JP2012054310A - エピタキシャルウェーハの製造方法及びエピタキシャル成長装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板載置台と該基板載置台に載置された基板とを回転させ、前記基板の主面上に原料ガスを流通させることにより、前記基板主面上にエピタキシャル膜を形成させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記基板載置台の回転方向の位置に応じて、膜厚制御パラメータを変化させて前記エピタキシャル膜を形成させ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。
【選択図】図1
Description
従来用いられているエピタキシャル成長装置の一例を図5に示す。基板Wの主面にほぼ平行に原料ガスを流通させるエピタキシャル成長装置11の場合、通常基板載置台12は水平に設けられ、基板Wはその基板載置台12の中央部に置かれる。また、該基板載置台12の周囲には原料ガスが基板Wに触れるまでにエピタキシャル反応に適した温度に達するよう、基板載置台12の主面と面を一にするような予熱部材16が置かれることが多い。
また、基板載置台12の幾何学的中心と回転の中心が一致しているにも関わらず、膜厚分布に傾きが生じることもあり、その原因が不明で従来の方法ではこの様な膜厚分布の解消方法がなかった。
前述のように、従来、エピタキシャル膜の膜厚分布の傾きを生じている場合にも、膜厚分布の傾きを解消し、均一な膜厚のエピタキシャル膜を形成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及びエピタキシャル成長装置が求められていた。
図1に示すように、本発明のエピタキシャル成長装置1は、基板Wを載置するための基板載置台2と、基板Wの主面上にトリクロロシラン等の原料ガスを流通させる原料ガス導入手段3とを有する。
そして、更に、基板載置台2の回転方向の位置情報を得て該基板載置台2の回転方向の位置に応じて膜厚制御パラメータを変化させる手段4を有する。
基板載置台の回転方向の位置情報を得て該基板載置台の回転方向の位置に応じて膜厚制御パラメータを変化させる手段4は、新規のエピタキシャル成長装置の開発の際には図1(a)のように装置全体の制御システム(主制御装置)Mに組み込めばよい。
尚、市販のサーボモータはこの条件に好適である。サーボモータは回転速度を任意に指定することができる上に回転位置センサを内蔵しているので、基板載置台に取り付けた基準位置センサと組み合わせることで容易に基板載置台の回転方向の位置を把握することができる。
エピタキシャル成長装置において、基板載置台の幾何学的中心と回転の中心が一致していない時、基板載置台は偏心して回転し、基板載置台を取り囲む部材との隙間に大小の偏りを生じ、このような場合、基板の中心に対して一方が厚く、他方が薄いといった傾いた膜厚分布が生じやすい。このような偏った膜厚分布が生じる場合であっても、本発明によれば、薄くなりやすい部分の膜厚を厚くすることができ、膜厚分布の傾きが解消された均一な膜厚を有するエピタキシャル膜を形成することができる。
まず、あらかじめ基準位置で停止した基板載置台に基板を載置し、ノッチに対する原料ガス流入方向、すなわち上流側の位置θ1を調べておく。この値は装置に固定なので、1度だけ測定すればよい。次に、基板載置台の回転を止めた状態でエピタキシャル成長を行い、上流側の成長速度G1と下流側の成長速度G2を調べる。この値は成長温度や原料ガス流速などの成長条件毎に調べておく。
ω(θ)=ω1/(1+k×sin(θ−θ1+θ2)) (A)
とするとよい。ここで、kは回転速度増減の程度を表す係数であって
k=(T1−T2)/(T1+T2)×(G1+G2)/(G1−G2) (B)
で定められる。
新規のエピタキシャル成長装置の開発の際には、基板載置台2の回転方向の位置情報を得て該基板載置台の回転方向の位置に応じて膜厚制御パラメータを変化させる手段4、すなわち基板載置台の回転方向の位置に応じて原料ガスの流量を増減させるものは、図3(a)のように装置全体の制御システム(主制御装置)Mに組み込めばよい。
基板載置台2の回転方向の位置情報を得るためには、簡易的には、フォトインタラプタなどで検出した基準位置通過時刻と現在時刻と回転速度とから現在位置を算出してもよいし、より正確な位置を検出するために、基準位置センサの他に基板載置台2を支える回転軸もしくはモータ5にロータリーエンコーダを取り付けても良い。
