エピタキシャルウェーハの製造方法
【課題】エピタキシャル層の厚みの面内方向の均一性を向上できるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置でエピタキシャル層（エピ層）の厚みを測定し、開閉部材の操作によって開閉部材に対応するガス流出口を開閉させ、開閉部材の操作に対応するウェーハ面内のエピ層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程Ｓ１と、ウェーハにエピ層を形成させるエピタキシャル層形成工程Ｓ２と、エピタキシャル層形成工程Ｓ２により形成されたエピ層について複数の測定位置においてエピ層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程Ｓ３と、モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材を操作し、ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０と、を備える。
【解決手段】ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置でエピタキシャル層（エピ層）の厚みを測定し、開閉部材の操作によって開閉部材に対応するガス流出口を開閉させ、開閉部材の操作に対応するウェーハ面内のエピ層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程Ｓ１と、ウェーハにエピ層を形成させるエピタキシャル層形成工程Ｓ２と、エピタキシャル層形成工程Ｓ２により形成されたエピ層について複数の測定位置においてエピ層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程Ｓ３と、モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材を操作し、ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層が形成されてなる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】
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハの分野においては、基板としての半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルウェーハが知られている。エピタキシャルウェーハによれば、例えば、シリコンウェーハ上に任意の厚みや比抵抗を有する単結晶シリコンのエピタキシャル層が形成されているので、高性能の半導体デバイスを製造することができる。
【０００３】
半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させてエピタキシャルウェーハを得る装置として気相成長装置が使用されている。気相成長装置は、一般的に、半導体ウェーハが収容されるチャンバー（反応室）と、チャンバーの内部に回転可能に設置され且つ半導体ウェーハを支持するサセプタと、原料ガス（ＳｉＨ４等）又はキャリアガス（Ｈ２等）を少なくとも含む反応ガスをチャンバーの内部に供給するガス供給源と、を備えている。気相成長装置によれば、ガス供給源から反応ガスをチャンバーの内部に供給することにより、チャンバーに収容された半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させることができる。
【０００４】
ところで、半導体デバイスの分野においては高集積化が進んでおり、より微細な加工が必要になってきている。例えば、フォトリソグラフィー工程における露光装置の焦点深度等の関係から、デバイス材料となる半導体ウェーハには、より高い平坦度が要求されてきている。
【０００５】
気相成長装置において平坦度を向上させるためには、エピタキシャル層の厚み（以下「エピ厚」ともいう）についての面内方向の均一性（以下「面内均一性」ともいう）を向上させることが重要となる。ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式の気相成長装置においてエピ厚の面内均一性を向上させる技術として、下記特許文献１には、複数のガス流出口を有する整流部材を設け、ガス供給源から供給される反応ガスを、整流部材の複数のガス流出口から流出させることで整流して、チャンバーの内部に供給させる技術が記載されている。なお、枚葉式の気相成長装置によるエピ厚みの面内方向の傾向は、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４９３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の気相成長装置によれば、特定のプロセス条件に対しては有効であるかもしれないが、種々変更されるプロセス条件の全てに対して有効な手段であるとは言えない。特に、１個のサセプタに複数枚のウェーハを載置して処理を行うバッチ式の気相成長装置においては、ウェーハのエピ厚の面内方向の傾向が不明確で、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布とはならないため、エピ厚の面内均一性を向上させることは、更に難しい。
【０００８】
従って、本発明は、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性をより向上させることができるエピタキシャルウェーハの製造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】
【０００９】
（１）本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを収容するチャンバーと、該半導体ウェーハを載置可能に該チャンバーの内部に設置されるサセプタと、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを前記チャンバーの内部に供給するガス供給源と、該ガス供給源から供給される前記反応ガスを前記チャンバーの内部へ流出させる複数のガス流出口及び該ガス流出口を開閉する複数の開閉部材を有する整流部と、を備え、前記チャンバーに収容された前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成させる気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記サセプタに載置された前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置において前記エピタキシャル層の厚みを測定し、前記開閉部材それぞれの操作によって該開閉部材に対応する前記ガス流出口を開閉させ、前記開閉部材の操作に対応するウェーハ面内の前記エピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程と、前記半導体ウェーハに前記エピタキシャル層を形成させるエピタキシャル層形成工程と、前記エピタキシャル層形成工程により形成された前記エピタキシャル層について前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の前記測定位置において該エピタキシャル層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程と、前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて前記開閉部材を操作することにより、前記ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程と、と備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）前記ウェーハ面内実エピ厚修正工程は、前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出するウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程と、前記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程により算出された前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて前記開閉部材による前記ガス流出口の開閉パターンを選択する開閉パターン選択工程と、前記開閉パターン選択工程により選択された前記ガス流出口の開閉パターンに基づいて前記開閉部材を操作する開閉部材操作工程と、を備えることが好ましい。
【００１１】
（３）前記整流部は、その内部空間が複数の空間に仕切られ、複数の前記ガス流出口が複数の該空間に対応して配置されており、該空間に導入された前記反応ガスが該空間に対応する該ガス流出口から流出するように構成されていることが好ましい。
