JP4089816B2 - 半導体エピタキシャルウェーハの製造装置およびドーパントガスの希釈装置 - Google Patents
半導体エピタキシャルウェーハの製造装置およびドーパントガスの希釈装置 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体エピタキシャルウェーハの製造装置に関し、特に高抵抗率のエピタキシャル成長層をもつ半導体エピタキシャルウェーハを製造できる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスのうち、いくつかの種類のデバイスは、シリコンウェーハ上にエピタキシャル成長層の薄膜を形成する工程を経て作製される。
【0003】
エピタキシャル成長薄膜形成用の原料ガスとしては例えばSiH4 (モノシラン)、SiHCl3 (トリクロロシラン)などが使用される。たとえばP型の半導体デバイスを作製する場合にはシリコンウェーハ基板に不純物としてボロンBが添加されエピタキシャル成長層にも同じ不純物ボロンBが添加される。このためP型のドープガスB2H6 (ジボラン)などが使用される。
【0004】
なお以下の説明では「ドープガス」をB2H6 (ジボラン)が100%のガスの意味で、また「ドーパントガス」をB2H6 (ジボラン)が予めH2 により希釈されているガス(B2H6 +H2 )の意味で使用する。
【0005】
エピタキシャル成長炉(チャンバ)内にはサセプタが設けられている。
【0006】
エピタキシャル成長炉の外部には加熱用ランプが設けられており、加熱用ランプが発光することにより輻射熱が石英ガラス製の炉壁を通してシリコンウェーハ基板に加えられる。これによりシリコンウェーハ基板は気相成長に適した成長温度に達する。
【0007】
エピタキシャル成長炉のガス導入口から原料ガス、ドーパントガス、キャリアガスからなる成長ガスが炉内に供給され、サセプタの面に沿って流される。サセプタを通過した成長ガスがチャンバのガス排気口から排気される。
【0008】
このため原料ガスがシリコンウェーハ基板上で化学反応し、シリコンウェーハ基板の表面に同じシリコンのエピタキシャル成長層の薄膜が形成され、シリコンエピタキシャルウェーハが作製される。たとえばドーパント濃度が高い(抵抗率Ω・cmが低い)シリコンウェーハ基板の上にドーパント濃度が低い(抵抗率Ω・cmが高い)エピタキシャル成長層が形成される。
【0009】
ここでエピタキシャル成長炉の前段には、ドーパントガス用ボンベに貯留されたドーパントガスを希釈ガスによって希釈してエピタキシャル成長炉に供給する希釈装置が設けられている。ドーパントガス用ボンベは1式のエピタキシャル成長炉毎に設けられているか(個別供給)、全体のエピタキシャル成長炉につき1式のドーパントガス用ボンベが設けられている(集中供給)。
【0010】
ドーパントガスの希釈は、ドーパントガスの流量をマスフローコントローラ(質量流量コントローラ)で調整するとともに、希釈ガスの流量をマスフローコントローラで調整しこれらをミキサで混合することによって行われる。ミキサで両ガスが混合されることで希釈されたドーパントガスがシリコンウェーハ基板上に供給される。ドーパントガスの希釈率(ドーパントガス濃度)は、(ドーパントガス流量)/(希釈ガスの流量+ドーパントガスの流量)で定まり、ドーパントガスの希釈率と、ボンベに貯留されたドーパントガス中のドープガスの濃度に比例して、エピタキシャル成長層のドーパント濃度(抵抗率)が定まる。
【0011】
ドーパントガスの最小希釈率(ドーパントガス最低濃度)はマスフローコントローラの性能つまりマスフローコントローラで高精度に流量制御し得る最小流量によって規定される。
【0012】
半導体デバイスには通常、5〜10Ω・cm程度の低抵抗率(高ドーパント濃度)のものが要求されており、このためドーパントガスを希釈する上でマスフローコントローラの性能は問題にならない。たとえば100ppm程度の高濃度のドープガスB2H6 を含んだドーパントガスが貯留されたドーパントガス用ボンベ(高濃度品)からドーパントガスを希釈装置に供給して、これを希釈ガスH2 によって1ppm程度のドープガスB2H6 の濃度のドーパントガスに希釈する上では、マスフローコントローラの制御範囲内であるため、制御精度は問題にならない。
【0013】
しかし近年半導体デバイスの種類によっては、100〜500Ω・cm程度の高抵抗率(低ドーパント濃度)のものが要求されている。このような高抵抗率のエピタキシャル成長層をもつシリコンエピタキシャルウェーハ(高抵抗率品)を製造するには、同じ高濃度品のドーパントガス用ボンベから100ppmのドーパントガスを希釈装置に供給して、これを希釈ガスH2 によって0.01ppm程度のドーパントガスに希釈しなければならないが、このような極小の濃度に希釈することはマスフローコントローラの性能を超えてしまう。
【0014】
そこで高抵抗品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する際には、ドーパントガス用ボンベを高濃度品から、1ppm程度の低濃度のドーパントガスが貯留されたドーパントガス用ボンベ(低濃度品)に交換した上で希釈することが考えられる。また小流量レンジのマスフローコントローラに交換する方法も考えられる。
