JP5212144B2 - 枚葉式cvd用チャンバのクリーニング方法 - Google Patents
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Description
その製造方法としては、枚葉式のエピタキシャル成長用チャンバの内部流路に収納されたサセプタに、1枚のシリコンウェーハを水平配置し、その後、垂直な回転軸を中心にしてサセプタを回転させながらシリコンウェーハを、ハロゲンランプなどの熱源により加熱し、内部流路に成長ガスを流す。これにより、ウェーハ表面に反応ガスの熱分解(および還元)によって生成されたシリコンが析出し、ウェーハ表面に単結晶シリコンからなるエピタキシャル膜が成長する。
そこで、これを解消するため、エピタキシャル成長工程では、定期的に、クリーニング温度(1190℃程度)まで高めたチャンバ内に、塩化水素(HCl)ガスなどのエッチングガスを流し、サセプタ表面や炉壁に堆積した分解生成物をエッチング(溶失)するクリーニング(Hi−Etプロセス)が行われている。ここでのエッチングガスの炉内流れは、成長ガスと同様に、エピタキシャル成長用チャンバの入口部から出口部へ向かうものであった。
エピタキシャル成長用チャンバは、成長ガスの流れ方向へ向かって、成長ガスの入口部と、サセプタが収納される中央部と、成長ガスの出口部との3つに区分された反応炉である。
エピタキシャル成長用チャンバの素材としては、石英、SiC、SUS、ダイヤモンドライクカーボンなどを採用することができる。エピタキシャル成長用チャンバの形状、サイズなどは任意である。
成長膜としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、酸化シリコン、窒化シリコンなどを採用することができる。
成長ガスは、キャリアガスと反応ガスとの混合ガスである。キャリアガスとしては、例えば、水素ガスやアルゴンガスを採用することができる。また、反応ガスとしては、シリコン系の場合、SiH4ガス、SiH2Cl2ガス、SiCl4ガス、SiHCl3ガスなどを採用することができる。成長ガスには、所定のドーパントガス(PH3ガスまたはB2H6ガス)を混入してもよい。
サセプタの素材としては、例えばカーボン製の基材にSiCがコーティングされたものなどを採用することができる。サセプタは、例えば表裏面が平坦かつ互いに平行な平板でも、中央部に凹形状のザグリ部が形成されたものでもよい。
サセプタは、チャンバの通路長さ方向の中間部(中央部)で、シリコンウェーハが水平配置される横置式のウェーハ支持用の円形板材または円環状板材である。
クリーニング温度(クリーニング時の炉内温度)は、1100〜1200℃である。1100℃未満では、付着膜へのエッチングレート不足による膜残りが生じる。また、1200℃を超えれば、構造物である石英への過剰エッチングによる荒れに伴うパーティクルが発生する。好ましいクリーニング温度は、1140〜1180℃である。この範囲であれば、付着膜のみを選択的にエッチングできるというさらに好適な効果が得られる。
また、前記エッチングガスを流す前に、従来から実施されている入口部から出口部へ向かいHClガスを流し、サセプタ表面上や炉壁に堆積した分解生成物が溶出しなくなる程度以上にエッチングを実施してもよい。これにより、エッチングガスを成長ガスの流れ方向とは反対方向に長時間流すことが不要となり、効率的にチャンバ内壁のエッチングができる。
この場合、エッチングガスを分解生成物の堆積領域へ供給する方法としては、例えばチャンバの出口部の形成壁に、ガス供給孔を形成する方法を採用することができる。具体的には、出口部の開口端面にガス供給孔のガス導入口が配置され、前記堆積領域の入口部側の付近にガス供給孔のガス導出口が配置されるように、チャンバにガス供給孔を形成してもよい。また、チャンバ形成壁(側壁など)のうち、堆積領域の入口部側の付近にガス供給管の先端部を連通し、ガス供給管を通して部分エッチングガス堆積領域へ供給してもよい。
