半導体装置の製造方法
【課題】 半導体ウエハの表面に膜を成長させる技術であって、半導体装置を効率よく製造することが可能な技術を提供する。
【解決手段】 半導体装置の製造方法であって、チャンバ内に配置された半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、チャンバ内に配置された半導体ウエハと前記膜とをエッチング可能なエッチングガスをチャンバ内に導入する動作とを実行可能な半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを搬入する搬入工程と、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第１エッチング工程と、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第１成膜工程と、チャンバから半導体ウエハを搬出するとともに、チャンバに別の半導体ウエハを搬入する入れ換え工程と、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第２エッチング工程と、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第２成膜工程を有する。
【解決手段】 半導体装置の製造方法であって、チャンバ内に配置された半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、チャンバ内に配置された半導体ウエハと前記膜とをエッチング可能なエッチングガスをチャンバ内に導入する動作とを実行可能な半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを搬入する搬入工程と、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第１エッチング工程と、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第１成膜工程と、チャンバから半導体ウエハを搬出するとともに、チャンバに別の半導体ウエハを搬入する入れ換え工程と、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第２エッチング工程と、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第２成膜工程を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流を扱うパワー半導体装置を製造する場合等に、半導体ウエハの表面に厚い膜を成長させることがある。しかしながら、厚い膜を成長させることで半導体ウエハが一般的な厚さよりも過度に厚くなると、一般的な加工設備で半導体ウエハを加工することが困難となる。この問題を解決するために、膜を成長させた後の半導体ウエハの厚さが所定の厚さとなるように、元の厚さが薄い半導体ウエハを使用し、その半導体ウエハの表面に厚い膜を成長させる方法が知られている。また、別の方法として、膜を成長させた後に、半導体ウエハの裏面（成長させた膜と反対側の面）を研磨またはエッチングして、半導体ウエハを薄くする方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５２７９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
元の厚さが薄い半導体ウエハの表面に膜を成長させる方法では、以下の問題が生じる。すなわち、薄い半導体ウエハの取り扱いが困難であるため、その取り扱い時に半導体ウエハにチッピングが生じたり、温度変化によって半導体ウエハ中にスリップ欠陥が発生したりする場合がある。
【０００５】
また、膜を成長させた後に、半導体ウエハの裏面を研磨またはエッチングして半導体ウエハを薄くする方法では、膜を成長させた後にこのような加工を行うために膜の品質低下が生じる虞がある。
【０００６】
また、上述した何れの方法でも、膜を成長させる際に、成膜装置のチャンバ内の機器の表面（例えば、半導体ウエハが載置されるサセプタの表面）にも膜が成長する。このため、成膜工程を実施した後に、空のチャンバ内にエッチングガスを導入して、チャンバの内部の機器の表面に成長した膜を除去するクリーニング工程を実施する必要がある。このクリーニング工程が、半導体装置の製造効率の低下の要因となる。
【０００７】
したがって、本明細書では、半導体ウエハの表面に膜を成長させる技術であって、半導体ウエハの厚さの増大を抑制することが可能であり、半導体ウエハの品質向上が可能であり、かつ、半導体装置を効率よく製造することが可能な技術を提供する。
【０００８】
なお、特許文献１には、半導体ウエハをエッチングした後に、半導体ウエハの表面に膜を成長させる技術が開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上述した従来の方法の問題を解消するために、半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、半導体ウエハをエッチングする動作を実行可能な半導体製造装置を用いて、以下のように膜を成長させる技術を考案した。この技術では、半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを設置し、最初に、半導体ウエハをエッチングする。これによって、半導体ウエハを薄くする。次に、その半導体ウエハの表面に膜を成長させる。この方法によれば、元の厚さが厚い半導体ウエハを用いても、エッチングによって半導体ウエハを薄くした後にその半導体ウエハの表面に膜を成長させるため、膜形成後の半導体ウエハの厚さが過度に厚くならない。また、エッチング後に半導体ウエハを動かすことなくその表面に膜を成長させることができるので、半導体ウエハにチッピングが生じたり、半導体ウエハ中に欠陥が生じたりすることを抑制できる。また、膜形成後に半導体ウエハを薄くするための加工も不要であるので、膜の品質を維持することができる。しかしながら、この技術でも、クリーニング工程を実施する必要があることから、半導体装置の製造効率をそれほど改善することはできない。
【００１０】
したがって、本発明者らは、上記の製造方法をさらに改良することで、以下の製造方法を創作した。この製造方法では、チャンバ内に配置された半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、チャンバ内に配置された半導体ウエハと前記膜とをエッチング可能なエッチングガスをチャンバ内に導入する動作とを実行可能な半導体製造装置を用いる。この製造方法は、搬入工程と、第１エッチング工程と、第１成膜工程と、入れ換え工程と、第２エッチング工程と、第２成膜工程を備えている。搬入工程では、半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを搬入する。第１エッチング工程では、搬入工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する。第１成膜工程では、第１エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。入れ換え工程では、第１成膜工程後に、チャンバから半導体ウエハを搬出するとともに、チャンバに別の半導体ウエハを搬入する。第２エッチング工程では、入れ換え工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する。第２成膜工程では、第２エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。
【００１１】
この製造方法では、搬入工程で半導体ウエハ（以下、第１の半導体ウエハという）をチャンバ内に搬入し、第１エッチング工程で第１の半導体ウエハを薄くしてから、第１成膜工程で第１の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。なお、第１成膜工程では、半導体製造装置のチャンバ内の機器の表面にも膜が成長する。第１成膜工程が終了したら、入れ換え工程で、半導体ウエハを入れ換える。そして、新たにチャンバ内に搬入した半導体ウエハ（以下、第２の半導体ウエハという）に対して、第２エッチング工程を行う。第２エッチング工程では、第２の半導体ウエハがエッチングされると共に、チャンバ内の機器の表面に形成されている膜もエッチングされる。すなわち、第２エッチング工程では、第２の半導体ウエハを薄くすると同時に、チャンバ内のクリーニングを行う。第２エッチング工程が終了したら、第２成膜工程で、第２の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。以上に説明したように、この製造方法では、各半導体ウエハに対してエッチングを行った後に成膜を行う。したがって、この製造方法では、半導体ウエハの厚さの増大を抑制し、かつ、半導体ウエハの品質を維持しながら、半導体ウエハの表面に膜を成長させることができる。また、第２エッチング工程において、第２の半導体ウエハのエッチングと同時にチャンバ内のクリーニングをすることができる。すなわち、従来は別々に行っていたエッチング工程とクリーニング工程を同時に実施することができる。したがって、この製造方法によれば、高い製造効率で半導体装置を製造することができる。
