ガス導入管６は反応炉２の水平方向の一端側（図示左側）に位置し、反応炉２内に各種のガスを略水平に導入する。ガス導入管６は反応炉２内に通じるガス導入口６ａから反応炉２内にガスを導入する。ガス導入管６は、気相成長時にはガス導入口６ａから反応炉２内に気相成長ガスＧを導入する。気相成長ガスＧ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を含む。原料ガスとしてはトリクロロシラン（ＴＣＳ）等のシラン系ガス、キャリアガスとしては水素ガス、ドーパントガスとしてはボロンやリンを含むガスが用いられる。
【００２７】
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内からガス（基板Ｗを通過した気相成長ガスＧ等）を排出する。ガス排出管７は、反応炉２内に通じるガス排出口７ａから反応炉２内に導入された気相成長ガスＧ等を反応炉２の外に排出する。
【００２８】
ケース８は、内部に反応炉２を収容するように反応炉２を覆って位置し、ケース８と反応炉２の間に形成される空間にランプ９とリフレクタ１０を備える。
【００２９】
ランプ９は反応炉２の上下に複数配置され、気相成長時に反応炉２内を加熱して反応炉２内に位置する基板Ｗ等の温度を調節する熱源である。
【００３０】
リフレクタ１０はランプ９と反応炉２を取り囲むように反応炉２の上下に位置し、ランプ９からの光を反応炉２内に導く。反応炉２の下部に位置するリフレクタ１０は図示逆さＭ字状に配置され、反応炉２の上部に位置するリフレクタ１０は、図示Ｍ字状に配置されるとともに、そのＭ字状の中央部から図示上方に突出するように配置される。リフレクタ１０は自身の表側と裏側に流体が行き来できるように複数の開口１０ａが備わる。
【００３１】
ケース８の外部には、ケース８の側方（図示右側）にダクト１１と冷却部１２が配置されるとともに、ケース８の上方にハーフミラー１３と放射温度計１４が配置される。
【００３２】
ダクト１１はケース８の側方（図示右側）に位置し、反応炉２の外壁に沿って冷気Ｃを導入可能、かつ、その導入した冷気Ｃをケース８の内壁に沿って排出可能な通路である。ダクト１１の一方にはケース８が接続され、ダクト１１の他方にはブロワ、コンプレッサ及び熱交換器等を有する冷却部１２が接続される。
【００３３】
冷却部１２は、ケース８と反応炉２の間に形成される空間にダクト１１を通じて冷気Ｃを導入し、反応炉２の外壁とリフレクタ１０等を冷却する冷却手段として機能する。冷気Ｃは、例えば、ダクト１１から反応炉２の外壁に沿って導入された後、ケース８と反応炉２の間の空間を流通してケース８の内壁に沿うようして冷却部１２に戻り、反応炉２の窓部２ａ等を冷却する。
【００３４】
ハーフミラー１３はケース８の上方（図示上側）に位置し、ハーフミラー１３に入射した入射光の半分を反射し、残りの半分を透過させることで入射光を２つに分割する。この入射光は具体的には次に示す電磁波である。反応炉２内のサセプタ３上に載置された基板Ｗは、基板Ｗの熱エネルギーに応じて赤外線や可視光線等の電磁波（第１電磁波とする）を放射する。基板Ｗから図示鉛直方向に（軸線Ｏに沿って）放射される第１電磁波は、窓部２ａを透過して反応炉２の外に進みハーフミラー１３へと入射する。第１電磁波が透過する窓部２ａは、第１電磁波と同様に窓部２ａの熱エネルギーに応じて電磁波（第２電磁波）を放射する。よって、第２電磁波は、窓部２ａから放射されて第１電磁波と同一の経路を進みハーフミラー１３へと入射する。そのため、ハーフミラー１３には、基板Ｗの第１電磁波と窓部２ａの第２電磁波を含むビームが入射する。ハーフミラー１３に入射したビームの一部（半分）はハーフミラー１３を透過して進行する一方で、残りのビーム（半分）はハーフミラー１３で反射し、２つのビームが別々の方向に導かれる。２つに分割された各ビームはそれぞれ放射温度計１４に導かれる。
【００３５】