ここで、図3(a)(b)にあるように、本発明の装置及び方法では、基板載置台の回転方向の位置に応じて原料ガスの流量を増減するとともに、基板載置台の回転速度も変化させるようにしても良い。これにより、より高精度に膜厚分布を均一化することができる。
まず、あらかじめ基板載置台の回転を止めた状態で通常の原料ガス流量F1でエピタキシャル成長を行い、上流側の成長速度G1と下流側の成長速度G2を調べる。次に、同じく基板載置台の回転を止めた状態で原料ガス流量F1より少し異なる原料ガス流量F2でエピタキシャル成長を行い、上流側の成長速度G3と下流側の成長速度G4を調べる。次に、基板載置台を回転し、基板載置台が基準位置にあるときに原料ガス流量が最大で基板載置台が基準位置と180度回転した状態にあるときに原料ガス流量が最小となるように原料ガス流量を増減させながらエピタキシャル成長を行い、基板のノッチに対する膜厚が最も厚くなった方向θ1を調べておく。
F(θ)=F1×(1+k×sin(θ−θ1+θ2)) (C)
とするとよい。ここでkは原料ガス流量増減の程度を表す係数であって
k=(T1−T2)/(T1+T2)×(G1+G2)/(G4−G3−G2+G1)/2×(F2−F1)/F1 (D)
で定められる。
エピタキシャル用基板Wとして、直径200mm、厚さ規格725μm、P型、抵抗率5〜10mΩcmとなるシリコンウエーハを用意した。
原料ガス(トリクロロシラン)流量:10slm
キャリアガス(H2ガス)流量:40slm
エピタキシャル成長温度:1100℃
膜厚の厚い部分の厚さT1、膜厚の薄い部分の厚さT2、ノッチを基準にした膜厚の薄い部分の位置θ2を求め、上記一般式(A)及び(B)に当てはめ、基板載置台2の回転方向の位置θに応じた回転速度ω(θ)を求めた。それぞれの値を以下に示す。
T1:11.87μm T2:12.19μm
θ1:270° θ2:235° ω1:35rpm
次に、上記と同様の条件でシリコンウェーハWを基板載置台2に載置し、サーボモータで基板載置台の回転方向の位置θを把握しながら、基板載置台2の回転方向の位置θに応じた回転速度ω(θ)で基板載置台2を回転させてエピタキシャル成長を行ったところ、比較例において膜厚の厚かった部分の位置の厚さは12.05μmとなり、比較例において膜厚の薄かった部分(膜厚を厚くしたい部分)の位置の厚さは12.01μmとなり、すなわち、膜厚を厚くしたい部分の平均成長速度を速くすることができ、比較例で観察された様な膜厚の傾きが解消された(実施例)。
Claims (6)
- 基板載置台と該基板載置台に載置された基板とを回転させ、前記基板の主面上に原料ガスを流通させることにより、前記基板主面上にエピタキシャル膜を形成させるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記基板載置台の回転方向の位置に応じて、膜厚制御パラメータを変化させて前記エピタキシャル膜を形成させ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。
- 前記膜厚制御パラメータとして前記基板載置台の回転速度を、前記基板載置台の回転方向の位置に応じて変化させて前記エピタキシャル膜を形成させ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。
- 前記膜厚制御パラメータとして前記原料ガスの流量を、前記基板載置台の回転方向の位置に応じて増減させて前記エピタキシャル膜を形成させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
- 基板を載置するための基板載置台と、前記基板の主面上に原料ガスを流通させる原料ガス導入手段とを有するエピタキシャル成長装置であって、該エピタキシャル成長装置は、更に、前記基板載置台の回転方向の位置情報を得て該基板載置台の回転方向の位置に応じて膜厚制御パラメータを変化させる手段を有するものであることを特徴とするエピタキシャル成長装置。
- 前記膜厚制御パラメータを変化させる手段は、前記基板載置台の回転方向の位置に応じて前記基板載置台の回転速度を変化させるものであることを特徴とする請求項4に記載のエピタキシャル成長装置。
- 前記膜厚制御パラメータを変化させる手段は、前記基板載置台の回転方向の位置に応じて前記原料ガスの流量を増減させるものであることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載のエピタキシャル成長装置。
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