【００１２】
上述した製造方法は、第１成膜工程で成長させる膜の厚さより、第２エッチング工程における半導体ウエハのエッチング厚の方が大きいことが好ましい。なお、半導体ウエハのエッチング厚とは、第２エッチング工程実施前の半導体ウエハの厚さと、第２エッチング工程実施後の半導体ウエハの厚さの差分を意味する。
【００１３】
このような構成によれば、第１成膜工程でチャンバ内の機器の表面に成長した膜のほぼ全てを、第２エッチング工程で除去することができる。したがって、この製造方法を繰り返し実施しても、チャンバ内の機器の表面に膜が累積的に成長することを防止することができる。
【００１４】
上述した製造方法においては、第１成膜工程及び第２成膜工程では、厚さが１００μｍ以上の膜を成長させることが好ましい。
【００１５】
また、上述した製造方法においては、前記半導体製造装置が、チャンバ内に配置されており、半導体ウエハが載置される載置面を備えたサセプタを有していることが好ましい。そして、第２エッチング工程では、少なくとも第１成膜工程において載置面に成長した膜が全て除去されるまでエッチングを行うことが好ましい。また、より好ましくは、第２エッチング工程では、第１成膜工程においてサセプタの表面に成長した膜が全て除去されるまでエッチングを行うことが好ましい。このように、半導体ウエハの近傍に存在する不要な膜を除去することで、より高品質な半導体装置の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体製造装置の概略断面図。
【図２】成膜処理を示すフローチャート。
【図３】成膜処理におけるサセプタの温度プロファイルと、チャンバ内に供給するガスを示す図。
【図４】入れ換え工程において、成膜済の半導体ウエハの搬出後、かつ、新たな半導体ウエハの搬入前の状態におけるサセプタ１６の縦断面図。
【図５】入れ換え工程において、新たな半導体ウエハ５０を搬入後の状態におけるサセプタ１６の縦断面図。
【図６】エッチング工程後のサセプタ１６の縦断面図。
【図７】成膜工程後のサセプタ１６の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態の製造方法では、図１に示す半導体製造装置１０を用いて半導体ウエハ５０に対して加工を行う。半導体ウエハ５０は、ｐ型のシリコンからなる半導体ウエハである。最初に、半導体製造装置１０について説明する。半導体製造装置１０は、第１筐体１２と、第１筐体１２内に設置された第２筐体１４を備えている。第２筐体１４の内部空間によって、チャンバ１５が形成されている。チャンバ１５内には、サセプタ１６が設置されている。
【００１８】
サセプタ１６は、筒状の部材であり、直径が大きいホルダ部１７と、直径が小さい軸部１８を備えている。筐体１２の底部には、軸受部２０が形成されている。サセプタ１６の軸部１８は軸受部２０に挿入されている。これによって、サセプタ１６は、図１の矢印６０に示すように回転可能とされている。サセプタ１６は、図示しない駆動装置によって回転させることができる。ホルダ部１７は、チャンバ１５内に位置している。ホルダ部１７の上面の中央には、凹部が形成されている。その凹部の底面１７ａは、エピタキシャル層を成長させる対象である半導体ウエハ５０が載置される載置面である。図５に示すように、載置面１７ａは、半導体ウエハ５０が載置されたときに半導体ウエハ５０に覆われる領域１７ｃと、そのときに半導体ウエハ５０に覆われない領域１７ｄを有している。図１に示すように、載置面１７ａの周囲には、載置面１７ａから上方に突出している凸部１７ｅが形成されている。載置面１７ａの中央には開口１７ｂが形成されている。半導体ウエハ５０は、開口１７ｂを塞ぐように載置面１７ａ上に載置される。ホルダ部１７の内部には、抵抗加熱型のヒータ２２が設置されている。ヒータ２２は、開口１７ｂの直下に設置されている。したがって、ヒータ２２によって、載置面１７ａ上に載置された半導体ウエハ５０を加熱することができる。
【００１９】
チャンバ１５の上部には、ガス供給路２４ａ、２４ｂが接続されている。ガス供給路２４ａ、２４ｂは筐体１２の外部に引き出されている。ガス供給路２４ａ、２４ｂの上流端は、ガス供給装置２５に接続されている。ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に種々のガスを供給することができる。具体的には、ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に、Ｈ２ガス（水素ガス）を供給することができる。また、ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に、Ｈ２ガスとＳｉＨＣｌ３ガス（トリクロロシランガス）とＰＨ３ガス（リン化水素ガス）との混合ガス（以下では、この混合ガスを、原料混合ガスという）を供給することができる。Ｈ２ガスとＳｉＨＣｌ３ガスは、互いに反応することで、半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜をエピタキシャル成長させるガスである。また、ＰＨ３ガスは、エピタキシャル成長するシリコン膜中にリンをドーピングして、シリコン膜をＮ型化するためのドーパントガスである。また、ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に、Ｈ２ガスとＨＣｌガス（塩酸ガス）の混合ガスを供給することができる。ＨＣｌガスは、シリコンをエッチングするエッチングガスである。チャンバ１５の上部には、ガス供給路２４ａ、２４ｂとチャンバ１５を分離するように、シャワープレート２６が設置されている。シャワープレート２６は、その表裏を連通する多数の連通孔を備えている。したがって、ガス供給装置２５から供給されるガスは、ガス供給路２４ａ、２４ｂとシャワープレート２６を通過してチャンバ１５内に供給される。
【００２０】
チャンバ１５の底面には、排気通路２８ａ、２８ｂが接続されている。排気通路２８ａ、２８ｂの下流端は、排気ポンプ２９に接続されている。排気ポンプ２９は、排気通路２８ａ、２８ｂ内のガスをその外部に排出する。排気ポンプ２９を作動させることによって、チャンバ１５内を減圧することができる。
【００２１】
筐体１４の外周壁と筐体１２の外周壁との間には、水冷管３２が配設されている。水冷管３２内には、冷水を流通させることができる。水冷管３２によって、筐体１４の外周壁（すなわち、チャンバ１５の外周壁）を冷却することができる。これによって、チャンバ１５内のガスがその外周壁の表面で反応することが抑制される。
【００２２】
次に、実施例の製造方法について説明する。最初に、図２を用いて、実施例の製造方法の概要について説明する。図２に示すように、実施例の製造方法では、搬入工程Ｓ２の後に、エッチング工程Ｓ４、成膜工程Ｓ６及び入れ換え工程Ｓ８を繰り返し行う。搬入工程Ｓ２では、チャンバ１５内に半導体ウエハ５０を搬入する。エッチング工程Ｓ４では、チャンバ１５内にエッチングガスを導入して、半導体ウエハ５０をエッチングする。これにより、半導体ウエハ５０を所定の厚さまで薄くする。成膜工程Ｓ６では、チャンバ内に原料混合ガスを導入して、半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜をエピタキシャル成長させる。シリコン膜を成長させるときには、チャンバ１５内の機器の表面にもシリコン膜が成長する。成膜工程Ｓ６を終了すると、シリコン膜が形成された半導体ウエハが完成する。入れ換え工程Ｓ８では、チャンバ１５内の半導体ウエハ５０を入れ換える。すなわち、成膜が完了した半導体ウエハ５０をチャンバ１５から搬出し、成膜前の新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入する。その後は、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返す。２回目以降のエッチング工程Ｓ４の開始時には、事前に行われた成膜工程Ｓ６において形成されたシリコン膜がチャンバ１５内の機器の表面に存在している。したがって、２回目以降のエッチング工程Ｓ４では、半導体ウエハ５０がエッチングされるとともに、チャンバ１５内の機器の表面に形成されたシリコン膜もエッチングされる。これにより、半導体ウエハ５０のエッチングと同時に、チャンバ１５内のクリーニングが行われる。このように、前の半導体ウエハ５０に対する成膜工程Ｓ６でチャンバ１５内の機器の表面に成長したシリコン膜は、次の半導体ウエハ５０に対するエッチング工程Ｓ４で除去される。図２の各工程を繰り返し実施することで、シリコン膜が形成された半導体ウエハ５０を量産することができる。