【００１２】
（４）前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた前記実厚み測定工程において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正するウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様に用いられる気相成長装置１を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示す気相成長装置１における整流部２を拡大して示す平面図である。
【図３】図２に示す整流部２をガス流出口２２が形成された面側から見た側面図で、（Ａ）は全てのガス流出口２２が開いた状態を示す図、（Ｂ）は一部のガス流出口２２が閉じた状態を示す図である。
【図４】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図５】整流部２における２０個のガス流出口２２に［１］〜［２０］の付番をした例を示す図である。
【図６】全てのガス流出口２２を全開にした状態で得られたエピ厚についての面内方向の分布を示すグラフである。
【図７】一部のガス流出口２２を閉じた状態で得られたエピ厚についての面内方向の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について図面を参照にしながら説明する。まず、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様で使用される気相成長装置について説明する。
【００１６】
図１は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様に用いられる気相成長装置１を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す気相成長装置１における整流部２を拡大して示す平面図である。図３は、図２に示す整流部２をガス流出口２２が形成された面側から見た側面図で、（Ａ）は全てのガス流出口２２が開いた状態を示す図、（Ｂ）は一部のガス流出口２２が閉じた状態を示す図である。
【００１７】
本形態の気相成長装置１は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を形成して（気相成長させて）、エピタキシャルウェーハを製造する装置である。この気相成長装置１は、図１〜図３に示すように、チャンバー１２、サセプタ１３、ガス供給源１４、整流部２等を備える。そして、本形態の気相成長装置１によれば、ガス供給源１４から導入される反応ガスＧを、整流部２を介してチャンバー１２の内部に供給することにより、チャンバー１２に収容された半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を形成することができる。
【００１８】
チャンバー１２は、反応室、反応容器などとも呼ばれ、サセプタ１３、エピタキシャル層が形成される半導体ウェーハＷなどを収容する。
サセプタ１３は、チャンバー１２の内部に回転可能に設置されており、半導体ウェーハＷを収容する凹部（図示せず）を複数有する。サセプタ１３は、前記凹部に複数枚（例えば８枚）の半導体ウェーハＷを載置することが可能に構成されている。サセプタ１３の載置面には、複数枚の半導体ウェーハＷがサセプタ１３の回転方向に沿って、所定間隔を置いて配列して載置される。従って、サセプタ１３を回転させることにより複数枚の半導体ウェーハＷがサセプタ１３の中心を回転中心として公転し、公転する複数枚の半導体ウェーハＷの主表面に、それぞれエピタキシャル層が形成される。
【００１９】
ガス供給源１４は、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを、整流部２を介してチャンバー１２の内部に供給する。原料ガスとしては、例えばＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２が挙げられる。キャリアガスとしては、例えばＨ２が挙げられる。原料ガス、キャリアガスなどからなる反応ガスは、混合ガスの状態で供給配管１６及び整流部２を介してチャンバー２の内部に供給される。
【００２０】
整流部２は、チャンバー１２の外部の上方に配設されており、供給配管１６を通じて導入される反応ガスをチャンバー１２の内部に供給する際に、反応ガスを整流してから半導体ウェーハＷの上方空間に流出させる部位である。整流部２は、ガス供給源１４から供給される反応ガスをチャンバー１２の内部へ流出させる複数のガス流出口２２と、ガス流出口２２を開閉する複数の開閉部材２３と、を備えている。
【００２１】
詳述すると、図２及び図３に示すように、整流部２は、その内部空間が複数の空間に仕切られている。整流部２には、複数（本形態では４０個）のガス流出口２２が設けられている。なお、図２及び図３においては、簡略化のため、４０個のガス流出口２２のうち２０個のみを図示している。
複数個のガス流出口２２は、整流部２において、高さ方向には同じ位置に配置しており、幅方向には等間隔で配列している。
【００２２】
整流部２は、その内部空間を複数の空間（以下「分割空間」ともいう）２６に仕切る仕切り部材２５を備えている。本形態においては、５個の仕切り部材２５が設けられており、従って、整流部２の内部空間には、６個の分割空間２６が形成される。
複数のガス流出口２２は、複数の分割空間２６に対応して配置されている。本形態においては、４０個のガス流出口２２は、６個の分割空間２６それぞれに対応して、一方の外壁２４の側から６個、６個、８個、８個、６個及び６個ごとに配置される。
【００２３】
供給配管１６は、分割空間２６ごとに独立して反応ガスの供給量を調節できるようになっている。従って、各分割空間２６ごとに、その分割空間２６に対応するガス流出口２２からの反応ガスの総流量を変更することができる。
【００２４】
各分割空間２６に導入された反応ガスは、各分割空間２６に対応する各ガス流出口２２から流出する。例えば、３個のガス流出口２２を有する分割空間２６において、３個のガス流出口２２が完全に開いているときには、３個のガス流出口２２から均等に反応ガスが流出する。２個のガス流出口２２が完全に開いており、１個のガス流出口２２が完全に閉じているときには、３個のガス流出口２２が完全に開いているときよりも大きな流量で、２個のガス流出口２２から均等に反応ガスが流出する。３個のガス流出口２２が完全に閉じているときには、対応する分割空間２６から反応ガスは流出しない。
【００２５】
開閉部材２３は、各ガス流出口２２に対応して設けられており、対応するガス流出口２２を開閉する。図３（Ｂ）に示すように、開閉部材２３が上方に位置するときには、対応するガス流出口２２が開いた状態となる。一方、開閉部材２３が下方に位置するときには、対応するガス流出口２２が閉じた状態となる。
【００２６】
開閉部材２３は、ガス流出口２２を完全に開くか、あるいは完全に閉じるかの択一的に開閉する構成を有していてもよい。また、開閉部材２３は、ガス流出口２２の開き度（開口度）を無段階で又は段階的に調整可能な構成（例えば、７０％の開き度で開く）を有していてもよい。開閉部材２３は、気相成長プロセスの途中でガス流出口２２の開閉の調整（開き度の調整を含む）を行うことができる。
【００２７】
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前述した気相成長装置１を用いてエピタキシャルウェーハを製造する方法である。
【００２８】
図４に示すように、本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、下記工程Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１０（Ｓ１１〜Ｓ１３）、Ｓ２１及びＳ２’を備える。
【００２９】
（Ｓ１）モデル作成工程
開閉部材２３それぞれの操作によって開閉部材２３に対応するガス流出口２２を開閉させ、ウェーハ面内のエピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成する。
【００３０】
ここで、エピタキシャル層の厚みは、サセプタ１３に載置された半導体ウェーハＷの面内方向に配列する複数の測定位置において測定する。
【００３１】
「面内方向に配列する複数の測定位置」とは、反応ガスＧの流れ方向と同じ方向で、ウェーハＷの中心を通る直線ＣＬ（図１参照）上の配列位置をいう。本形態の気相成長装置１のように、１個のサセプタ１３に複数枚のウェーハＷが載置される場合には、ウェーハＷをサセプタ１３上における最も反応ガスＧの流れ方向の上流側に配置させた状態で、前記の配列位置を定める。
【００３２】