【0015】
しかし、
a)ガスボンベの交換を、個別供給あるいは集中供給でガス供給が行われるシステムで行うことにすると、交換作業のたびに作業が中断されることになってエピタキシャル成長工程の作業効率が低下する。とりわけ集中供給でガス供給が行われるシステムの場合、作業効率の低下は大きい。
【0016】
b)また低濃度品のドーパントガス用ボンベは、ドーパントガスの濃度を段階的に希釈することで製造されるため濃度の誤差が大きくなることが予想される。
【0017】
c)またマスフローコントローラの交換工事を行った場合には、工事により配管を大気に晒すことになり、配管内部を汚染させる危険性が高い。
【0018】
このため高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、抵抗率を品質的に安定させるとともに、ドーパントガス用ボンベの交換作業を要しないシステムの開発が要請されている。
【0019】
ドーパントガスを希釈することに関連する従来技術として以下のものがある。
【0020】
(従来技術1)
特許文献1(特開平3−290395号公報)には、図4に示すように、高濃度品のドーパントガス用ボンベ1001からマスフローコントローラ1002を介してサブチャンバ1003にドーパントガスB2H6を供給するとともに、希釈ガス用ボンベ1007から希釈ガスSi2H6 をマスフローコントローラ1008を介してサブチャンバ1003に供給して両ガスをサブチャンバ1003で混合して、これをマスフローコントローラ1004を介してエピタキシャル成長炉1006に供給するとともに希釈ガス用ボンベ1007から希釈ガスSi2H6 をマスフローコントローラ1005を介してエピタキシャル成長炉1006に供給して両ガスをエピタキシャル成長炉1006で混合することで、後段のマスフローコントローラ1004、1005の性能では達成できない低い希釈率まで希釈して高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するという発明が記載されている。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術1によれば、確かに高濃度品のガスボンベ1001を使用したままで高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。
【0022】
しかしこの従来技術1の装置で、低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造しようとすると、高濃度品のドーパントガス用ボンベ1001から出たドーパントガスは必ず前段のマスフローコントローラ1002と、後段のマスフローコントローラ1004を通過しなければならないため、ドーパントガスの最大希釈率(ドーパントガス最高濃度)はマスフローコントローラ1002、1004の最大流量によって制限されることになる。通常、ドーパントガス用マスフローコントローラの流量レンジは、希釈ガスの流量レンジより小さな値に設定される。このためマスフローコントローラ1002、1004を最大流量にしたとしても後段の希釈ガスのマスフローコントローラ1005と後段のドーパントガスのマスフローコントローラ1004の流量比による希釈は避けられない。
【0023】
したがって低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するには、マスフローコントローラ1004からサブチャンバ1003を切り離して、ドーパントガス用ボンベ1001を直接マスフローコントローラ1004に接続し直さなければならず、大がかりな装置の改変が必要となる。
【0024】
すなわち従来技術1にあっては、前段のマスフローコントローラ1002の最大流量を超えた流量を、後段のマスフローコントローラ1004に供給できないため、低抵抗率品の製造に限界があるとともに、前段のマスフローコントローラ1002の限界を超えた低抵抗率品を製造するには、ガスボンベ1001を接続し直すなどの装置の大がかりな変更が必要であった。
【0025】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、上述したa)、b)、c)の問題を解決して、高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、抵抗率を品質的に安定させるとともに、ドーパントガス用ボンベやマスフローコントローラの交換作業を要しないシステムにし、更にこのシステムで従来と同様の低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを容易に製造できるようにすることを解決課題とするものである。
【0026】
【課題を解決するための手段、作用および効果】
本発明は、
ドーパントガスを半導体ウェーハ上に流すことによってエピタキシャル成長層を形成して半導体エピタキシャルウェーハを製造するエピタキシャル成長炉と、
ドーパントバスが貯留されたドーパントガス用ボンベと、
希釈ガスが貯留された希釈ガス用ボンベと、