【００２３】
次に、実施例の製造方法について、詳細に説明する。実施例の製造方法において用いられる半導体ウエハ５０（成膜前の半導体ウエハ５０）は、約７２５μｍの厚さを有するシリコンウエハである。エッチング時に半導体ウエハ中に結晶欠陥が生じることを抑制するために、半導体ウエハ５０には、なるべく酸素濃度と欠陥密度が低いシリコンウエハを用いることが好ましい。また、機械的強度を確保するために、半導体ウエハ５０には、ｐ型不純物（例えば、ボロン）を高濃度に含有するシリコンウエハを用いることが好ましい。
【００２４】
図３は、図２の工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返し行うときのサセプタ１６の温度プロファイルと、チャンバ１５内に導入されるガスを示している。なお、図３に示す温度の制御は、ヒータ２２によって行われる。また、図３に示すガスの供給とその停止は、全て、ガス供給装置２５によって行われる。各サイクルＣ１〜Ｃ３は、それぞれ１つの半導体ウエハ５０に対して行われる処理のサイクルである。各サイクルで行われる処理は等しいので、以下ではサイクルＣ２について主に説明する。
【００２５】
図３に示すように、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返す処理の間は、ガス供給装置２５によって、チャンバ１５内に常にＨ２ガスが供給されている。また、この処理の間は、排気ポンプ２９が作動している。ガス供給装置２５と排気ポンプ２９によって、チャンバ１５内の気圧が適切に制御される。
【００２６】
サイクルＣ１において半導体ウエハ５０に対する処理が終了すると、サイクルＣ１の最後の入れ換え工程Ｓ８で、成膜後の半導体ウエハ５０がチャンバ１５から搬出され、成膜前の新たな半導体ウエハ５０がチャンバ１５内に搬入される。すなわち、図１に示すように、新たな半導体ウエハ５０が、サセプタ１６の載置面１７ａに載置される。新たな半導体ウエハ５０がチャンバ１５内に搬入された段階で、新たな半導体ウエハ５０に対する処理のサイクルＣ２が始まる。新たな半導体ウエハ５０を搬入したら、チャンバ１５を閉じる。入れ換え工程Ｓ８は、新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入する工程を含むので、搬入工程とみなすこともできる。
【００２７】
なお、図４は、サイクルＣ１で処理した半導体ウエハ５０をチャンバ１５から搬出した直後のサセプタ１６（すなわち、半導体ウエハ５０が載置されていない状態のサセプタ１６）の断面図を示している。図示するように、領域１７ｄ（載置面１７ａのうちの半導体ウエハ５０に覆われない領域）と凸部１７ｅの表面に、シリコン膜８０が形成されている。後に詳述するが、このシリコン膜８０の厚さは、１４５μｍ以下となる。シリコン膜８０は、サイクルＣ１の成膜工程Ｓ６において成長したものである。なお、図示していないが、サセプタ１６の側面やチャンバ１５の壁面等にも、シリコン膜８０は形成されている。但し、サセプタ１６の側面やチャンバ１５の壁面のシリコン膜８０の厚さは、上述したほど厚くはない。図４のようにサセプタ１６の表面に既にシリコン膜８０が形成されているので、新たな半導体ウエハ５０をサセプタ１６上に載置すると、図５に示す状態となる。
【００２８】
次に、準備工程Ｓ３を実施する。図３に示すように、入れ換え工程Ｓ８では、サセプタ１６が約８００℃の低温に維持されている。準備工程Ｓ３では、サセプタ１６の温度を、約８００℃から約１２００℃まで上昇させる。サセプタ１６を昇温させると、サセプタ１６に載置されている半導体ウエハ５０もサセプタ１６と略同じ温度（すなわち、約１２００℃）まで昇温する。以後、サセプタ１６の温度は、成膜工程Ｓ６が終了するまで略一定温度に維持される。また、準備工程Ｓ３では、チャンバ１５内の圧力を所定値に制御する。以後、チャンバ１５内の圧力は、成膜工程Ｓ６が終了するまで略一定に維持される。また、準備工程Ｓ３では、サセプタ１６を、その中心軸回りに高速回転させる。サセプタ１６の回転は、成膜工程Ｓ６が終了するまで維持される。また、準備工程Ｓ３では、チャンバ１５内にＨ２ガスを供給する。シャワープレート２６からチャンバ１５内に流入したＨ２ガスは、図１の矢印７０に示すように半導体ウエハ５０に向かって流れる。そして、サセプタ１６の高速回転の影響によって、Ｈ２ガスは、矢印７２に示すようにして半導体ウエハ５０の表面に沿って、半導体ウエハ５０の外周に向かって高速で流れる。半導体ウエハ５０の外周端まで流れたガスの大部分は、矢印７４に示すように流れて、排気通路２８ａ、２８ｂを通って外部に排出される。また、図示していないが、半導体ウエハ５０の外周端まで流れたガスの一部は、チャンバ１５内を対流する。このようなガスの流れは、後述する工程Ｓ４〜Ｓ７の全てにおいて共通する。サセプタ１６の温度が約１２００℃まで上昇したら、その状態を一定時間維持する。すると、高温の半導体ウエハ５０が、矢印７２に示すように半導体ウエハ５０の表面に沿って流れているＨ２ガスに曝される。これによって、半導体ウエハ５０の表面に形成されている自然酸化膜が除去される。
【００２９】
準備工程Ｓ３が終了したら、エッチング工程Ｓ４を実施する。エッチング工程Ｓ４でも、サセプタ１６の温度が約１２００℃に維持され、サセプタ１６が回転している状態に維持される。エッチング工程Ｓ４では、チャンバ１５内に既に供給されているＨ２ガスに加えて、ＨＣｌガスをチャンバ１５内に供給する。ＨＣｌガスは、矢印７０〜７４に示すように流れる。矢印７２に示すように半導体ウエハ５０の表面に沿って流れているＨＣｌガスは、以下の反応式に示すように、高温に加熱されている半導体ウエハ５０（すなわち、シリコン）と反応する。
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
この反応によって、半導体ウエハ５０の表面がエッチングされる。これによって、図６に示すように、半導体ウエハ５０が薄くなる。なお、図６において、点線５２は、エッチング前の半導体ウエハ５０の形状を示している。本実施例では、エッチング工程前に約７２５μｍの厚さを有する半導体ウエハ５０を、その厚さが５７５μｍとなるまでエッチングする。すなわち、エッチング工程Ｓ４におけるエッチング厚（図６の記号ΔＴ１）は、約１５０μｍである。また、図５に示すように、エッチング工程Ｓ４の実施前のサセプタ１６の表面には、シリコン膜８０が形成されている。エッチング工程Ｓ４では、ＨＣｌガスによってシリコン膜８０もエッチングされる。半導体ウエハ５０の周囲のシリコン膜８０は、半導体ウエハ５０と略同じ速度でエッチングされる。また、上述したように、シリコン膜８０の厚さは１４５μｍ以下であり、エッチング厚である１５０μｍよりも小さい。したがって、領域１７ｄ及び凸部１７ｅの表面のシリコン膜８０は、エッチングによって完全に除去される。また、サセプタ１６の側面やチャンバ１５の内面に形成されている薄いシリコン膜も、エッチング工程Ｓ４で略完全に除去される。このように、エッチング工程Ｓ４では、半導体ウエハ５０のエッチングと同時に、チャンバ１５内の機器の表面に形成されたシリコン膜の除去（すなわち、クリーニング）が行われる。なお、本実施例では、チャンバ１５へのガスの供給量と、チャンバ１５からのガスの排出量と、サセプタ１６の回転速度を適切に設定することで、矢印７２に示す半導体ウエハ５０の近傍における高速のガスの流れを安定して作り出している。矢印７２に示す流れを安定して作り出すことで、半導体ウエハ５０の表面近傍におけるＨＣｌガスの濃度が均一化するため、半導体ウエハ５０を均一にエッチングすることができる。
【００３０】
エッチング工程Ｓ４が終了したら、ガス置換工程Ｓ５を実施する。ガス置換工程Ｓ５では、ＨＣｌガスのチャンバ１５への供給を停止して、Ｈ２ガスのみをチャンバ１５に供給し続ける。これによって、チャンバ１５内からＨＣｌガスを排出する。
【００３１】
ガス置換工程Ｓ５を所定時間実施したら、成膜工程Ｓ６を実施する。成膜工程Ｓ６でも、サセプタ１６の温度が約１２００℃に維持され、サセプタ１６が回転している状態に維持される。成膜工程Ｓ６では、チャンバ１５内に既に供給されているＨ２ガスに加えて、ＳｉＨＣｌ３ガスとＰＨ３ガスをチャンバ１５内に供給する。すなわち、チャンバ１５内に原料混合ガスを供給する。原料混合ガスは、矢印７０〜７４に示すように流れる。矢印７２に示すように半導体ウエハ５０の表面に沿って流れている原料混合ガスは、高温に加熱されている半導体ウエハ５０の熱によって、以下の反応式に示すように反応する。