ここで、エピタキシャル層の厚みは、反応ガスＧの流れ方向と直交する方向において、サセプタ１３の中心を基準として同じ軌跡を通ることから差異が生じにくい。したがって、反応ガスＧの流れ方向と同じ方向（平行な方向）の測定位置においてエピタキシャル層の厚みを評価すれば、ウェーハＷの全面においてエピタキシャル層の厚みの面内方向の均一性（面内均一性）を評価できる
【００３３】
本実施態様においては、測定位置Ｐ１〜Ｐ７は、整流部２における６個の分割空間２６（Ｔ１〜Ｔ６）（図３（Ａ）参照）の境界（外壁２４又は仕切り部材２５）に対応するエピタキシャル層の位置となる。エピタキシャル層の厚みは、例えば、ＦＴＩＲ法（フーリエ変換型赤外分光法）を用いて測定される。
【００３４】
（Ｓ２）エピタキシャル層形成工程
ガス供給源１４から反応ガスＧをチャンバー１２の内部に供給することにより、チャンバー１２に収容された半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を形成する。詳細には、反応ガスＧは、ガス供給源１４から供給配管１６を介して整流部２における各分割空間２６に導入され、整流部２において整流されてからチャンバー１２の内部に供給される。
【００３５】
（Ｓ３）実厚み測定工程
エピタキシャル層形成工程Ｓ２により形成されたエピタキシャル層について半導体ウェーハＷの面内方向に配列する複数の測定位置Ｐ１〜Ｐ７においてエピタキシャル層の実厚み（以下「ウェーハ面内実エピ厚」ともいう）を測定する。前述したように、バッチ式の気相成長装置１の場合には、ウェーハＷをサセプタ１３上における最も反応ガスＧの流れ方向の上流側に配置させた状態で、エピタキシャル層の実厚み（ウェーハ面内実エピ厚）を測定する。ウェーハ面内実エピ厚は、例えば、ＦＴＩＲ法を用いて低比抵抗の半導体ウェーハの主表面上にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハにより測定される。
【００３６】
（Ｓ１０）ウェーハ面内実エピ厚修正工程
モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材２３を操作することにより、実厚み測定工程Ｓ３により測定されるウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正する。
【００３７】
ウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０は、チャンバー１２の構成部材の洗浄を行った後のように気相成長プロセスの条件が大きく変化したと考えられる場合に、行うことが好ましい。
ウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０は、下記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程Ｓ１１、開閉パターン選択工程Ｓ１２及び開閉部材操作工程Ｓ１３を備えている。
【００３８】
（Ｓ１１）ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程
ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように、ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出する。
【００３９】
（Ｓ１２）開閉パターン選択工程
ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程Ｓ１１により算出されたウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて、開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンを選択する。ガス流出口２２の開閉パターンは、モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて選択される。
【００４０】
（Ｓ１３）開閉部材操作工程
開閉パターン選択工程Ｓ１２により選択されたガス流出口２２の開閉パターンに基づいて開閉部材２３を操作する。開閉部材操作工程Ｓ１３は、次のエピタキシャル層形成工程Ｓ２’の前に行われることになる。
開閉部材２３は、ガス流出口２２を完全に開くか、あるいは完全に閉じるかの択一的に開閉してもよい。また、開閉部材２３は、ガス流出口２２の開き度（開口度）を無段階で又は段階的に調整してもよい（例えば、７０％の開き度で開く）。開閉部材２３は、気相成長プロセスの途中でガス流出口２２の開閉の調整（開き度の調整を含む）を行ってもよい。
開閉部材２３の操作は、開閉パターン選択工程Ｓ１２により選択されたガス流出口２２の開閉パターンに連動させて機械的に行うこともでき、あるいは作業者の操作によって行うこともできる。
【００４１】
（Ｓ２１）ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程
モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた実厚み測定工程Ｓ３において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正する。
【００４２】
（Ｓ２’）エピタキシャル層形成工程
ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程Ｓ２１の後、次のエピタキシャル層形成工程Ｓ２’が行われる。エピタキシャル層形成工程Ｓ２’の前には、チャンバー１２の構成部材の洗浄などのメンテナンス、気相成長プロセスの条件の変更（反応ガスの変更、雰囲気ガスの変更、半導体ウェーハＷの直径の変更など）などを行うことができる。
【００４３】
本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、以下の効果が奏される。
本実施態様においては、モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材２３を操作することにより、ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０を備えている。そのため、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性を向上させることができる。従って、平坦度が優れ、比抵抗についての面内方向の分布も優れたエピタキシャルウェーハが得られる。
【００４４】
特に、図１に示すような、１個のサセプタ１３に複数枚の半導体ウェーハＷを載置して処理を行うバッチ式の気相成長装置１においては、ウェーハにおけるエピタキシャル層の厚みの面内方向の傾向が不明確で、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布とはならない。サセプタ１３上におけるウェーハＷの載置位置によって、エピタキシャル層の厚みの分布は、サセプタ１３の回転中心に向かう方向とサセプタ１３の回転方向（周方向）とで異なるためである。
これに対して、本実施態様によれば、ガス流出口２２の開閉度とサセプタ１３の回転中心に向かう方向のエピタキシャル層の厚み分布との関係により最適な条件を抽出できる工程を採用することで、サセプタ１３の回転中心に向かう方向のエピタキシャル層の厚み分布を向上させることができる。従って、エピタキシャル層の厚みの面内均一性を向上させることができる。
【００４５】
なお、エピタキシャルウェーハの平坦度を低下させる要因としては、基板としての半導体ウェーハ（シリコンウェーハなど）の厚みの不均一性や研磨精度の低さのように、基板に由来する原因と、気相成長プロセスに由来する要因とが挙げられる。しかし、実生産上、平坦度を低下させる要因は、気相成長プロセスに由来することが多く、従って、気相成長プロセスを改善することが、エピタキシャルウェーハの平坦度を向上させるために重要である。
【００４６】
以上、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について説明したが、本発明は、前述した実施態様に制限されるものではない。
例えば、モデル作成工程Ｓ１におけるエピタキシャル層の厚みを測定する測定位置及び実厚み測定工程Ｓ３におけるエピタキシャル層の実厚み（ウェーハ面内実エピ厚）を測定する測定位置については、その位置、その数などは特に制限されない。
開閉部材操作工程Ｓ１３は、エピタキシャル層形成工程Ｓ２の途中に行うこともできる。
【００４７】
気相成長装置１において、ガス流出口２２、開閉部材２３、仕切り部材２５、分割空間２６などの個数は、前記形態における個数に制限されない。
整流部２におけるガス流出口２２が設けられた面は、サセプタ１３の周方向に沿って湾曲していてもよい。整流部２には、整流板が設けられていてもよい。