ドーパントガスの供給口と希釈ガスの供給口とが設けられドーパントガス供給口から供給されたドーパントガスと希釈ガス供給口から供給された希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にしてエピタキシャル成長炉に供給する第1の希釈装置と
が備えられ、
前記第1の希釈装置の前段には、第2の希釈装置が設けられ、当該第2の希釈装置は、
ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスの流量を調整するドーパントガス用のマスフローコントローラと、ドーパントガスと希釈ガス用ボンベから供給される希釈ガスとを混合するミキサとを有し、ドーパントガスを所定の濃度にして前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第1の供給ラインと、
ドーパントガス用のマスフローコントローラの入口からミキサの出口までをバイパスするバイパス管路であって、ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスを直接前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第2の供給ラインと、
第1の供給ラインと第2の供給ラインのいずれかを選択的に切り換える切換手段と
を備えている半導体エピタキシャルウェーハの製造装置であることを特徴とする。また、本発明は、
ドーパントバスが貯留されたドーパントガス用ボンベと、
希釈ガスが貯留された希釈ガス用ボンベと、
ドーパントガスの供給口と希釈ガスの供給口とが設けられドーパントガス供給口から供給されたドーパントガスと希釈ガス供給口から供給された希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にする第1の希釈装置と
が備えられ、
前記第1の希釈装置の前段には、第2の希釈装置が設けられ、当該第2の希釈装置は、
ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスの流量を調整するドーパントガス用のマスフローコントローラと、ドーパントガスと希釈ガス用ボンベから供給される希釈ガスとを混合するミキサとを有し、ドーパントガスを所定の濃度にして前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第1の供給ラインと、
ドーパントガス用のマスフローコントローラの入口からミキサの出口までをバイパスするバイパス管路であって、ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスを直接前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第2の供給ラインと、
第1の供給ラインと第2の供給ラインのいずれかを選択的に切り換える切換手段と
を備えているドーパントガスの希釈装置であることを特徴とする。
【0027】
本発明によれば、図1に示すように、第1の希釈装置100の前段に、第2の希釈装置200が設けられる。この第2の希釈装置200には、ドーパントガス用ボンベ1から供給されるドーパントガスと希釈ガス用ボンベ2から供給される希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にして第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113に供給する第1の供給ライン201が設けられている。
【0028】
また第2の希釈装置200には、ドーパントガス用ボンベ1から供給されるドーパントガスを直接第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113に供給する第2の供給ライン202が設けられている。
【0029】
そして第2の希釈装置200には、第1の供給ライン201と第2の供給ライン202のいずれかを選択的に切り換える切換手段203が設けられている。
【0030】
切換手段203によって第1の供給ライン201に切り換えられた場合には、マスフローコントローラ204によってドーパントガスの流量が調整されるとともに、マスフローコントローラ205によって希釈ガスの流量が調整されて、所定の濃度にまで希釈されたドーパントガスが第1の供給ライン201を経由して、第1の希釈装置100に供給される。第1の希釈装置100では、第2の希釈装置200と同様にして、第2の希釈装置200で所定の濃度にまで希釈されたドーパントガスが更に希釈ガスによって所定の濃度にまで希釈されて、後段のエピタキシャル成長炉3に供給される。これによりエピタキシャル成長炉3で極めて高抵抗率(低ドーパント濃度)のシリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
【0031】
これに対して切換手段203によって第2の供給ライン202に切り換えられた場合には、ドーパントガス用ボンベ1から出たドーパントガスは第2の供給ライン202を経由して直接第1の希釈装置100に供給される。第1の希釈装置100では、ドーパントガス用ボンベ1内の高濃度のドーパントガスが希釈ガスによって希釈される。このため極めて高濃度にドーパントガスを希釈することができる。そしてこのように極めて高濃度のドーパントガスが第1の希釈装置100からエピタキシャル成長炉3に供給される。これによりエピタキシャル成長炉3で極めて低抵抗率(高ドーパント濃度)のシリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