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ
この反応式の右辺のＳｉが、半導体ウエハ５０の表面に固着するシリコンとなる。すなわち、この反応によって、図７に示すように、半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜８２がエピタキシャル成長する。なお、以下では、図７に示すシリコン膜８２形成後の半導体ウエハ５０のうち、シリコン膜８２以外の部分（シリコン膜８２を形成する前の半導体ウエハ５０により構成されている部分）を、基板領域８４という。なお、シリコン膜８２が成長する際には、ＰＨ３ガス中のＰがシリコン膜８２中に取り込まれる。したがって、シリコン膜８２はＮ型のシリコンとなる。また、上述したように、サセプタ１６の温度は、半導体ウエハ５０の温度と略等しい。したがって、サセプタ１６の表面でも上記の反応が生じ、サセプタ１６の表面にもシリコン膜８０が成長する。したがって、図７に示すように、半導体ウエハ５０の周囲の領域１７ｄ及び凸部１７ｅの表面にもシリコン膜８０が厚く成長する。また、図示していないが、サセプタ１６の側面や、チャンバ１５の内面にも、薄いシリコン膜が成長する。なお、成膜工程Ｓ６で半導体ウエハ５０の表面に成長させるシリコン膜の厚さ（図７の厚さΔＴ２）は、約１４５μｍである。したがって、サセプタ１６の表面に成長するシリコン膜８２の厚さは、最も厚い箇所でも１４５μｍ以下である。なお、成膜工程Ｓ６でも、矢印７２に示す半導体ウエハ５０の近傍における高速のガスの流れが安定して作り出される。したがって、半導体ウエハ５０の表面に均一な厚さでシリコン膜８２を成長させることができる。
【００３２】
成膜工程Ｓ６が終了したら、冷却工程Ｓ７を実施する。冷却工程Ｓ７では、ＳｉＨＣｌ３ガスとＰＨ３ガスのチャンバ１５への供給を停止して、Ｈ２ガスのみをチャンバ１５に供給し続ける。これによって、チャンバ１５内からＳｉＨＣｌ３ガスとＰＨ３ガスを排出する。また、冷却工程Ｓ７では、サセプタ１６の温度を約１２００℃から約８００℃まで低下させる。
【００３３】
サセプタ１６の温度が約８００℃まで低下したら、入れ換え工程Ｓ８で、成膜済みの半導体ウエハ５０をチャンバ１５から搬出し、成膜前の新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入する。新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入した段階で、次のサイクルＣ３が開始される。サイクルＣ３のエッチング工程Ｓ４でも、エッチングにより半導体ウエハ５０が薄く加工されるとともに、エッチングによってチャンバ１５内の機器の表面のシリコン膜が除去される。そして、成膜工程Ｓ６において半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜８２が形成される。このように、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返すことで、シリコン膜８２が形成された半導体ウエハ５０を量産することができる。得られた半導体ウエハ５０を用いて、パワー半導体装置等の種々の半導体装置を製造することができる。
【００３４】
以上に説明したように、実施例の製造方法では、エッチングによって半導体ウエハ５０を薄くした後に、その半導体ウエハ５０の表面に厚いシリコン膜８２をエピタキシャル成長させる。したがって、元の半導体ウエハ５０から大きく厚さを変更することなく、厚いシリコン膜８２を有する半導体ウエハ５０を得ることができる。成膜後の半導体ウエハ５０は、成膜前の半導体ウエハ５０と厚さが略等しいので、一般的な加工装置を用いて取り扱うことができる。また、この製造方法では、エッチング工程を開始してから成膜工程が終了するまで、半導体ウエハ５０を搬送することがなく、チャンバ１５内の圧力が略一定に維持され、かつ、半導体ウエハ５０の温度が略一定に維持される。すなわち、薄い状態の半導体ウエハ５０に対してほとんどストレスが加わらない。したがって、薄い状態の半導体ウエハ５０にチッピングが生じたり、薄い状態の半導体ウエハ５０の内部に欠陥が形成されることが抑制される。これによって、成膜後の半導体ウエハ５０の中の基板領域８４内の欠陥が少なくなる。また、この製造方法では、シリコン膜８２を形成した後に、半導体ウエハ５０を薄くするための加工を行わない。したがって、シリコン膜８２に対してストレスが加わることが抑制される。これによって、シリコン膜８２に欠陥等が生じることが抑制される。このように、この製造方法によれば、基板領域８４とシリコン膜８２がともに高品質な半導体ウエハ５０を得ることができる。
【００３５】
また、この製造方法では、半導体ウエハ５０のエッチングと同時に、チャンバ１５内のクリーニング（すなわち、チャンバ１５内の機器の表面に形成されたシリコン膜８０のエッチング）を行う。したがって、チャンバ１５内をクリーニングすることのみを目的としたクリーニング工程を行う必要がない。このため、効率的に半導体装置を製造することができる。特に、１００μｍ以上の厚いシリコン膜を半導体ウエハの表面に成長させる場合には、チャンバ内の機器の表面に成長するシリコン膜も厚くなる。このため、従来の方法では、１００μｍ以上のシリコン膜を成長させる場合には、成膜工程を行う毎に、その後にクリーニング工程を行う必要があった。このため、クリーニング工程により半導体製造装置が占有される時間が極めて長くなる。本実施例の製造方法では、クリーニング工程によって半導体製造装置が占有される時間が無いので、半導体装置の製造効率を極めて向上させることができる。すなわち、本実施例に開示の技術は、１００μｍ以上のシリコン膜を成長させる場合に特に有用である。また、この製造方法では、成長させるシリコン膜８２の厚さΔＴ２よりも、エッチング工程Ｓ４におけるエッチング厚ΔＴ１の方が大きい。したがって、成膜工程Ｓ６でサセプタ１６の表面に成長したシリコン膜８０の略全てを、エッチング工程Ｓ４で除去することができる。したがって、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返し実施しても、サセプタ１６の表面にシリコン膜８０が累積的に成長することが無い。以上に説明したように、実施例の製造方法では、チャンバ１５内の機器の表面のシリコン膜８０を除去できるので、シリコン膜８０からパーティクルが発生して、半導体ウエハ５０の表面のシリコン膜８２にパーティクルが付着する等の問題が生じることを抑制することができる。本実施形態の製造方法によれば、安定して高品質なシリコン膜８０を得ることができる。
【００３６】
なお、上述した実施例では、エッチング工程及び成膜工程においてサセプタ１６（すなわち、半導体ウエハ５０）を約１２００℃に維持したが、サセプタ１６の温度は１１００℃〜１３００℃の範囲内の温度であれば何れの温度であってもよい。
【００３７】
また、上述した実施例では、エッチング工程においてサセプタ１６の表面のシリコン膜８０を全て除去したが、ガスの流れやサセプタ１６の形状によっては、全てを除去することが困難な場合もある。この場合、少なくとも半導体ウエハの載置面（すなわち、半導体ウエハが載置される面と連続する平面）上のシリコン膜８０を除去することが好ましい。載置面上のシリコン膜８０を除去すれば、シリコン膜８０から生じる不具合の大部分を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０：半導体製造装置
１５：チャンバ
１６：サセプタ
１７ａ：載置面
１７ｂ：開口
２２：ヒータ
２５：ガス供給装置
２６：シャワープレート
２９：排気ポンプ
５０：半導体ウエハ
８０：シリコン膜
８２：シリコン膜
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流を扱うパワー半導体装置を製造する場合等に、半導体ウエハの表面に厚い膜を成長させることがある。しかしながら、厚い膜を成長させることで半導体ウエハが一般的な厚さよりも過度に厚くなると、一般的な加工設備で半導体ウエハを加工することが困難となる。この問題を解決するために、膜を成長させた後の半導体ウエハの厚さが所定の厚さとなるように、元の厚さが薄い半導体ウエハを使用し、その半導体ウエハの表面に厚い膜を成長させる方法が知られている。また、別の方法として、膜を成長させた後に、半導体ウエハの裏面（成長させた膜と反対側の面）を研磨またはエッチングして、半導体ウエハを薄くする方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−５２７９６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