気相成長装置は、バッチ式の装置に制限されず、枚葉式の装置でもよい。また、気相成長装置は、半導体ウェーハの主表面に対して側方から反応ガスを供給する形態の装置でもよい。半導体ウェーハは、シリコンウェーハに制限されない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４９】
気相成長装置として、前述の気相成長装置１を用いた。ガス流出口２２及び開閉部材２３の個数は４０個である。
【００５０】
まず、全て（４０個）のガス流出口２２を全開させた状態で、シリコンウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成した。各分割空間２６ごとにガス流出口２２から流出される反応ガスＧの流量比を変える実験を行い、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布が最小となる、各分割空間における反応ガスの流量比を求めた。
【００５１】
次に、前述のように求めた流量比で、各分割空間２６に位置するガス流出口２２から反応ガスＧを流出させた状態において、実験計画法に基づいて各開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉操作を行うことにより、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を変化させた。この実験の結果を解析することにより、各開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンがエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布に与える影響を推定した。
【００５２】
具体的には、各測定位置Ｐ１〜Ｐ７におけるエピタキシャル層の厚みを測定した。エピタキシャル層の厚みについて、全てのガス流出口２２を全開させた状態において、ウェーハ面内のエピタキシャル層の厚みをモデル化し、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成した。
【００５３】
次に、作成したウェーハ面内エピ厚推定モデルを用いて、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を均一にさせるための開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンを逆算した。
開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンがエピタキシャル層の厚みに与える影響は、例えば以下のように求めることができる。
【００５４】
図５には、４０個のガス流出口２２を有する整流部２について、４０個のガス流出口２２のうち、一方の端部（外壁２４側）と中央部との間の２０個のガス流出口２２（つまり分割空間２６（Ｔ１〜Ｔ３）に位置するガス流出口２２）に、一方の端部側から［１］〜［２０］と昇順で付番した例を示した。なお、ガス流出口２２の開閉度は、整流部２の前記中央部（反応ガスＧの流れの中央線）に対して対称であるとは限らず、非対称の場合もある。ガス流出口２２の開閉度が非対称である場合に、エピタキシャル層の厚みの面内均一性が最適化される場合も多い。
【００５５】
下記〔表１〕には、開閉部材２３により対応するガス流出口２２を完全に閉じることにより、各測定位置Ｐ１〜Ｐ７におけるエピタキシャル層の厚みに与える影響の符号のみを示した。具体的には、「−（マイナス）」は、ガス流出口２２を閉じることによりエピタキシャル層の厚みが小さくなることを意味し、「＋（プラス）」は、ガス流出口２２を閉じることによりエピタキシャル層の厚みが大きくなることを意味する。
【００５６】
実施例の条件では、ガス流出口［２］を閉じることで、何れのエピタキシャル層の厚みもマイナス側に移行すること、及びガス流出口［１５］を閉じることで、何れのエピタキシャル層の厚みもプラス側に移行するという結果が得られた。その他のガス流出口に関しては、一方向の傾向のみではなく、これら複数のガス流出口の開閉を適切に組み合わせることにより、何れのエピタキシャル層の厚みもそのウェーハ面内のばらつきが最小となるように調整される。
【００５７】
【表１】
【００５８】
実際には、ウェーハ面内エピ厚推定モデルの数値データからデータベースを作成しており、このデータベースを用いることで、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を均一にさせる条件を抽出することができる。具体的には、６インチの半導体ウェーハを用いて、エピタキシャル層が３０μｍの厚みに成長したとき、全てのガス流出口２２を全開にした状態で得られたエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布が２．８４％である（図７参照）のに対し、ガス流出口２２のうちの［２］、［３］及び［１５］を閉じた状態で得られたエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布は１．２０％である（図６参照）。
更に、開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンを固定した状態で、反応ガスの流量比を調整することにより、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を０．８２％に向上させることができた。
【符号の説明】
【００５９】
１ 気相成長装置
２ 整流部
１２ チャンバー
１３ サセプタ
１４ ガス供給源
２２ ガス流出口
２３ 開閉部材
２５ 仕切部材
２６ 分割空間（空間）
Ｓ１ モデル作成工程
Ｓ２，Ｓ２’ エピタキシャル層形成工程
Ｓ３ 実厚み測定工程
Ｓ１０ ウェーハ面内実エピ厚修正工程
Ｓ１１ ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程
Ｓ１２ 開閉パターン選択工程
Ｓ１３ 開閉部材操作工程
Ｓ２１ ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程
Ｗ 半導体ウェーハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層が形成されてなる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】
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハの分野においては、基板としての半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層が形成されてなるエピタキシャルウェーハが知られている。エピタキシャルウェーハによれば、例えば、シリコンウェーハ上に任意の厚みや比抵抗を有する単結晶シリコンのエピタキシャル層が形成されているので、高性能の半導体デバイスを製造することができる。
【０００３】
半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させてエピタキシャルウェーハを得る装置として気相成長装置が使用されている。気相成長装置は、一般的に、半導体ウェーハが収容されるチャンバー（反応室）と、チャンバーの内部に回転可能に設置され且つ半導体ウェーハを支持するサセプタと、原料ガス（ＳｉＨ４等）又はキャリアガス（Ｈ２等）を少なくとも含む反応ガスをチャンバーの内部に供給するガス供給源と、を備えている。気相成長装置によれば、ガス供給源から反応ガスをチャンバーの内部に供給することにより、チャンバーに収容された半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させることができる。
【０００４】
ところで、半導体デバイスの分野においては高集積化が進んでおり、より微細な加工が必要になってきている。例えば、フォトリソグラフィー工程における露光装置の焦点深度等の関係から、デバイス材料となる半導体ウェーハには、より高い平坦度が要求されてきている。
【０００５】
気相成長装置において平坦度を向上させるためには、エピタキシャル層の厚み（以下「エピ厚」ともいう）についての面内方向の均一性（以下「面内均一性」ともいう）を向上させることが重要となる。ウェーハを１枚ずつ処理する枚葉式の気相成長装置においてエピ厚の面内均一性を向上させる技術として、下記特許文献１には、複数のガス流出口を有する整流部材を設け、ガス供給源から供給される反応ガスを、整流部材の複数のガス流出口から流出させることで整流して、チャンバーの内部に供給させる技術が記載されている。なお、枚葉式の気相成長装置によるエピ厚みの面内方向の傾向は、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２４９３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の気相成長装置によれば、特定のプロセス条件に対しては有効であるかもしれないが、種々変更されるプロセス条件の全てに対して有効な手段であるとは言えない。特に、１個のサセプタに複数枚のウェーハを載置して処理を行うバッチ式の気相成長装置においては、ウェーハのエピ厚の面内方向の傾向が不明確で、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布とはならないため、エピ厚の面内均一性を向上させることは、更に難しい。