部分エッチングガスの流量が全エッチングガスの流量の10%未満では、エッチングガスの対流が弱まり、攪拌効果の減少による膜残りが発生する。また、40%を超えればエピタキシャル成長用チャンバの内壁面を構成する石英の過剰エッチングが生じ、これを原因とした石英の荒れに伴うパーティクルの発生という不都合が生じる。部分エッチングガスの好ましい流量は15〜35%である。この範囲であれば、エッチングガスを対流させることによる攪拌効果での均一エッチングと、膜付着領域にエッチングガスを適量供給することで、エピタキシャル成長用チャンバの内壁面(石英)を荒らすことなく付着膜をエッチングできるというさらに好適な効果が得られる。
実施例1の枚葉式CVD用チャンバのクリーニング方法は、成長ガスの流れ方向とは反対方向からエッチングガスをチャンバ11の内部流路14に供給することで、成長ガス中の反応ガスが熱分解や還元されてチャンバ11の内壁に堆積した分解生成物をエッチングする。
図1に示すように、成長装置10は、その内部にチャンバ11を有している。このチャンバ11は、上側板3と下側ドーム4とドーム取り付け体5とを備えている。上記上側ドーム3および下側ドーム4は石英から構成され、成長装置10の上方および下方に複数配置されたハロゲンランプ6により、サセプタ12およびシリコンウェーハ13が加熱される。使用されるシリコンウェーハ13は、直径8インチ、厚さ710〜740μm、表面の面方向(100)、N型のリンドープのサブ比抵抗10〜20Ωcmの表面が鏡面化されたシリコン単結晶ウェーハである。
ドーム取り付け体5のうち、サセプタ12と略対峙する高さ位置には、ガス供給口16とガス排出口17とが対向配置されている。ガス供給口16からは、チャンバ11内にSiHCl3などのSiソースガス(原料ガス)を水素ガス(キャリアガス)で希釈し、それにドーパントを微量混合した成長ガスが、シリコンウェーハ13の表面に対して平行(水平方向)に供給される。この供給された成長ガスは、シリコンウェーハ13の表面を通過してエピタキシャル膜の成長後、ガス排出口17より成長装置10の外に排出される。
サセプタ12は、サセプタ回転軸7に連なる支持アーム8によってその下面の外周部が嵌合されて回転する。このサセプタ12は、シリコンウェーハ13より若干大径な直径201〜205mmの円形の底壁と、これを取り囲む円筒形状の側壁とにより形成されるザグリ10aを有している。底壁と側壁とはそれぞれ炭素製である。このザグリ10aにシリコンウェーハ13が収納、載置される。
また、底壁の外周部には、シリコンウェーハ13をピン支持して昇降させる合計3本の貫通孔が、周方向に120度間隔で配設されている。各貫通孔には、シリコンウェーハ13を昇降させる昇降ピン9の先端部が挿入されている。各昇降ピン9は支持アーム8に対して昇降自在に設けられている。これらの昇降ピン9は、支持アーム8とは別体でサセプタ回転軸7に昇降可能に設けられた複数のリフトアーム8aにより昇降させられる。
まず、定法に則り表面を鏡面研磨したCZシリコンウェーハ13をサセプタ12のザグリ10aに載置する。
その後、図1および図2のグラフに示すように、投入温度(例えば650℃程度)に設定したチャンバ11内にシリコンウェーハ13を投入する(S105)。
次に、チャンバ11内を水素熱処理温度(例えば1100℃〜1180℃程度)まで昇温し(S106)、水素熱処理を行うことによりシリコンウェーハ13の表面の酸化膜を水素によりエッチングして除去する(S107)。
パーティクルがシリコンウェーハ13の表面に付着すれば、エピタキシャルシリコンウェーハの品質に悪影響を及ぼし易い。そこで、エピタキシャルシリコンウェーハの製造を所定回数繰り返した後、チャンバ11内を塩化水素(HCl)ガスによりエッチングしてクリーニング(Hi−Etプロセス)し、分解生成物を除去する。