元の厚さが薄い半導体ウエハの表面に膜を成長させる方法では、以下の問題が生じる。すなわち、薄い半導体ウエハの取り扱いが困難であるため、その取り扱い時に半導体ウエハにチッピングが生じたり、温度変化によって半導体ウエハ中にスリップ欠陥が発生したりする場合がある。
【０００５】
また、膜を成長させた後に、半導体ウエハの裏面を研磨またはエッチングして半導体ウエハを薄くする方法では、膜を成長させた後にこのような加工を行うために膜の品質低下が生じる虞がある。
【０００６】
また、上述した何れの方法でも、膜を成長させる際に、成膜装置のチャンバ内の機器の表面（例えば、半導体ウエハが載置されるサセプタの表面）にも膜が成長する。このため、成膜工程を実施した後に、空のチャンバ内にエッチングガスを導入して、チャンバの内部の機器の表面に成長した膜を除去するクリーニング工程を実施する必要がある。このクリーニング工程が、半導体装置の製造効率の低下の要因となる。
【０００７】
したがって、本明細書では、半導体ウエハの表面に膜を成長させる技術であって、半導体ウエハの厚さの増大を抑制することが可能であり、半導体ウエハの品質向上が可能であり、かつ、半導体装置を効率よく製造することが可能な技術を提供する。
【０００８】
なお、特許文献１には、半導体ウエハをエッチングした後に、半導体ウエハの表面に膜を成長させる技術が開示されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上述した従来の方法の問題を解消するために、半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、半導体ウエハをエッチングする動作を実行可能な半導体製造装置を用いて、以下のように膜を成長させる技術を考案した。この技術では、半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを設置し、最初に、半導体ウエハをエッチングする。これによって、半導体ウエハを薄くする。次に、その半導体ウエハの表面に膜を成長させる。この方法によれば、元の厚さが厚い半導体ウエハを用いても、エッチングによって半導体ウエハを薄くした後にその半導体ウエハの表面に膜を成長させるため、膜形成後の半導体ウエハの厚さが過度に厚くならない。また、エッチング後に半導体ウエハを動かすことなくその表面に膜を成長させることができるので、半導体ウエハにチッピングが生じたり、半導体ウエハ中に欠陥が生じたりすることを抑制できる。また、膜形成後に半導体ウエハを薄くするための加工も不要であるので、膜の品質を維持することができる。しかしながら、この技術でも、クリーニング工程を実施する必要があることから、半導体装置の製造効率をそれほど改善することはできない。
【００１０】
したがって、本発明者らは、上記の製造方法をさらに改良することで、以下の製造方法を創作した。この製造方法では、チャンバ内に配置された半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、チャンバ内に配置された半導体ウエハと前記膜とをエッチング可能なエッチングガスをチャンバ内に導入する動作とを実行可能な半導体製造装置を用いる。この製造方法は、搬入工程と、第１エッチング工程と、第１成膜工程と、入れ換え工程と、第２エッチング工程と、第２成膜工程を備えている。搬入工程では、半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを搬入する。第１エッチング工程では、搬入工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する。第１成膜工程では、第１エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。入れ換え工程では、第１成膜工程後に、チャンバから半導体ウエハを搬出するとともに、チャンバに別の半導体ウエハを搬入する。第２エッチング工程では、入れ換え工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する。第２成膜工程では、第２エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。
【００１１】
この製造方法では、搬入工程で半導体ウエハ（以下、第１の半導体ウエハという）をチャンバ内に搬入し、第１エッチング工程で第１の半導体ウエハを薄くしてから、第１成膜工程で第１の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。なお、第１成膜工程では、半導体製造装置のチャンバ内の機器の表面にも膜が成長する。第１成膜工程が終了したら、入れ換え工程で、半導体ウエハを入れ換える。そして、新たにチャンバ内に搬入した半導体ウエハ（以下、第２の半導体ウエハという）に対して、第２エッチング工程を行う。第２エッチング工程では、第２の半導体ウエハがエッチングされると共に、チャンバ内の機器の表面に形成されている膜もエッチングされる。すなわち、第２エッチング工程では、第２の半導体ウエハを薄くすると同時に、チャンバ内のクリーニングを行う。第２エッチング工程が終了したら、第２成膜工程で、第２の半導体ウエハの表面に膜を成長させる。以上に説明したように、この製造方法では、各半導体ウエハに対してエッチングを行った後に成膜を行う。したがって、この製造方法では、半導体ウエハの厚さの増大を抑制し、かつ、半導体ウエハの品質を維持しながら、半導体ウエハの表面に膜を成長させることができる。また、第２エッチング工程において、第２の半導体ウエハのエッチングと同時にチャンバ内のクリーニングをすることができる。すなわち、従来は別々に行っていたエッチング工程とクリーニング工程を同時に実施することができる。したがって、この製造方法によれば、高い製造効率で半導体装置を製造することができる。
【００１２】
上述した製造方法は、第１成膜工程で成長させる膜の厚さより、第２エッチング工程における半導体ウエハのエッチング厚の方が大きいことが好ましい。なお、半導体ウエハのエッチング厚とは、第２エッチング工程実施前の半導体ウエハの厚さと、第２エッチング工程実施後の半導体ウエハの厚さの差分を意味する。
【００１３】
このような構成によれば、第１成膜工程でチャンバ内の機器の表面に成長した膜のほぼ全てを、第２エッチング工程で除去することができる。したがって、この製造方法を繰り返し実施しても、チャンバ内の機器の表面に膜が累積的に成長することを防止することができる。
【００１４】
上述した製造方法においては、第１成膜工程及び第２成膜工程では、厚さが１００μｍ以上の膜を成長させることが好ましい。
【００１５】
また、上述した製造方法においては、前記半導体製造装置が、チャンバ内に配置されており、半導体ウエハが載置される載置面を備えたサセプタを有していることが好ましい。そして、第２エッチング工程では、少なくとも第１成膜工程において載置面に成長した膜が全て除去されるまでエッチングを行うことが好ましい。また、より好ましくは、第２エッチング工程では、第１成膜工程においてサセプタの表面に成長した膜が全て除去されるまでエッチングを行うことが好ましい。このように、半導体ウエハの近傍に存在する不要な膜を除去することで、より高品質な半導体装置の製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】半導体製造装置の概略断面図。
【図２】成膜処理を示すフローチャート。
【図３】成膜処理におけるサセプタの温度プロファイルと、チャンバ内に供給するガスを示す図。
【図４】入れ換え工程において、成膜済の半導体ウエハの搬出後、かつ、新たな半導体ウエハの搬入前の状態におけるサセプタ１６の縦断面図。
【図５】入れ換え工程において、新たな半導体ウエハ５０を搬入後の状態におけるサセプタ１６の縦断面図。
【図６】エッチング工程後のサセプタ１６の縦断面図。
【図７】成膜工程後のサセプタ１６の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本実施形態の製造方法では、図１に示す半導体製造装置１０を用いて半導体ウエハ５０に対して加工を行う。半導体ウエハ５０は、ｐ型のシリコンからなる半導体ウエハである。最初に、半導体製造装置１０について説明する。半導体製造装置１０は、第１筐体１２と、第１筐体１２内に設置された第２筐体１４を備えている。第２筐体１４の内部空間によって、チャンバ１５が形成されている。チャンバ１５内には、サセプタ１６が設置されている。
【００１８】