【0032】
このように本発明によれば、高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する際には、高濃度品のドーパントガス用ボンベ1をそのまま使用でき低濃度品のボンベに交換する必要がなく、またマスフローコントローラを交換する工事をする必要もないので、上述したa)、b)、c)の問題が解決され、高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、抵抗率を品質的に安定させるとともに、ドーパントガス用ボンベの交換作業を要しないシステムを実現することができる。
【0033】
また低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するには、切換手段203を動作させるだけでよく、大がかりな装置の改変を要しない。このため従来と同様の低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを容易に製造することができる。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して実施形態を説明する。なお本実施形態では、エピタキシャル成長薄膜形成用の原料ガスとしてSiHCl3 (トリクロロシラン)を使用し、P型のシリコンエピタキシャルウェーハを作製する場合を想定する。このためシリコンウェーハ基板に不純物としてボロンBを添加されたものを用い、P型のドープガスB2H6 (ジボラン)を使用してエピタキシャル成長層に同じく不純物としてボロンBを添加する場合を想定する。しかし本発明としては原料ガス、ドープガスの種類は任意である。すなわちP型のシリコンエピタキシャルウェーハを作製する場合のみならず、N型のシリコンエピタキシャルウェーハを作製する場合にも適用することができる。また不純物としてボロンB以外に砒素As、リンPなどを添加する場合にも適用することができる。
【0035】
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に用いられるシリコンエピキシャルウェーハ製造装置を示しており、ガスボンベから供給されるドーパントガスを希釈してエピタキシャル成長炉3に供給してシリコンエピタキシャルウェーハを製造する装置の構成を示している。
【0036】
エピタキシャル成長炉(チャンバ)3内にはサセプタが設けられている。
【0037】
エピタキシャル成長炉3の外部には加熱用ランプが設けられており、加熱用ランプが発光することにより輻射熱が石英ガラス製の炉壁を通してシリコンウェーハ基板に加えられる。これによりシリコンウェーハ基板は気相成長に適した成長温度に達する。
【0038】
エピタキシャル成長炉3のガス導入口3aからは後述するように原料ガス、ドーパントガス、キャリアガスからなる成長ガスが炉内に供給され、サセプタの面に沿って流される。サセプタを通過した成長ガスがチャンバのガス排気口3bから排気される。
【0039】
このため原料ガスがシリコンウェーハ基板上で化学反応し、シリコンウェーハ基板の表面に同じシリコンのエピタキシャル成長層の薄膜が形成され、シリコンエピタキシャルウェーハが作製される。たとえばドーパント濃度が高い(抵抗率Ω・cmが低い)シリコンウェーハ基板の上にドーパント濃度が低い(抵抗率Ω・cmが高い)エピタキシャル成長層が形成される。
【0040】
原料ガス(SiHCl3 )は原料ガス用ボンベ4に貯留されており、キャリアガス(H2)はキャリアガス用ボンベ5に貯留されている。原料ガス用ボンベ4内の原料ガスとキャリアガス用ボンベ5内のキャリアガスは混合され、マスフローコントローラ6で流量が調整された上で、管路119を通りエピタキシャル成長炉3のガス導入口3aを介して炉内に供給される。
【0041】
ドーパントガス(B2H6 +H2)はドーパントガス用ボンベ1に貯留されており、希釈ガス(H2)は希釈ガス用ボンベ2に貯留されている。ドーパントガス用ボンベ1内には、100%のドープガス(B2H6 )が予め希釈ガス(H2)により所定の高濃度(100ppm程度)に希釈された状態で貯留されている。
【0042】
エピタキシャル成長炉3の前段には、第1の希釈装置100が設けられている。第1の希釈装置100の前段には、第2の希釈装置200が設けられている。
【0043】
第1の希釈装置100には、ドーパントガス供給口113と希釈ガス供給口114とドーパントガス排出口111と排気口112が設けられている。
【0044】
第2の希釈装置200には、ドーパントガス供給口213と希釈ガス供給口214とドーパントガス排出口211と排気口212が設けられている。
【0045】
第1の希釈装置100のドーパントガス排出口111は管路118を介してエピタキシャル成長炉3のガス導入口3aに連通している。排気口112は排気管を介して除害装置に連通している。希釈ガス供給口114は管路117を介して希釈ガス用ボンベ2の吐出口に連通している。