【０００８】
従って、本発明は、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性をより向上させることができるエピタキシャルウェーハの製造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】
【０００９】
（１）本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを収容するチャンバーと、該半導体ウェーハを載置可能に該チャンバーの内部に設置されるサセプタと、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを前記チャンバーの内部に供給するガス供給源と、該ガス供給源から供給される前記反応ガスを前記チャンバーの内部へ流出させる複数のガス流出口及び該ガス流出口を開閉する複数の開閉部材を有する整流部と、を備え、前記チャンバーに収容された前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成させる気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記サセプタに載置された前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置において前記エピタキシャル層の厚みを測定し、前記開閉部材それぞれの操作によって該開閉部材に対応する前記ガス流出口を開閉させ、前記開閉部材の操作に対応するウェーハ面内の前記エピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程と、前記半導体ウェーハに前記エピタキシャル層を形成させるエピタキシャル層形成工程と、前記エピタキシャル層形成工程により形成された前記エピタキシャル層について前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の前記測定位置において該エピタキシャル層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程と、前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて前記開閉部材を操作することにより、前記ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程と、と備えることを特徴とする。
【００１０】
（２）前記ウェーハ面内実エピ厚修正工程は、前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出するウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程と、前記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程により算出された前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて前記開閉部材による前記ガス流出口の開閉パターンを選択する開閉パターン選択工程と、前記開閉パターン選択工程により選択された前記ガス流出口の開閉パターンに基づいて前記開閉部材を操作する開閉部材操作工程と、を備えることが好ましい。
【００１１】
（３）前記整流部は、その内部空間が複数の空間に仕切られ、複数の前記ガス流出口が複数の該空間に対応して配置されており、該空間に導入された前記反応ガスが該空間に対応する該ガス流出口から流出するように構成されていることが好ましい。
【００１２】
（４）前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた前記実厚み測定工程において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正するウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様に用いられる気相成長装置１を模式的に示す平面図である。
【図２】図１に示す気相成長装置１における整流部２を拡大して示す平面図である。
【図３】図２に示す整流部２をガス流出口２２が形成された面側から見た側面図で、（Ａ）は全てのガス流出口２２が開いた状態を示す図、（Ｂ）は一部のガス流出口２２が閉じた状態を示す図である。
【図４】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。
【図５】整流部２における２０個のガス流出口２２に［１］〜［２０］の付番をした例を示す図である。
【図６】全てのガス流出口２２を全開にした状態で得られたエピ厚についての面内方向の分布を示すグラフである。
【図７】一部のガス流出口２２を閉じた状態で得られたエピ厚についての面内方向の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について図面を参照にしながら説明する。まず、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様で使用される気相成長装置について説明する。
【００１６】
図１は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様に用いられる気相成長装置１を模式的に示す平面図である。図２は、図１に示す気相成長装置１における整流部２を拡大して示す平面図である。図３は、図２に示す整流部２をガス流出口２２が形成された面側から見た側面図で、（Ａ）は全てのガス流出口２２が開いた状態を示す図、（Ｂ）は一部のガス流出口２２が閉じた状態を示す図である。
【００１７】
本形態の気相成長装置１は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を形成して（気相成長させて）、エピタキシャルウェーハを製造する装置である。この気相成長装置１は、図１〜図３に示すように、チャンバー１２、サセプタ１３、ガス供給源１４、整流部２等を備える。そして、本形態の気相成長装置１によれば、ガス供給源１４から導入される反応ガスＧを、整流部２を介してチャンバー１２の内部に供給することにより、チャンバー１２に収容された半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を形成することができる。
【００１８】
チャンバー１２は、反応室、反応容器などとも呼ばれ、サセプタ１３、エピタキシャル層が形成される半導体ウェーハＷなどを収容する。
サセプタ１３は、チャンバー１２の内部に回転可能に設置されており、半導体ウェーハＷを収容する凹部（図示せず）を複数有する。サセプタ１３は、前記凹部に複数枚（例えば８枚）の半導体ウェーハＷを載置することが可能に構成されている。サセプタ１３の載置面には、複数枚の半導体ウェーハＷがサセプタ１３の回転方向に沿って、所定間隔を置いて配列して載置される。従って、サセプタ１３を回転させることにより複数枚の半導体ウェーハＷがサセプタ１３の中心を回転中心として公転し、公転する複数枚の半導体ウェーハＷの主表面に、それぞれエピタキシャル層が形成される。
【００１９】
ガス供給源１４は、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを、整流部２を介してチャンバー１２の内部に供給する。原料ガスとしては、例えばＳｉＨ４、ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２が挙げられる。キャリアガスとしては、例えばＨ２が挙げられる。原料ガス、キャリアガスなどからなる反応ガスは、混合ガスの状態で供給配管１６及び整流部２を介してチャンバー２の内部に供給される。
【００２０】
整流部２は、チャンバー１２の外部の上方に配設されており、供給配管１６を通じて導入される反応ガスをチャンバー１２の内部に供給する際に、反応ガスを整流してから半導体ウェーハＷの上方空間に流出させる部位である。整流部２は、ガス供給源１４から供給される反応ガスをチャンバー１２の内部へ流出させる複数のガス流出口２２と、ガス流出口２２を開閉する複数の開閉部材２３と、を備えている。
【００２１】
詳述すると、図２及び図３に示すように、整流部２は、その内部空間が複数の空間に仕切られている。整流部２には、複数（本形態では４０個）のガス流出口２２が設けられている。なお、図２及び図３においては、簡略化のため、４０個のガス流出口２２のうち２０個のみを図示している。