サセプタ１６は、筒状の部材であり、直径が大きいホルダ部１７と、直径が小さい軸部１８を備えている。筐体１２の底部には、軸受部２０が形成されている。サセプタ１６の軸部１８は軸受部２０に挿入されている。これによって、サセプタ１６は、図１の矢印６０に示すように回転可能とされている。サセプタ１６は、図示しない駆動装置によって回転させることができる。ホルダ部１７は、チャンバ１５内に位置している。ホルダ部１７の上面の中央には、凹部が形成されている。その凹部の底面１７ａは、エピタキシャル層を成長させる対象である半導体ウエハ５０が載置される載置面である。図５に示すように、載置面１７ａは、半導体ウエハ５０が載置されたときに半導体ウエハ５０に覆われる領域１７ｃと、そのときに半導体ウエハ５０に覆われない領域１７ｄを有している。図１に示すように、載置面１７ａの周囲には、載置面１７ａから上方に突出している凸部１７ｅが形成されている。載置面１７ａの中央には開口１７ｂが形成されている。半導体ウエハ５０は、開口１７ｂを塞ぐように載置面１７ａ上に載置される。ホルダ部１７の内部には、抵抗加熱型のヒータ２２が設置されている。ヒータ２２は、開口１７ｂの直下に設置されている。したがって、ヒータ２２によって、載置面１７ａ上に載置された半導体ウエハ５０を加熱することができる。
【００１９】
チャンバ１５の上部には、ガス供給路２４ａ、２４ｂが接続されている。ガス供給路２４ａ、２４ｂは筐体１２の外部に引き出されている。ガス供給路２４ａ、２４ｂの上流端は、ガス供給装置２５に接続されている。ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に種々のガスを供給することができる。具体的には、ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に、Ｈ２ガス（水素ガス）を供給することができる。また、ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に、Ｈ２ガスとＳｉＨＣｌ３ガス（トリクロロシランガス）とＰＨ３ガス（リン化水素ガス）との混合ガス（以下では、この混合ガスを、原料混合ガスという）を供給することができる。Ｈ２ガスとＳｉＨＣｌ３ガスは、互いに反応することで、半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜をエピタキシャル成長させるガスである。また、ＰＨ３ガスは、エピタキシャル成長するシリコン膜中にリンをドーピングして、シリコン膜をＮ型化するためのドーパントガスである。また、ガス供給装置２５は、ガス供給路２４ａ、２４ｂ内に、Ｈ２ガスとＨＣｌガス（塩酸ガス）の混合ガスを供給することができる。ＨＣｌガスは、シリコンをエッチングするエッチングガスである。チャンバ１５の上部には、ガス供給路２４ａ、２４ｂとチャンバ１５を分離するように、シャワープレート２６が設置されている。シャワープレート２６は、その表裏を連通する多数の連通孔を備えている。したがって、ガス供給装置２５から供給されるガスは、ガス供給路２４ａ、２４ｂとシャワープレート２６を通過してチャンバ１５内に供給される。
【００２０】
チャンバ１５の底面には、排気通路２８ａ、２８ｂが接続されている。排気通路２８ａ、２８ｂの下流端は、排気ポンプ２９に接続されている。排気ポンプ２９は、排気通路２８ａ、２８ｂ内のガスをその外部に排出する。排気ポンプ２９を作動させることによって、チャンバ１５内を減圧することができる。
【００２１】
筐体１４の外周壁と筐体１２の外周壁との間には、水冷管３２が配設されている。水冷管３２内には、冷水を流通させることができる。水冷管３２によって、筐体１４の外周壁（すなわち、チャンバ１５の外周壁）を冷却することができる。これによって、チャンバ１５内のガスがその外周壁の表面で反応することが抑制される。
【００２２】
次に、実施例の製造方法について説明する。最初に、図２を用いて、実施例の製造方法の概要について説明する。図２に示すように、実施例の製造方法では、搬入工程Ｓ２の後に、エッチング工程Ｓ４、成膜工程Ｓ６及び入れ換え工程Ｓ８を繰り返し行う。搬入工程Ｓ２では、チャンバ１５内に半導体ウエハ５０を搬入する。エッチング工程Ｓ４では、チャンバ１５内にエッチングガスを導入して、半導体ウエハ５０をエッチングする。これにより、半導体ウエハ５０を所定の厚さまで薄くする。成膜工程Ｓ６では、チャンバ内に原料混合ガスを導入して、半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜をエピタキシャル成長させる。シリコン膜を成長させるときには、チャンバ１５内の機器の表面にもシリコン膜が成長する。成膜工程Ｓ６を終了すると、シリコン膜が形成された半導体ウエハが完成する。入れ換え工程Ｓ８では、チャンバ１５内の半導体ウエハ５０を入れ換える。すなわち、成膜が完了した半導体ウエハ５０をチャンバ１５から搬出し、成膜前の新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入する。その後は、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返す。２回目以降のエッチング工程Ｓ４の開始時には、事前に行われた成膜工程Ｓ６において形成されたシリコン膜がチャンバ１５内の機器の表面に存在している。したがって、２回目以降のエッチング工程Ｓ４では、半導体ウエハ５０がエッチングされるとともに、チャンバ１５内の機器の表面に形成されたシリコン膜もエッチングされる。これにより、半導体ウエハ５０のエッチングと同時に、チャンバ１５内のクリーニングが行われる。このように、前の半導体ウエハ５０に対する成膜工程Ｓ６でチャンバ１５内の機器の表面に成長したシリコン膜は、次の半導体ウエハ５０に対するエッチング工程Ｓ４で除去される。図２の各工程を繰り返し実施することで、シリコン膜が形成された半導体ウエハ５０を量産することができる。
【００２３】
次に、実施例の製造方法について、詳細に説明する。実施例の製造方法において用いられる半導体ウエハ５０（成膜前の半導体ウエハ５０）は、約７２５μｍの厚さを有するシリコンウエハである。エッチング時に半導体ウエハ中に結晶欠陥が生じることを抑制するために、半導体ウエハ５０には、なるべく酸素濃度と欠陥密度が低いシリコンウエハを用いることが好ましい。また、機械的強度を確保するために、半導体ウエハ５０には、ｐ型不純物（例えば、ボロン）を高濃度に含有するシリコンウエハを用いることが好ましい。
【００２４】
図３は、図２の工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返し行うときのサセプタ１６の温度プロファイルと、チャンバ１５内に導入されるガスを示している。なお、図３に示す温度の制御は、ヒータ２２によって行われる。また、図３に示すガスの供給とその停止は、全て、ガス供給装置２５によって行われる。各サイクルＣ１〜Ｃ３は、それぞれ１つの半導体ウエハ５０に対して行われる処理のサイクルである。各サイクルで行われる処理は等しいので、以下ではサイクルＣ２について主に説明する。
【００２５】
図３に示すように、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返す処理の間は、ガス供給装置２５によって、チャンバ１５内に常にＨ２ガスが供給されている。また、この処理の間は、排気ポンプ２９が作動している。ガス供給装置２５と排気ポンプ２９によって、チャンバ１５内の気圧が適切に制御される。
【００２６】
サイクルＣ１において半導体ウエハ５０に対する処理が終了すると、サイクルＣ１の最後の入れ換え工程Ｓ８で、成膜後の半導体ウエハ５０がチャンバ１５から搬出され、成膜前の新たな半導体ウエハ５０がチャンバ１５内に搬入される。すなわち、図１に示すように、新たな半導体ウエハ５０が、サセプタ１６の載置面１７ａに載置される。新たな半導体ウエハ５０がチャンバ１５内に搬入された段階で、新たな半導体ウエハ５０に対する処理のサイクルＣ２が始まる。新たな半導体ウエハ５０を搬入したら、チャンバ１５を閉じる。入れ換え工程Ｓ８は、新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入する工程を含むので、搬入工程とみなすこともできる。
【００２７】
なお、図４は、サイクルＣ１で処理した半導体ウエハ５０をチャンバ１５から搬出した直後のサセプタ１６（すなわち、半導体ウエハ５０が載置されていない状態のサセプタ１６）の断面図を示している。図示するように、領域１７ｄ（載置面１７ａのうちの半導体ウエハ５０に覆われない領域）と凸部１７ｅの表面に、シリコン膜８０が形成されている。後に詳述するが、このシリコン膜８０の厚さは、１４５μｍ以下となる。シリコン膜８０は、サイクルＣ１の成膜工程Ｓ６において成長したものである。なお、図示していないが、サセプタ１６の側面やチャンバ１５の壁面等にも、シリコン膜８０は形成されている。但し、サセプタ１６の側面やチャンバ１５の壁面のシリコン膜８０の厚さは、上述したほど厚くはない。図４のようにサセプタ１６の表面に既にシリコン膜８０が形成されているので、新たな半導体ウエハ５０をサセプタ１６上に載置すると、図５に示す状態となる。