【0046】
第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113は管路216を介して第2の希釈装置200のドーパントガス排出口211に連通している。
【0047】
第2の希釈装置200の排気口212は排気管を介して除害装置に連通している。希釈ガス供給口214は管路217を介して希釈ガス用ボンベ2の吐出口に連通している。第2の希釈装置200のドーパントガス供給口213は管路116を介してドーパントガス用ボンベ1の吐出口に連通している。
【0048】
第1の希釈装置100は、第2の希釈装置200のドーパントガス排出口211、管路216を介してドーパントガス供給口113に供給されたドーパントガスと、希釈ガス用ボンベ2、管路117を介して希釈ガス供給口114に供給された希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にして、ドーパントガス排出口111、管路118、ガス導入口3aを介してエピタキシャル成長炉3内に供給する。
【0049】
第2の希釈装置200では、つぎの2つの処理が行われる。
【0050】
(高抵抗率品製造時処理) この場合、第2の希釈装置200は、ドーパントガス用ボンベ1、管路116を介してドーパントガス供給口213に供給されたドーパントガスと、希釈ガス用ボンベ2、管路217を介して希釈ガス供給口214に供給された希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にして、ドーパントガス排出口211、管路216を介して第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113に供給する。
【0051】
(低抵抗率品製造時処理) この場合、第2の希釈装置200は、ドーパントガス用ボンベ1、管路116を介してドーパントガス供給口213に供給されたドーパントガスを直接、管路202を介しドーパントガス排出口211から排出し、管路216を介して第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113に供給する。
【0052】
すなわち第2の希釈装置200には、ドーパントガス用ボンベ1から供給されるドーパントガスと希釈ガス用ボンベ2から供給される希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にしてドーパントガス排出口211から排出する第1の管路201と、ドーパントガス用ボンベ1から供給されるドーパントガスを直接ドーパントガス排出口211から排出するバイパス管路としての第2の管路202とが設けられている。
【0053】
第1の管路201上には、ドーパントガス用のマスフローコントローラ204が設けられているとともに、ドーパントガスと希釈ガスとを導入してこれら両ガスを混合した上で排出するミキサ208が設けられている。
【0054】
第2の管路202は、マスフローコントローラ204の入口からミキサ208の出口までをバイパスするバイパス管路であり、第2の管路202上には、第1の管路201、第2の管路202のいずれか一方の管路を選択的に切り換えて、ドーパントガスをいずれかの管路に沿って通過させる切換手段としての開閉弁203が設けられている。
【0055】
開閉弁203が閉じられた場合には第1の管路201が選択され、この第1の管路201に沿ってドーパントガスが通過する。
【0056】
すなわちドーパントガス用ボンベ1から出たドーパントガスは、マスフローコントローラ204によって、その流量が調整される。一方希釈ガス用ボンベ2から出た希釈ガスは、マスフローコントローラ205によって、その流量が調整される。そして流量が調整された両ガスはそれぞれミキサ208に導入され両ガスが混合されてミキサ208から排出される。
【0057】
ここで、ドーパントガスの希釈率(ドーパントガス濃度)は、(ドーパントガス流量)/(希釈ガスの流量+ドーパントガスの流量)で定まり、ドーパントガスの希釈率に反比例し、ボンベに貯留されたドーパントガス中のドープガスの濃度に比例して、エピタキシャル成長層のドーパント濃度(抵抗率)が定まる。
【0058】
図2はマスフローコントローラを制御する制御系の構成を示している。同図2に示すように、第2の希釈装置200には第2の濃度設定コントローラ230が設けられている。第2の濃度設定コントローラ230には、所望するドーパントガスの濃度(目標濃度)が設定、入力される。上述したようにドーパントガスの濃度は、マスフローコントローラ204の流量(ドーパントガスの流量)とマスフローコントローラ205の流量(希釈ガスの流量)との比率によって定まるので、これらの流量比が設定、入力される。
【0059】
第2の濃度設定コントローラ230に入力された目標濃度(流量比)に対応する流量指令がマスフローコントローラ204、205にそれぞれ与えられる。このためマスフローコントローラ204、205でそれぞれ流量が調整されて、両マスフローコントローラ204、205の流量比は、第2の濃度設定コントローラ230で設定された目標濃度に応じたものとなる。なお第2の濃度設定コントローラ230は、マスフローコントローラ204、205の実際の流量をフィードバックして、各マスフローコントローラ204、205の実際の流量と指令した流量との誤差を調整している。