複数個のガス流出口２２は、整流部２において、高さ方向には同じ位置に配置しており、幅方向には等間隔で配列している。
【００２２】
整流部２は、その内部空間を複数の空間（以下「分割空間」ともいう）２６に仕切る仕切り部材２５を備えている。本形態においては、５個の仕切り部材２５が設けられており、従って、整流部２の内部空間には、６個の分割空間２６が形成される。
複数のガス流出口２２は、複数の分割空間２６に対応して配置されている。本形態においては、４０個のガス流出口２２は、６個の分割空間２６それぞれに対応して、一方の外壁２４の側から６個、６個、８個、８個、６個及び６個ごとに配置される。
【００２３】
供給配管１６は、分割空間２６ごとに独立して反応ガスの供給量を調節できるようになっている。従って、各分割空間２６ごとに、その分割空間２６に対応するガス流出口２２からの反応ガスの総流量を変更することができる。
【００２４】
各分割空間２６に導入された反応ガスは、各分割空間２６に対応する各ガス流出口２２から流出する。例えば、３個のガス流出口２２を有する分割空間２６において、３個のガス流出口２２が完全に開いているときには、３個のガス流出口２２から均等に反応ガスが流出する。２個のガス流出口２２が完全に開いており、１個のガス流出口２２が完全に閉じているときには、３個のガス流出口２２が完全に開いているときよりも大きな流量で、２個のガス流出口２２から均等に反応ガスが流出する。３個のガス流出口２２が完全に閉じているときには、対応する分割空間２６から反応ガスは流出しない。
【００２５】
開閉部材２３は、各ガス流出口２２に対応して設けられており、対応するガス流出口２２を開閉する。図３（Ｂ）に示すように、開閉部材２３が上方に位置するときには、対応するガス流出口２２が開いた状態となる。一方、開閉部材２３が下方に位置するときには、対応するガス流出口２２が閉じた状態となる。
【００２６】
開閉部材２３は、ガス流出口２２を完全に開くか、あるいは完全に閉じるかの択一的に開閉する構成を有していてもよい。また、開閉部材２３は、ガス流出口２２の開き度（開口度）を無段階で又は段階的に調整可能な構成（例えば、７０％の開き度で開く）を有していてもよい。開閉部材２３は、気相成長プロセスの途中でガス流出口２２の開閉の調整（開き度の調整を含む）を行うことができる。
【００２７】
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について、図４を参照しながら説明する。図４は、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様を示すフローチャートである。本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前述した気相成長装置１を用いてエピタキシャルウェーハを製造する方法である。
【００２８】
図４に示すように、本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法は、下記工程Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１０（Ｓ１１〜Ｓ１３）、Ｓ２１及びＳ２’を備える。
【００２９】
（Ｓ１）モデル作成工程
開閉部材２３それぞれの操作によって開閉部材２３に対応するガス流出口２２を開閉させ、ウェーハ面内のエピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成する。
【００３０】
ここで、エピタキシャル層の厚みは、サセプタ１３に載置された半導体ウェーハＷの面内方向に配列する複数の測定位置において測定する。
【００３１】
「面内方向に配列する複数の測定位置」とは、反応ガスＧの流れ方向と同じ方向で、ウェーハＷの中心を通る直線ＣＬ（図１参照）上の配列位置をいう。本形態の気相成長装置１のように、１個のサセプタ１３に複数枚のウェーハＷが載置される場合には、ウェーハＷをサセプタ１３上における最も反応ガスＧの流れ方向の上流側に配置させた状態で、前記の配列位置を定める。
【００３２】
ここで、エピタキシャル層の厚みは、反応ガスＧの流れ方向と直交する方向において、サセプタ１３の中心を基準として同じ軌跡を通ることから差異が生じにくい。したがって、反応ガスＧの流れ方向と同じ方向（平行な方向）の測定位置においてエピタキシャル層の厚みを評価すれば、ウェーハＷの全面においてエピタキシャル層の厚みの面内方向の均一性（面内均一性）を評価できる
【００３３】
本実施態様においては、測定位置Ｐ１〜Ｐ７は、整流部２における６個の分割空間２６（Ｔ１〜Ｔ６）（図３（Ａ）参照）の境界（外壁２４又は仕切り部材２５）に対応するエピタキシャル層の位置となる。エピタキシャル層の厚みは、例えば、ＦＴＩＲ法（フーリエ変換型赤外分光法）を用いて測定される。
【００３４】
（Ｓ２）エピタキシャル層形成工程
ガス供給源１４から反応ガスＧをチャンバー１２の内部に供給することにより、チャンバー１２に収容された半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層を形成する。詳細には、反応ガスＧは、ガス供給源１４から供給配管１６を介して整流部２における各分割空間２６に導入され、整流部２において整流されてからチャンバー１２の内部に供給される。
【００３５】
（Ｓ３）実厚み測定工程
エピタキシャル層形成工程Ｓ２により形成されたエピタキシャル層について半導体ウェーハＷの面内方向に配列する複数の測定位置Ｐ１〜Ｐ７においてエピタキシャル層の実厚み（以下「ウェーハ面内実エピ厚」ともいう）を測定する。前述したように、バッチ式の気相成長装置１の場合には、ウェーハＷをサセプタ１３上における最も反応ガスＧの流れ方向の上流側に配置させた状態で、エピタキシャル層の実厚み（ウェーハ面内実エピ厚）を測定する。ウェーハ面内実エピ厚は、例えば、ＦＴＩＲ法を用いて低比抵抗の半導体ウェーハの主表面上にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルウェーハにより測定される。
【００３６】
（Ｓ１０）ウェーハ面内実エピ厚修正工程
モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材２３を操作することにより、実厚み測定工程Ｓ３により測定されるウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正する。
【００３７】
ウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０は、チャンバー１２の構成部材の洗浄を行った後のように気相成長プロセスの条件が大きく変化したと考えられる場合に、行うことが好ましい。
ウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０は、下記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程Ｓ１１、開閉パターン選択工程Ｓ１２及び開閉部材操作工程Ｓ１３を備えている。
【００３８】
（Ｓ１１）ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程
ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように、ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出する。
【００３９】
（Ｓ１２）開閉パターン選択工程
ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程Ｓ１１により算出されたウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて、開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンを選択する。ガス流出口２２の開閉パターンは、モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて選択される。
【００４０】
（Ｓ１３）開閉部材操作工程
開閉パターン選択工程Ｓ１２により選択されたガス流出口２２の開閉パターンに基づいて開閉部材２３を操作する。開閉部材操作工程Ｓ１３は、次のエピタキシャル層形成工程Ｓ２’の前に行われることになる。
開閉部材２３は、ガス流出口２２を完全に開くか、あるいは完全に閉じるかの択一的に開閉してもよい。また、開閉部材２３は、ガス流出口２２の開き度（開口度）を無段階で又は段階的に調整してもよい（例えば、７０％の開き度で開く）。開閉部材２３は、気相成長プロセスの途中でガス流出口２２の開閉の調整（開き度の調整を含む）を行ってもよい。