具体的には、図1および図2のグラフに示すように、まず、チャンバ11内にシリコンウェーハ13を投入せず、チャンバ11内を前記取出温度からHClクリーニング温度(例えば1190℃程度)に加熱(昇温)する(S101)。次に、ベーク(bake)を行う(S102)。それから、図1の実線矢印に示すように、出口部15のガス排出口17からチャンバ11に塩化水素ガスを供給する。その後、塩化水素ガスは、チャンバ11の中央部19より下流側において、入口部18より導入されたキャリアガス(水素ガス等)と混合し、排出口17から排出される。その際、チャンバ11の内壁、特に出口部15の内壁に堆積した分解生成物をエッチングして除去することで、チャンバ11内をクリーニングする(HClクリーニングを行う;S103a)。
そこで、HClクリーニング後は、引き続き、チャンバ11内を成長温度に設定し、チャンバ11内に成長ガスを導入することで、サセプタ12の表面をシリコン薄膜により薄くコートし(ステップS103b)、前記チャンバ11内への投入温度まで冷却し(S104)、次のエピタキシャル成長に備えている。このようにコートを行うことで、チャンバ11内の不純物の放散を抑制することができる。
なお、ここではHClクリーニング(ステップS103a)とコート(ステップS103b)とを総称し、エッチ・コート(S103)とする。
また、エッチ・コート(S103)などを行った後は、引き続き、上述した一連のエピタキシャル成長工程(ステップS105〜S110)を繰り返すことで、順次、エピタキシャルシリコンウェーハが製造される。
実施例2の炉内クリーニング方法の特徴は、枚葉式エピタキシャル成長装置10Aとして、矩形箱形のエピタキシャル成長用チャンバ11Aを採用し、またチャンバ11Aの入口部18からエッチングガス(別のエッチングガス)をチャンバ内に供給するとともに、出口部15の形成壁内に部分エッチングガスを供給する2本のガス供給孔20を形成し、チャンバ11Aの中央部19のうちで分解生成物が堆積し易いチャンバ幅方向の両側部に、成長ガスの流れと反対方向から部分エッチングガスを供給することで、分解生成物の堆積領域にエッチングガスの乱流を発生させるように構成した点である。
2本のガス供給孔20は、ガス導入口20aが出口部15の開口端面に形成され、ガス導出口20bが前記中央部19の両側部のうち、堆積領域の入口部18側の付近に形成された孔である。各ガス供給孔20を流れる部分エッチングガスの流量は、チャンバ11内に供給される全エッチングガス(入口部18からのエッチングガス+2本のガス供給孔20からの部分エッチングガス)の流量に対して20%(容量%)ずつとしている。この割合としたことで、エッチングガスを対流させることによる攪拌効果での均一エッチングと、膜付着領域にエッチングガスを供給することで、チャンバ11Aの内壁面を構成する石英を荒らすことなく、かつ付着膜残りなくクリーニングするという効果が得られる。
その他の構成、作用および効果は、実施例1から推測可能であるので、説明を省略する。
14 内部流路。
Claims (2)
- 成長ガスが流される横置き枚葉式のエピタキシャル成長用チャンバの内部流路にエッチングガスを供給することで、前記成長ガス中の反応ガスが熱分解して前記エピタキシャル成長用チャンバの内壁に堆積した分解生成物をエッチングする枚葉式CVD用チャンバのクリーニング方法において、
前記エッチングガスを、前記成長ガスの流れ方向とは反対方向から前記内部流路へ供給し、
前記内部流路のうち、前記分解生成物の堆積領域に、前記成長ガスの流れ方向と同じ方向から別のエッチングガスを供給して、前記分解生成物の堆積領域に前記エッチングガスの乱流を発生させる枚葉式CVD用チャンバのクリーニング方法。 - 前記成長ガスの流れ方向とは反対方向から供給されるエッチングガスの流量は、前記エピタキシャル成長用チャンバに供給される全エッチングガスの流量の10〜40%である請求項1に記載の枚葉式CVD用チャンバのクリーニング方法。
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