【0060】
またミキサ208の後段には濃度検出器215が設けられている。濃度検出器215では、ミキサ208によって希釈されたドーパントガスの実際の濃度が検出される。濃度検出器215で検出されたドーパントガスの実際の濃度は第2の濃度設定コントローラ230にフィードバックされ、実際の濃度と目標濃度との誤差が第2の濃度設定コントローラ230で調整される。
【0061】
このようにマスフローコントローラ204、205によって流量比が調整されミキサ208で混合されることで、希釈されたドーパントガスは、第1の管路201を経由してドーパントガス排出口211から排出され、管路216を介して第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113に供給される。
【0062】
このためドーパントガス用ボンベ1に貯留された100ppm程度の高濃度のドーパントガスを、1ppm程度の低濃度にまで希釈して第1の希釈装置100に供給することができる。
【0063】
これに対して開閉弁203が開かれた場合には第2の管路202が選択され、この第2の管路202に沿ってドーパントガスが通過する。
【0064】
すなわちドーパントガス用ボンベ1から出たドーパントガスは、マスフローコントローラ204、ミキサ208を通過することなく、第2の管路202を経由して直接ドーパントガス排出口211から排出され、管路216を介して第1の希釈装置100のドーパントガス供給口113に供給される。
【0065】
このためドーパントガス用ボンベ1に貯留された100ppm程度の高濃度のドーパントガスを、そのままの高濃度で第1の希釈装置100に供給することができる。
【0066】
なおドーパントガス供給口213とマスフローコントローラ204との間の管路上には、レギュレータ206が設けられている。同様に希釈ガス供給口214とマスフローコントローラ205との間の管路上には、レギュレータ207が設けられている。
【0067】
レギュレータ206、207では、マスフローコントローラ204、205を通過するガスの圧力がそれぞれ設定される。レギュレータ206、207では、ドーパントガスを希釈するときにガスが安定して希釈できる圧力に設定される。
【0068】
ミキサ208の出口は管路210を介して排気口212に連通している。管路210、排気口212は、混合、希釈されたドーパントガスの一部を外部に排気して、ドーパントガスを安定して第1の希釈装置100、エピタキシャル成長炉3側に供給するために設けられている。管路210上には保圧弁220が設けられている。保圧弁220は、管路210側を一定圧力に保つように動作する。これによってマスフローコントローラ204、205を安定に動作させることができる。
【0069】
第1の希釈装置100には、ドーパントガス供給口113から供給されるドーパントガスと希釈ガス用ボンベ2から供給される希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にしてドーパントガス排出口111から排出する第1の管路101が設けられている。
【0070】
第1の管路101上には、ドーパントガス用のマスフローコントローラ104が設けられているとともに、ドーパントガスと希釈ガスとを導入してこれら両ガスを混合した上で排出するミキサ108が設けられている。
【0071】
すなわち第2の希釈装置200のドーパントガス排出口211から排出されたドーパントガスは、第1の希釈装置100に供給され、マスフローコントローラ104によって、その流量が調整される。一方希釈ガス用ボンベ2から出た希釈ガスは、マスフローコントローラ105によって、その流量が調整される。そして流量が調整された両ガスはそれぞれミキサ108に導入され両ガスが混合されてミキサ108から排出される。
【0072】
図2の制御系で示すように、第1の希釈装置100には第1の濃度設定コントローラ130が設けられている。第1の濃度設定コントローラ130には、所望するドーパントガスの濃度(目標濃度)が設定、入力される。上述したようにドーパントガスの濃度は、マスフローコントローラ104の流量(ドーパントガスの流量)とマスフローコントローラ105の流量(希釈ガスの流量)との比率によって定まるので、これらの流量比が設定、入力される。
【0073】
第1の濃度設定コントローラ130に入力された目標濃度(流量比)に対応する流量指令がマスフローコントローラ104、105にそれぞれ与えられる。このためマスフローコントローラ104、105でそれぞれ流量が調整されて、両マスフローコントローラ104、105の流量比は、第1の濃度設定コントローラ130で設定された目標濃度に応じたものとなる。なお第1の濃度設定コントローラ130は、マスフローコントローラ104、105の実際の流量をフィードバックして、各マスフローコントローラ104、105の実際の流量と指令した流量との誤差を調整している。
【0074】