開閉部材２３の操作は、開閉パターン選択工程Ｓ１２により選択されたガス流出口２２の開閉パターンに連動させて機械的に行うこともでき、あるいは作業者の操作によって行うこともできる。
【００４１】
（Ｓ２１）ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程
モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた実厚み測定工程Ｓ３において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正する。
【００４２】
（Ｓ２’）エピタキシャル層形成工程
ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程Ｓ２１の後、次のエピタキシャル層形成工程Ｓ２’が行われる。エピタキシャル層形成工程Ｓ２’の前には、チャンバー１２の構成部材の洗浄などのメンテナンス、気相成長プロセスの条件の変更（反応ガスの変更、雰囲気ガスの変更、半導体ウェーハＷの直径の変更など）などを行うことができる。
【００４３】
本実施態様のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、以下の効果が奏される。
本実施態様においては、モデル作成工程Ｓ１により作成されたウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて開閉部材２３を操作することにより、ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程Ｓ１０を備えている。そのため、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の均一性を向上させることができる。従って、平坦度が優れ、比抵抗についての面内方向の分布も優れたエピタキシャルウェーハが得られる。
【００４４】
特に、図１に示すような、１個のサセプタ１３に複数枚の半導体ウェーハＷを載置して処理を行うバッチ式の気相成長装置１においては、ウェーハにおけるエピタキシャル層の厚みの面内方向の傾向が不明確で、ウェーハの中心を対称軸とした軸対称分布とはならない。サセプタ１３上におけるウェーハＷの載置位置によって、エピタキシャル層の厚みの分布は、サセプタ１３の回転中心に向かう方向とサセプタ１３の回転方向（周方向）とで異なるためである。
これに対して、本実施態様によれば、ガス流出口２２の開閉度とサセプタ１３の回転中心に向かう方向のエピタキシャル層の厚み分布との関係により最適な条件を抽出できる工程を採用することで、サセプタ１３の回転中心に向かう方向のエピタキシャル層の厚み分布を向上させることができる。従って、エピタキシャル層の厚みの面内均一性を向上させることができる。
【００４５】
なお、エピタキシャルウェーハの平坦度を低下させる要因としては、基板としての半導体ウェーハ（シリコンウェーハなど）の厚みの不均一性や研磨精度の低さのように、基板に由来する原因と、気相成長プロセスに由来する要因とが挙げられる。しかし、実生産上、平坦度を低下させる要因は、気相成長プロセスに由来することが多く、従って、気相成長プロセスを改善することが、エピタキシャルウェーハの平坦度を向上させるために重要である。
【００４６】
以上、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施態様について説明したが、本発明は、前述した実施態様に制限されるものではない。
例えば、モデル作成工程Ｓ１におけるエピタキシャル層の厚みを測定する測定位置及び実厚み測定工程Ｓ３におけるエピタキシャル層の実厚み（ウェーハ面内実エピ厚）を測定する測定位置については、その位置、その数などは特に制限されない。
開閉部材操作工程Ｓ１３は、エピタキシャル層形成工程Ｓ２の途中に行うこともできる。
【００４７】
気相成長装置１において、ガス流出口２２、開閉部材２３、仕切り部材２５、分割空間２６などの個数は、前記形態における個数に制限されない。
整流部２におけるガス流出口２２が設けられた面は、サセプタ１３の周方向に沿って湾曲していてもよい。整流部２には、整流板が設けられていてもよい。
気相成長装置は、バッチ式の装置に制限されず、枚葉式の装置でもよい。また、気相成長装置は、半導体ウェーハの主表面に対して側方から反応ガスを供給する形態の装置でもよい。半導体ウェーハは、シリコンウェーハに制限されない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４９】
気相成長装置として、前述の気相成長装置１を用いた。ガス流出口２２及び開閉部材２３の個数は４０個である。
【００５０】
まず、全て（４０個）のガス流出口２２を全開させた状態で、シリコンウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成した。各分割空間２６ごとにガス流出口２２から流出される反応ガスＧの流量比を変える実験を行い、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布が最小となる、各分割空間における反応ガスの流量比を求めた。
【００５１】
次に、前述のように求めた流量比で、各分割空間２６に位置するガス流出口２２から反応ガスＧを流出させた状態において、実験計画法に基づいて各開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉操作を行うことにより、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を変化させた。この実験の結果を解析することにより、各開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンがエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布に与える影響を推定した。
【００５２】
具体的には、各測定位置Ｐ１〜Ｐ７におけるエピタキシャル層の厚みを測定した。エピタキシャル層の厚みについて、全てのガス流出口２２を全開させた状態において、ウェーハ面内のエピタキシャル層の厚みをモデル化し、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成した。
【００５３】
次に、作成したウェーハ面内エピ厚推定モデルを用いて、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を均一にさせるための開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンを逆算した。
開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンがエピタキシャル層の厚みに与える影響は、例えば以下のように求めることができる。
【００５４】
図５には、４０個のガス流出口２２を有する整流部２について、４０個のガス流出口２２のうち、一方の端部（外壁２４側）と中央部との間の２０個のガス流出口２２（つまり分割空間２６（Ｔ１〜Ｔ３）に位置するガス流出口２２）に、一方の端部側から［１］〜［２０］と昇順で付番した例を示した。なお、ガス流出口２２の開閉度は、整流部２の前記中央部（反応ガスＧの流れの中央線）に対して対称であるとは限らず、非対称の場合もある。ガス流出口２２の開閉度が非対称である場合に、エピタキシャル層の厚みの面内均一性が最適化される場合も多い。
【００５５】
下記〔表１〕には、開閉部材２３により対応するガス流出口２２を完全に閉じることにより、各測定位置Ｐ１〜Ｐ７におけるエピタキシャル層の厚みに与える影響の符号のみを示した。具体的には、「−（マイナス）」は、ガス流出口２２を閉じることによりエピタキシャル層の厚みが小さくなることを意味し、「＋（プラス）」は、ガス流出口２２を閉じることによりエピタキシャル層の厚みが大きくなることを意味する。
【００５６】
実施例の条件では、ガス流出口［２］を閉じることで、何れのエピタキシャル層の厚みもマイナス側に移行すること、及びガス流出口［１５］を閉じることで、何れのエピタキシャル層の厚みもプラス側に移行するという結果が得られた。その他のガス流出口に関しては、一方向の傾向のみではなく、これら複数のガス流出口の開閉を適切に組み合わせることにより、何れのエピタキシャル層の厚みもそのウェーハ面内のばらつきが最小となるように調整される。
【００５７】
【表１】
【００５８】
実際には、ウェーハ面内エピ厚推定モデルの数値データからデータベースを作成しており、このデータベースを用いることで、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を均一にさせる条件を抽出することができる。具体的には、６インチの半導体ウェーハを用いて、エピタキシャル層が３０μｍの厚みに成長したとき、全てのガス流出口２２を全開にした状態で得られたエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布が２．８４％である（図７参照）のに対し、ガス流出口２２のうちの［２］、［３］及び［１５］を閉じた状態で得られたエピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布は１．２０％である（図６参照）。