放射温度計１４はケース８の上方（図示上側）に位置し、温度を測定する測定対象（基板Ｗ、窓部２ａ）から放射される電磁波の強度を検出して測定対象の温度を測定するパイロメーターとして構成される。本実施例のパイロメーターは、ハーフミラー１３より図示上方に位置する第１パイロメーター１４ａと、ハーフミラー１３の側方（図示右側）に位置する第２パイロメーター１４ｂを備える。第１パイロメーター１４ａ（第１の放射温度計）は基板Ｗの鉛直方向に位置し、ハーフミラー１３を透過した第１及び第２電磁波の強度から基板Ｗの基板温度Ｔ１を測定する。第２パイロメーター１４ｂ（第２の放射温度計）はハーフミラー１３により反射された第１及び第２電磁波が進行する経路上に位置し、ハーフミラー１３で反射した第１及び第２電磁波の強度から窓部２ａの窓温度Ｔ２を測定する。基板温度Ｔ１、窓温度Ｔ２を測定する場合は、温度の測定に先立って、第１及び第２パイロメーター１４ａ、１４ｂの放射率をそれぞれ設定する。第１パイロメーター１４ａでは、基板Ｗの実際の温度を熱電対（第１計測手段）等で測定することで温度校正して放射率を設定する。第２パイロメーター１４ｂでは、窓部２ａの実際の温度を熱電対（第２計測手段）等で測定することで温度校正して放射率を設定する。
【００３６】
反応炉２の外壁及び窓部２ａを冷却する冷却部１２と、基板Ｗ、反応炉２、窓部２ａ等を加熱するランプ９は図示しない制御部により制御される。制御部は、例えば、第１パイロメーター１４ａで測定した基板温度Ｔ１と第２パイロメーター１４ｂで測定した窓温度Ｔ２を常時監視し、検出した基板温度Ｔ１と窓温度Ｔ２から冷却部１２とランプ９を制御する。例えば、検出した窓温度Ｔ２が所定温度で一定になるように冷却部１２を制御して窓部２ａを一定に冷却した状態で、検出した基板温度Ｔ１を指標に基板Ｗを気相成長時の成長温度に加熱するようにランプ９を制御する。
【００３７】
以上のように構成された気相成長装置１に基板Ｗを搬入してサセプタ３上に基板Ｗを載置し、基板Ｗに気相成長ガスＧを導入して気相成長をすることでエピタキシャルウェーハが製造される。気相成長装置１によりエピタキシャルウェーハの製造が繰り返されると、反応炉２の内壁等には気相成長時に発生する副生成物が堆積する。この副生成物は、エピタキシャルウェーハの製造を重ねる毎に次第に増加し、エピタキシャルウェーハの品質に悪影響を及ぼす。そのため、エピタキシャルウェーハを所定の枚数（例えば７枚）製造する度に反応炉２内に塩化水素ガスを導入し、反応炉２内に堆積した副生成物をクリーニングする。
【００３８】
クリーニングする際は、図示しない制御部によりランプ９の出力を制御して反応炉２をクリーニングに適した温度（例えば、１２００℃）に加熱して反応炉２内をクリーニングする。反応炉２のクリーニングが終わると、クリーニング後の反応炉２を用いてエピタキシャルウェーハの製造が再び行われる。反応炉２の窓部２はリーニング用に加熱された後、気相成長をするために加熱されるため、窓部２ａの窓温度Ｔ２が経時的に変化する。そのため、基板温度Ｔ１を測定する第１パイロメーター１４ａが検出する第１電磁波（基板Ｗの電磁波）及び第２電磁波の強度のうち、窓部２ａから放射される第２電磁波の強度が変動して基板温度Ｔ１に誤差が生じる。
【００３９】
そこで、窓部２ａから放射される第２電磁波が基板温度Ｔ１に誤差を与えないように、図示しない制御部により冷却部１２を制御して窓温度Ｔ２を一定温度（例えば、５００℃）にする。窓温度Ｔ２を一定の状態にして窓部２ａから放射される第２電磁波の強度が変動するのを抑えることで、基板温度Ｔ１に測定誤差が生じるのを抑制できる。
【実施例】
【００４０】
以下、実施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。
【００４１】
（実施例）
気相成長装置１を用いて直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞のシリコン単結晶基板にシリコンエピタキシャル層を気相成長してシリコンエピタキシャルウェーハを連続して複数枚作製した。そのエピタキシャルウェーハの作製後、気相成長装置１の反応炉２をランプ９により１２００℃に加熱して反応炉２内に塩化水素ガスを導入して反応炉２内をクリーニングした。そして、クリーニングした反応炉２にシリコン単結晶基板を搬入し、冷却部１２により反応炉２の窓部２ａを冷却して窓温度Ｔ２を５００℃にした。窓温度Ｔ２が５００℃の状態で、ランプ９により反応炉２内のシリコン単結晶基板を加熱して基板温度Ｔ１を１１００℃にした。基板温度Ｔ１が１１００℃、窓温度Ｔ２が５００℃の状態で、サセプタ３上のシリコン単結晶基板に気相成長ガス（原料ガスにトリクロロシラン、キャリアガスに水素）を導入して気相成長を行った。成長条件としては、トリクロロシランを１０Ｌ／ｍｉｎ、キャリアガスを５０Ｌ／ｍｉｎにし、トリクロロシランとキャリアガスをそれぞれ１００秒間流して１枚目のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。