【００２８】
次に、準備工程Ｓ３を実施する。図３に示すように、入れ換え工程Ｓ８では、サセプタ１６が約８００℃の低温に維持されている。準備工程Ｓ３では、サセプタ１６の温度を、約８００℃から約１２００℃まで上昇させる。サセプタ１６を昇温させると、サセプタ１６に載置されている半導体ウエハ５０もサセプタ１６と略同じ温度（すなわち、約１２００℃）まで昇温する。以後、サセプタ１６の温度は、成膜工程Ｓ６が終了するまで略一定温度に維持される。また、準備工程Ｓ３では、チャンバ１５内の圧力を所定値に制御する。以後、チャンバ１５内の圧力は、成膜工程Ｓ６が終了するまで略一定に維持される。また、準備工程Ｓ３では、サセプタ１６を、その中心軸回りに高速回転させる。サセプタ１６の回転は、成膜工程Ｓ６が終了するまで維持される。また、準備工程Ｓ３では、チャンバ１５内にＨ２ガスを供給する。シャワープレート２６からチャンバ１５内に流入したＨ２ガスは、図１の矢印７０に示すように半導体ウエハ５０に向かって流れる。そして、サセプタ１６の高速回転の影響によって、Ｈ２ガスは、矢印７２に示すようにして半導体ウエハ５０の表面に沿って、半導体ウエハ５０の外周に向かって高速で流れる。半導体ウエハ５０の外周端まで流れたガスの大部分は、矢印７４に示すように流れて、排気通路２８ａ、２８ｂを通って外部に排出される。また、図示していないが、半導体ウエハ５０の外周端まで流れたガスの一部は、チャンバ１５内を対流する。このようなガスの流れは、後述する工程Ｓ４〜Ｓ７の全てにおいて共通する。サセプタ１６の温度が約１２００℃まで上昇したら、その状態を一定時間維持する。すると、高温の半導体ウエハ５０が、矢印７２に示すように半導体ウエハ５０の表面に沿って流れているＨ２ガスに曝される。これによって、半導体ウエハ５０の表面に形成されている自然酸化膜が除去される。
【００２９】
準備工程Ｓ３が終了したら、エッチング工程Ｓ４を実施する。エッチング工程Ｓ４でも、サセプタ１６の温度が約１２００℃に維持され、サセプタ１６が回転している状態に維持される。エッチング工程Ｓ４では、チャンバ１５内に既に供給されているＨ２ガスに加えて、ＨＣｌガスをチャンバ１５内に供給する。ＨＣｌガスは、矢印７０〜７４に示すように流れる。矢印７２に示すように半導体ウエハ５０の表面に沿って流れているＨＣｌガスは、以下の反応式に示すように、高温に加熱されている半導体ウエハ５０（すなわち、シリコン）と反応する。
Ｓｉ＋３ＨＣｌ→ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２
この反応によって、半導体ウエハ５０の表面がエッチングされる。これによって、図６に示すように、半導体ウエハ５０が薄くなる。なお、図６において、点線５２は、エッチング前の半導体ウエハ５０の形状を示している。本実施例では、エッチング工程前に約７２５μｍの厚さを有する半導体ウエハ５０を、その厚さが５７５μｍとなるまでエッチングする。すなわち、エッチング工程Ｓ４におけるエッチング厚（図６の記号ΔＴ１）は、約１５０μｍである。また、図５に示すように、エッチング工程Ｓ４の実施前のサセプタ１６の表面には、シリコン膜８０が形成されている。エッチング工程Ｓ４では、ＨＣｌガスによってシリコン膜８０もエッチングされる。半導体ウエハ５０の周囲のシリコン膜８０は、半導体ウエハ５０と略同じ速度でエッチングされる。また、上述したように、シリコン膜８０の厚さは１４５μｍ以下であり、エッチング厚である１５０μｍよりも小さい。したがって、領域１７ｄ及び凸部１７ｅの表面のシリコン膜８０は、エッチングによって完全に除去される。また、サセプタ１６の側面やチャンバ１５の内面に形成されている薄いシリコン膜も、エッチング工程Ｓ４で略完全に除去される。このように、エッチング工程Ｓ４では、半導体ウエハ５０のエッチングと同時に、チャンバ１５内の機器の表面に形成されたシリコン膜の除去（すなわち、クリーニング）が行われる。なお、本実施例では、チャンバ１５へのガスの供給量と、チャンバ１５からのガスの排出量と、サセプタ１６の回転速度を適切に設定することで、矢印７２に示す半導体ウエハ５０の近傍における高速のガスの流れを安定して作り出している。矢印７２に示す流れを安定して作り出すことで、半導体ウエハ５０の表面近傍におけるＨＣｌガスの濃度が均一化するため、半導体ウエハ５０を均一にエッチングすることができる。
【００３０】
エッチング工程Ｓ４が終了したら、ガス置換工程Ｓ５を実施する。ガス置換工程Ｓ５では、ＨＣｌガスのチャンバ１５への供給を停止して、Ｈ２ガスのみをチャンバ１５に供給し続ける。これによって、チャンバ１５内からＨＣｌガスを排出する。
【００３１】
ガス置換工程Ｓ５を所定時間実施したら、成膜工程Ｓ６を実施する。成膜工程Ｓ６でも、サセプタ１６の温度が約１２００℃に維持され、サセプタ１６が回転している状態に維持される。成膜工程Ｓ６では、チャンバ１５内に既に供給されているＨ２ガスに加えて、ＳｉＨＣｌ３ガスとＰＨ３ガスをチャンバ１５内に供給する。すなわち、チャンバ１５内に原料混合ガスを供給する。原料混合ガスは、矢印７０〜７４に示すように流れる。矢印７２に示すように半導体ウエハ５０の表面に沿って流れている原料混合ガスは、高温に加熱されている半導体ウエハ５０の熱によって、以下の反応式に示すように反応する。
ＳｉＨＣｌ３＋Ｈ２→Ｓｉ＋３ＨＣｌ
この反応式の右辺のＳｉが、半導体ウエハ５０の表面に固着するシリコンとなる。すなわち、この反応によって、図７に示すように、半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜８２がエピタキシャル成長する。なお、以下では、図７に示すシリコン膜８２形成後の半導体ウエハ５０のうち、シリコン膜８２以外の部分（シリコン膜８２を形成する前の半導体ウエハ５０により構成されている部分）を、基板領域８４という。なお、シリコン膜８２が成長する際には、ＰＨ３ガス中のＰがシリコン膜８２中に取り込まれる。したがって、シリコン膜８２はＮ型のシリコンとなる。また、上述したように、サセプタ１６の温度は、半導体ウエハ５０の温度と略等しい。したがって、サセプタ１６の表面でも上記の反応が生じ、サセプタ１６の表面にもシリコン膜８０が成長する。したがって、図７に示すように、半導体ウエハ５０の周囲の領域１７ｄ及び凸部１７ｅの表面にもシリコン膜８０が厚く成長する。また、図示していないが、サセプタ１６の側面や、チャンバ１５の内面にも、薄いシリコン膜が成長する。なお、成膜工程Ｓ６で半導体ウエハ５０の表面に成長させるシリコン膜の厚さ（図７の厚さΔＴ２）は、約１４５μｍである。したがって、サセプタ１６の表面に成長するシリコン膜８２の厚さは、最も厚い箇所でも１４５μｍ以下である。なお、成膜工程Ｓ６でも、矢印７２に示す半導体ウエハ５０の近傍における高速のガスの流れが安定して作り出される。したがって、半導体ウエハ５０の表面に均一な厚さでシリコン膜８２を成長させることができる。
【００３２】
成膜工程Ｓ６が終了したら、冷却工程Ｓ７を実施する。冷却工程Ｓ７では、ＳｉＨＣｌ３ガスとＰＨ３ガスのチャンバ１５への供給を停止して、Ｈ２ガスのみをチャンバ１５に供給し続ける。これによって、チャンバ１５内からＳｉＨＣｌ３ガスとＰＨ３ガスを排出する。また、冷却工程Ｓ７では、サセプタ１６の温度を約１２００℃から約８００℃まで低下させる。
【００３３】
サセプタ１６の温度が約８００℃まで低下したら、入れ換え工程Ｓ８で、成膜済みの半導体ウエハ５０をチャンバ１５から搬出し、成膜前の新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入する。新たな半導体ウエハ５０をチャンバ１５内に搬入した段階で、次のサイクルＣ３が開始される。サイクルＣ３のエッチング工程Ｓ４でも、エッチングにより半導体ウエハ５０が薄く加工されるとともに、エッチングによってチャンバ１５内の機器の表面のシリコン膜が除去される。そして、成膜工程Ｓ６において半導体ウエハ５０の表面にシリコン膜８２が形成される。このように、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返すことで、シリコン膜８２が形成された半導体ウエハ５０を量産することができる。得られた半導体ウエハ５０を用いて、パワー半導体装置等の種々の半導体装置を製造することができる。
【００３４】