更に、開閉部材２３によるガス流出口２２の開閉パターンを固定した状態で、反応ガスの流量比を調整することにより、エピタキシャル層の厚みについての面内方向の分布を０．８２％に向上させることができた。
【符号の説明】
【００５９】
１ 気相成長装置
２ 整流部
１２ チャンバー
１３ サセプタ
１４ ガス供給源
２２ ガス流出口
２３ 開閉部材
２５ 仕切部材
２６ 分割空間（空間）
Ｓ１ モデル作成工程
Ｓ２，Ｓ２’ エピタキシャル層形成工程
Ｓ３ 実厚み測定工程
Ｓ１０ ウェーハ面内実エピ厚修正工程
Ｓ１１ ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程
Ｓ１２ 開閉パターン選択工程
Ｓ１３ 開閉部材操作工程
Ｓ２１ ウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程
Ｗ 半導体ウェーハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを収容するチャンバーと、該半導体ウェーハを載置可能に該チャンバーの内部に設置されるサセプタと、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを前記チャンバーの内部に供給するガス供給源と、該ガス供給源から供給される前記反応ガスを前記チャンバーの内部へ流出させる複数のガス流出口及び該ガス流出口を開閉する複数の開閉部材を有する整流部と、を備え、前記チャンバーに収容された前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成させる気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記サセプタに載置された前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置において前記エピタキシャル層の厚みを測定し、前記開閉部材それぞれの操作によって該開閉部材に対応する前記ガス流出口を開閉させ、前記開閉部材の操作に対応するウェーハ面内の前記エピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程と、
前記半導体ウェーハに前記エピタキシャル層を形成させるエピタキシャル層形成工程と、
前記エピタキシャル層形成工程により形成された前記エピタキシャル層について前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の前記測定位置において該エピタキシャル層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程と、
前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて前記開閉部材を操作することにより、前記ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程と、
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】
前記ウェーハ面内実エピ厚修正工程は、
前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出するウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程と、
前記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程により算出された前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて前記開閉部材による前記ガス流出口の開閉パターンを選択する開閉パターン選択工程と、
前記開閉パターン選択工程により選択された前記ガス流出口の開閉パターンに基づいて前記開閉部材を操作する開閉部材操作工程と、
を備え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】
前記整流部は、その内部空間が複数の空間に仕切られ、複数の前記ガス流出口が複数の該空間に対応して配置されており、該空間に導入された前記反応ガスが該空間に対応する該ガス流出口から流出するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた前記実厚み測定工程において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正するウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１】
半導体ウェーハを収容するチャンバーと、該半導体ウェーハを載置可能に該チャンバーの内部に設置されるサセプタと、原料ガス又はキャリアガスを少なくとも含む反応ガスを前記チャンバーの内部に供給するガス供給源と、該ガス供給源から供給される前記反応ガスを前記チャンバーの内部へ流出させる複数のガス流出口及び該ガス流出口を開閉する複数の開閉部材を有する整流部と、を備え、前記チャンバーに収容された前記半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を形成させる気相成長装置を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記サセプタに載置された前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の測定位置において前記エピタキシャル層の厚みを測定し、前記開閉部材それぞれの操作によって該開閉部材に対応する前記ガス流出口を開閉させ、前記開閉部材の操作に対応するウェーハ面内の前記エピタキシャル層の厚みをモデル化して、ウェーハ面内エピ厚推定モデルを作成するモデル作成工程と、
前記半導体ウェーハに前記エピタキシャル層を形成させるエピタキシャル層形成工程と、
前記エピタキシャル層形成工程により形成された前記エピタキシャル層について前記半導体ウェーハの面内方向に配列する複数の前記測定位置において該エピタキシャル層の実厚みであるウェーハ面内実エピ厚を測定する実厚み測定工程と、
前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルに基づいて前記開閉部材を操作することにより、前記ウェーハ面内実エピ厚のばらつきが最小となるように修正するウェーハ面内実エピ厚修正工程と、
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】
前記ウェーハ面内実エピ厚修正工程は、
前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量を算出するウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程と、
前記ウェーハ面内実エピ厚修正量算出工程により算出された前記ウェーハ面内実エピ厚の修正量に基づいて前記開閉部材による前記ガス流出口の開閉パターンを選択する開閉パターン選択工程と、
前記開閉パターン選択工程により選択された前記ガス流出口の開閉パターンに基づいて前記開閉部材を操作する開閉部材操作工程と、
を備え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】
前記整流部は、その内部空間が複数の空間に仕切られ、複数の前記ガス流出口が複数の該空間に対応して配置されており、該空間に導入された前記反応ガスが該空間に対応する該ガス流出口から流出するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記モデル作成工程により作成された前記ウェーハ面内エピ厚推定モデルを、既に行われた前記実厚み測定工程において測定されたウェーハ面内実エピ厚に基づいて補正するウェーハ面内エピ厚推定モデル補正工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１９２６５７（Ｐ２０１０−１９２６５７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３５１６５（Ｐ２００９−３５１６５）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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