【００４２】
１枚目のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した後、反応炉２内のクリーニングをせずに連続してシリコンエピタキシャルウェーハを１枚目と同様に作製した。即ち、基板温度Ｔ１が１１００℃、かつ、窓温度Ｔ２が５００℃の状態で、トリクロロシラン及びキャリアガスを１枚目と同様に導入してエピタキシャルウェーハを作製した。同じように３枚目以降も同様にして合計で７枚のシリコンエピタキシャルウェーハを作製し、作製したシリコンエピタキシャルウェーハの各エピタキシャル層の膜厚を測定した。そして、１枚目に作製されたウェーハのエピタキシャル層の膜厚を１とし、２〜７枚目に作製されたウェーハの各エピタキシャル層の膜厚が１枚目の膜厚に対して変動した割合（膜厚変動率）を調査した。
【００４３】
（比較例）
比較例では、次に示す構成以外は気相成長装置１と同様の気相成長装置１０１（図２）によりシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。気相成長装置１０１は、ハーフミラー１３の代わりに反応炉２の上部に配置される窓部２ｂと、第２パイロメーター１４ｂの代わりに窓部２ｂの窓温度Ｔ３を測定する第３パイロメーター１４ｃを備える。気相成長装置１０１を用いる以外は実施例と同じ条件にしてシリコンエピタキシャルウェーハを７枚連続して作製し、作製した複数のシリコンエピタキシャルウェーハの各エピタキシャル層の膜厚を測定し、膜厚の変動率を調査した。
【００４４】
図３は、実施例及び比較例で作製した７枚のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の膜厚変動率の調査結果をそれぞれ示すグラフである。比較例では、エピタキシャルウェーハが連続して作製されるに連れてほぼ右肩上がりにエピタキシャル層の膜厚が増加する。それに対して、実施例では、１枚目に作製されたエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の膜厚の前後を行ったり来たりするようにエピタキシャル層の膜厚が１枚目の膜厚の近傍に集中する。
【００４５】
また、実施例及び比較例で作製した７枚のエピタキシャルウェーハから測定されたエピタキシャル層の膜厚の測定結果（実施例と比較例で各７つの測定結果）から膜厚の最大値と最小値をそれぞれ抽出した。抽出された最大値と最小値のペアから最大値から最小値を引いた値をクリーニング後１枚目のエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の膜厚で除し、１００を乗じた値を膜厚の変化率として膜厚の変化率を評価した。その結果、比較例では膜厚の変化率が０．２７％であるのに対して、実施例では膜厚の変化率が０．１０％となった。
【００４６】
以上より実施例では膜厚の安定効果が認められ、クリーニング後に連続して作製されたシリコンエピタキシャルウェーハの間でエピタキシャル層の膜厚が大きく変動するのを抑制できた。
【００４７】
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】
【００４８】
１      気相成長装置                  ２      反応炉
２ａ    窓部                          ３      サセプタ
９      ランプ                        １１    ダクト
１２    冷却部                        １３    ハーフミラー
１４    放射温度計                    １４ａ  第１パイロメーター
１４ｂ  第２パイロメーター            １０１  気相成長装置
Ｔ１    基板温度                      Ｔ２    窓温度
【図１】
0006274578.tif 000002
【図２】
0006274578.tif 000003
【図３】
0006274578.tif 000004