またミキサ108の後段には濃度検出器115が設けられている。濃度検出器115では、ミキサ108によって希釈されたドーパントガスの実際の濃度が検出される。濃度検出器115で検出されたドーパントガスの実際の濃度は第1の濃度設定コントローラ130にフィードバックされ、実際の濃度と目標濃度との誤差が第1の濃度設定コントローラ130で調整される。
【0075】
このようにマスフローコントローラ104、105によって流量比が調整されミキサ108で混合されることで、希釈されたドーパントガスは、第1の管路101を経由してドーパントガス排出口111から排出され、管路118を介してエピタキシャル成長炉3内に供給される。
【0076】
なおドーパントガス供給口113とマスフローコントローラ104との間の管路上には、レギュレータ106が設けられている。同様に希釈ガス供給口114とマスフローコントローラ105との間の管路上には、レギュレータ107が設けられている。
【0077】
レギュレータ106、107では、マスフローコントローラ104、105を通過するガスの圧力がそれぞれ設定される。レギュレータ106、107では、ドーパントガスを希釈するときにガスが安定して希釈できる圧力に設定される。
【0078】
ミキサ108の出口は管路110を介して排気口112に連通している。管路110、排気口112は、混合、希釈されたドーパントガスの一部を外部に排気して、ドーパントガスを安定してエピタキシャル成長炉3側に供給するために設けられている。管路110上には保圧弁120が設けられている。保圧弁120は、管路110側を一定圧力に保つように動作する。これによってマスフローコントローラ104、105を安定に動作させることができる。
【0079】
図1の動作について説明する。
【0080】
高抵抗率品製造時処理時には、第2の希釈装置200で開閉弁203が閉動作する。このため第2の希釈装置200ではドーパントガス用ボンベ2内の高濃度(100ppm程度)のドーパントガスが低濃度(1ppm程度)に希釈された上で第1の希釈装置100に供給される。第1の希釈装置100では、第2の希釈装置200より供給された低濃度(1ppm程度)のドーパントガスが更に低濃度(0.01ppm程度)に希釈される。そして低濃度のドーパントガスがエピタキシャル成長炉3に供給される。これによりエピタキシャル成長炉3で極めて高抵抗率(低ドーパント濃度)のシリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
【0081】
これに対して低抵抗率品製造処理時には、第2の希釈装置200で開閉弁203が開動作する。このため高濃度(100pm程度)のドーパントガスが直接第2の希釈装置200を介して第1の希釈装置100に供給される。第1の希釈装置100では、ドーパントガス用ボンベ1内の高濃度のドーパントガスが、希釈ガスによって希釈されるため極めて高濃度にドーパントガスを希釈することができる。そして第1の希釈装置100から極めて高濃度のドーパントガスがエピタキシャル成長炉3に供給される。このように極めて高濃度のドーパントガスが第1の希釈装置100からエピタキシャル成長炉3に供給されるため、エピタキシャル成長炉3で極めて低抵抗率(高ドーパント濃度)のシリコンエピタキシャルウェーハが製造される。
【0082】
このように本実施形態によれば、高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造する際には、高濃度品のドーパントガス用ボンベ1をそのまま使用でき低濃度品のボンベに交換する必要がなく、またマスフローコントローラの交換工事をする必要もないので、前述した従来技術で発生するa)、b)、c)の問題が解決され、高抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するにあたり、抵抗率を品質的に安定させるとともに、ドーパントガス用ボンベの交換作業を要しないシステムを実現することができる。
【0083】
また低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを製造するには、開閉弁203を動作させるだけでよく、大がかりな装置の改変を要しない。このため従来と同様の低抵抗率品のシリコンエピタキシャルウェーハを容易に製造することができる。
【0084】
(第2の実施形態)
図3(a)は第2の実施形態に用いられるシリコンエピキシャルウェーハ製造装置を示している。
【0085】
図1では第1の希釈装置100と第2の希釈装置200とが別々の筐体であることを想定しているが、図3(a)に示すように既存の第1の希釈装置100に、第2の希釈装置200を後付けで組み込むようにしてもよい。
【0086】
図3(a)は既存の第1の希釈装置100に第2の希釈装置200が組み込まれた装置構成を示し、図3(b)は第2の希釈装置200が組み込まれる前の既存の第1の希釈装置100の構成の一部を示している。
【0087】
なお図3(a)、(b)で図1と同一の符号のものは図1と同一の機能のものであるとしてその説明を適宜省略する。また図3(a)、(b)では図1、図2に示される構成要素を適宜省略して図示している。
【0088】