以上に説明したように、実施例の製造方法では、エッチングによって半導体ウエハ５０を薄くした後に、その半導体ウエハ５０の表面に厚いシリコン膜８２をエピタキシャル成長させる。したがって、元の半導体ウエハ５０から大きく厚さを変更することなく、厚いシリコン膜８２を有する半導体ウエハ５０を得ることができる。成膜後の半導体ウエハ５０は、成膜前の半導体ウエハ５０と厚さが略等しいので、一般的な加工装置を用いて取り扱うことができる。また、この製造方法では、エッチング工程を開始してから成膜工程が終了するまで、半導体ウエハ５０を搬送することがなく、チャンバ１５内の圧力が略一定に維持され、かつ、半導体ウエハ５０の温度が略一定に維持される。すなわち、薄い状態の半導体ウエハ５０に対してほとんどストレスが加わらない。したがって、薄い状態の半導体ウエハ５０にチッピングが生じたり、薄い状態の半導体ウエハ５０の内部に欠陥が形成されることが抑制される。これによって、成膜後の半導体ウエハ５０の中の基板領域８４内の欠陥が少なくなる。また、この製造方法では、シリコン膜８２を形成した後に、半導体ウエハ５０を薄くするための加工を行わない。したがって、シリコン膜８２に対してストレスが加わることが抑制される。これによって、シリコン膜８２に欠陥等が生じることが抑制される。このように、この製造方法によれば、基板領域８４とシリコン膜８２がともに高品質な半導体ウエハ５０を得ることができる。
【００３５】
また、この製造方法では、半導体ウエハ５０のエッチングと同時に、チャンバ１５内のクリーニング（すなわち、チャンバ１５内の機器の表面に形成されたシリコン膜８０のエッチング）を行う。したがって、チャンバ１５内をクリーニングすることのみを目的としたクリーニング工程を行う必要がない。このため、効率的に半導体装置を製造することができる。特に、１００μｍ以上の厚いシリコン膜を半導体ウエハの表面に成長させる場合には、チャンバ内の機器の表面に成長するシリコン膜も厚くなる。このため、従来の方法では、１００μｍ以上のシリコン膜を成長させる場合には、成膜工程を行う毎に、その後にクリーニング工程を行う必要があった。このため、クリーニング工程により半導体製造装置が占有される時間が極めて長くなる。本実施例の製造方法では、クリーニング工程によって半導体製造装置が占有される時間が無いので、半導体装置の製造効率を極めて向上させることができる。すなわち、本実施例に開示の技術は、１００μｍ以上のシリコン膜を成長させる場合に特に有用である。また、この製造方法では、成長させるシリコン膜８２の厚さΔＴ２よりも、エッチング工程Ｓ４におけるエッチング厚ΔＴ１の方が大きい。したがって、成膜工程Ｓ６でサセプタ１６の表面に成長したシリコン膜８０の略全てを、エッチング工程Ｓ４で除去することができる。したがって、工程Ｓ４〜Ｓ８を繰り返し実施しても、サセプタ１６の表面にシリコン膜８０が累積的に成長することが無い。以上に説明したように、実施例の製造方法では、チャンバ１５内の機器の表面のシリコン膜８０を除去できるので、シリコン膜８０からパーティクルが発生して、半導体ウエハ５０の表面のシリコン膜８２にパーティクルが付着する等の問題が生じることを抑制することができる。本実施形態の製造方法によれば、安定して高品質なシリコン膜８０を得ることができる。
【００３６】
なお、上述した実施例では、エッチング工程及び成膜工程においてサセプタ１６（すなわち、半導体ウエハ５０）を約１２００℃に維持したが、サセプタ１６の温度は１１００℃〜１３００℃の範囲内の温度であれば何れの温度であってもよい。
【００３７】
また、上述した実施例では、エッチング工程においてサセプタ１６の表面のシリコン膜８０を全て除去したが、ガスの流れやサセプタ１６の形状によっては、全てを除去することが困難な場合もある。この場合、少なくとも半導体ウエハの載置面（すなわち、半導体ウエハが載置される面と連続する平面）上のシリコン膜８０を除去することが好ましい。載置面上のシリコン膜８０を除去すれば、シリコン膜８０から生じる不具合の大部分を防止することができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０：半導体製造装置
１５：チャンバ
１６：サセプタ
１７ａ：載置面
１７ｂ：開口
２２：ヒータ
２５：ガス供給装置
２６：シャワープレート
２９：排気ポンプ
５０：半導体ウエハ
８０：シリコン膜
８２：シリコン膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
チャンバ内に配置された半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、チャンバ内に配置された半導体ウエハと前記膜とをエッチング可能なエッチングガスをチャンバ内に導入する動作とを実行可能な半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを搬入する搬入工程と、
搬入工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第１エッチング工程と、
第１エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第１成膜工程と、
第１成膜工程後に、チャンバから半導体ウエハを搬出するとともに、チャンバに別の半導体ウエハを搬入する入れ換え工程と、
入れ換え工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第２エッチング工程と、
第２エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第２成膜工程、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
第１成膜工程で成長させる膜の厚さより、第２エッチング工程における半導体ウエハのエッチング厚の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
第１成膜工程及び第２成膜工程では、厚さが１００μｍ以上の膜を成長させることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記半導体製造装置は、チャンバ内に配置されており、半導体ウエハが載置される載置面を備えたサセプタを有しており、
第２エッチング工程では、少なくとも第１成膜工程において載置面に成長した膜が全て除去されるまでエッチングを行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項１】
半導体装置の製造方法であって、
チャンバ内に配置された半導体ウエハの表面に膜を成長させる動作と、チャンバ内に配置された半導体ウエハと前記膜とをエッチング可能なエッチングガスをチャンバ内に導入する動作とを実行可能な半導体製造装置のチャンバ内に半導体ウエハを搬入する搬入工程と、
搬入工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第１エッチング工程と、
第１エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第１成膜工程と、
第１成膜工程後に、チャンバから半導体ウエハを搬出するとともに、チャンバに別の半導体ウエハを搬入する入れ換え工程と、
入れ換え工程後に、チャンバ内に前記エッチングガスを導入する第２エッチング工程と、
第２エッチング工程後に、チャンバ内の半導体ウエハの表面に膜を成長させる第２成膜工程、
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項２】
第１成膜工程で成長させる膜の厚さより、第２エッチング工程における半導体ウエハのエッチング厚の方が大きいことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
第１成膜工程及び第２成膜工程では、厚さが１００μｍ以上の膜を成長させることを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記半導体製造装置は、チャンバ内に配置されており、半導体ウエハが載置される載置面を備えたサセプタを有しており、
第２エッチング工程では、少なくとも第１成膜工程において載置面に成長した膜が全て除去されるまでエッチングを行うことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の製造方法。
【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２０１２−２４８６９２（Ｐ２０１２−２４８６９２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９４８１（Ｐ２０１１−１１９４８１）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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