既存の第1の希釈装置100(図3(b)参照)では、管路116はマスフローコントローラ104に直接接続されている。このためドーパントガス用ボンベ1内のドーパントガスは管路116を介してマスフローコントローラ104に供給されるとともに、希釈ガス用ボンベ2内の希釈ガスは管路117を介してマスフローコントローラ105に供給される。マスフローコントローラ104、105でドーパントガスの流量、希釈ガスの流量がそれぞれ調整され、ミキサ108で両ガスが混合されて、ドーパントガスが希釈される。希釈されたドーパントガスは管路118を介してエピタキシャル成長炉3内に供給される。
【0089】
既存の第1の希釈装置100に第2の希釈装置200を組み込む場合には(図3(a)参照)、既存の管路117に分岐管路217を新たに設けて、この管路217を第2の希釈装置200の希釈ガス供給口214に接続するともに、既存の管路116を第2の希釈装置200のドーパントガス供給口213に接続する。このようにして既存の希釈装置100に、第2の希釈装置200の機能を容易に組み込むことができる。このためシステムの改変が大がかりなものとならず、工数、部品点数を少なくすることができる。
【0090】
なお以上説明した実施形態ではシリコンウェーハを想定したが、シリコンウェーハ以外のGaAs(ガリウム砒素)などの半導体ウェーハを製造する場合にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は第1の実施形態のシリコンエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を示す図である。
【図2】図2は実施形態の制御系の構成を示す図である。
【図3】図3(a)は第2の実施形態のシリコンエピタキシャルウェーハの製造装置の構成を示す図で、図3(b)は既存の装置構成を示す図である。
【図4】図4は従来技術を説明する図である。
【符号の説明】
1 ドーパントガス用ボンベ
2 希釈ガス用ボンベ
3 エピタキシャル成長炉
100 第1の希釈装置
200 第2の希釈装置
201 第1の管路(第1の供給ライン)
202 第2の管路(第2の供給ライン)
203 開閉弁
Claims (2)
- ドーパントガスを半導体ウェーハ上に流すことによってエピタキシャル成長層を形成して半導体エピタキシャルウェーハを製造するエピタキシャル成長炉と、
ドーパントバスが貯留されたドーパントガス用ボンベと、
希釈ガスが貯留された希釈ガス用ボンベと、
ドーパントガスの供給口と希釈ガスの供給口とが設けられドーパントガス供給口から供給されたドーパントガスと希釈ガス供給口から供給された希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にしてエピタキシャル成長炉に供給する第1の希釈装置と
が備えられ、
前記第1の希釈装置の前段には、第2の希釈装置が設けられ、当該第2の希釈装置は、
ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスの流量を調整するドーパントガス用のマスフローコントローラと、ドーパントガスと希釈ガス用ボンベから供給される希釈ガスとを混合するミキサとを有し、ドーパントガスを所定の濃度にして前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第1の供給ラインと、
ドーパントガス用のマスフローコントローラの入口からミキサの出口までをバイパスするバイパス管路であって、ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスを直接前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第2の供給ラインと、
第1の供給ラインと第2の供給ラインのいずれかを選択的に切り換える切換手段と
を備えていること
を特徴とする半導体エピタキシャルウェーハの製造装置。 - ドーパントバスが貯留されたドーパントガス用ボンベと、
希釈ガスが貯留された希釈ガス用ボンベと、
ドーパントガスの供給口と希釈ガスの供給口とが設けられドーパントガス供給口から供給されたドーパントガスと希釈ガス供給口から供給された希釈ガスとを混合しドーパントガスを所定の濃度にする第1の希釈装置と
が備えられ、
前記第1の希釈装置の前段には、第2の希釈装置が設けられ、当該第2の希釈装置は、
ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスの流量を調整するドーパントガス用のマスフローコントローラと、ドーパントガスと希釈ガス用ボンベから供給される希釈ガスとを混合するミキサとを有し、ドーパントガスを所定の濃度にして前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第1の供給ラインと、
ドーパントガス用のマスフローコントローラの入口からミキサの出口までをバイパスするバイパス管路であって、ドーパントガス用ボンベから供給されるドーパントガスを直接前記第1の希釈装置のドーパントガス供給口に供給する第2の供給ラインと、
第1の供給ラインと第2の供給ラインのいずれかを選択的に切り換える切換手段と
を備えていること
を特徴とするドーパントガスの希釈装置。
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