特許 6844529 エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6844529

(24)【登録日】2021年3月1日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20210308BHJP

   C23C 16/52 20060101ALI20210308BHJP

   C30B 29/06 20060101ALI20210308BHJP

   C30B 25/12 20060101ALI20210308BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20210308BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/205

   C23C16/52

   C30B29/06 504Z

   C30B25/12

   H01L21/68 N

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2017-252003(P2017-252003)

(22)【出願日】2017年12月27日

(65)【公開番号】特開2019-117890(P2019-117890A)

(43)【公開日】2019年7月18日

【審査請求日】2019年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(74)【代理人】

【識別番号】100205833

【弁理士】

【氏名又は名称】宮谷 昂佑

(72)【発明者】

【氏名】和田 直之

(72)【発明者】

【氏名】山口 浩司

(72)【発明者】

【氏名】中村 郁浩

【審査官】 鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１７−１９５３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２９４２８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２０００７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−０２９２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５１２９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０７２４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２０４２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｃ２３Ｃ １６／５２

Ｃ３０Ｂ ２５／１２

Ｃ３０Ｂ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チャンバと、前記チャンバ内でウェーハを載置するサセプタと、前記サセプタを下方から支持し、かつ前記サセプタの中心と同軸上に位置する主柱および前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延びる３本以上のアームを有するサセプタサポートシャフトと、前記サセプタの貫通孔および前記アームの貫通孔に挿通される３本以上のリフトピンと、を備えるエピタキシャル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、
前記チャンバ内に搬入した前記ウェーハを前記リフトピンで支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに載置する第１工程と、
前記チャンバ内の温度を昇温させる第２工程と、
前記第１工程の後に、前記ウェーハのおもて面と裏面の温度を測定し、前記おもて面と前記裏面の温度差が１０℃以下であるか否かを確認する第３工程と、
前記温度差が１０℃以下になったとき、前記サセプタサポートシャフトを下降させることにより、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに再び載置する第４工程と、
前記第４工程の後に、前記ウェーハ上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第５工程と、
を有す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】

前記第４工程の前に、前記おもて面の温度が１１００℃以上１１５０℃以下となる温度範囲内で、前記ウェーハを１０秒以上１分以下保持する水素ベークを行う、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】

前記第４工程の後であって、前記第５工程の前に、前記おもて面の温度が１１００℃以上１１５０℃以下となる温度範囲内で、前記ウェーハを１０秒以上１分以下保持する水素ベークを行う、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4】

前記第３工程では、前記温度差が５℃以下であるか否かを確認し、前記温度差が５℃以下になったときに前記第４工程を行う、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【請求項5】

前記第４工程において、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持する時間が５秒未満である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【請求項6】

前記サセプタは、そのおもて面に前記ウェーハが載置される座ぐり部が形成され、
該おもて面は、前記座ぐり部の周囲に位置するおもて面最外周部と、該おもて面最外周部の内側に位置し、前記座ぐり部の一部を構成する傾斜面であって、前記ウェーハの裏面周縁部を線接触で支持するウェーハ支持面と、該ウェーハ支持面の内側に位置し、前記座ぐり部の底面を構成するおもて面中心部と、を含み、
前記ウェーハ支持面と前記おもて面中心部とのなす角が０．５°以上２．５°以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法およびエピタキシャルウェーハに関する。

【背景技術】

【0002】

エピタキシャルウェーハは、結晶の完全性が要求される場合や抵抗率の異なる多層構造が必要となる場合などに用いられ、ウェーハ上にエピタキシャル層を気相成長（エピタキシャル成長）させることによって作製される。

【0003】

エピタキシャルウェーハの製造には、例えば図１に示す枚葉式のエピタキシャル成長装置を用いることができる。図１を参照して、エピタキシャル成長装置１００は、上部ドーム１１、下部ドーム１２及びドーム取付体１３を含むチャンバ１０を有し、チャンバ１０がエピタキシャル層の形成室を区画する。チャンバ１０には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口１５およびガス排出口１６が設けられる。チャンバ１０内には、ウェーハＷを載置するためのサセプタ２０が配置される。サセプタ２０は、下方からサセプタサポートシャフト３０により支持される。サセプタサポートシャフト３０は、主柱３１と、主柱３１から放射状に等間隔に延びる３本のアーム３２（１本は図示せず）とを含み、アームの先端の３つの支持ピン３３（１つは図示せず）によりサセプタ２０の下面の周縁部を支持する。また、サセプタ２０には３つの貫通孔（１つは図示せず）が形成され、３本のアーム３２にも貫通孔が１つずつ形成されている。これらアームの貫通孔およびサセプタの貫通孔には、リフトピン４０が挿通される。リフトピン４０の下端は昇降シャフト５０に支持される。

【0004】

エピタキシャルウェーハの製造は、このエピタキシャル成長装置１００を用いて、以下のようにして行うことができる。６００℃以上９００℃以下に予め加熱したチャンバ１０内に常温のウェーハＷを搬入し、各リフトピン４０でウェーハＷを支持する。その後、ウェーハＷをサセプタ２０に載置して、チャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下に昇温させる。その後、ガス供給口１５からソースガスを供給することで、ウェーハＷ上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た後に、エピタキシャルウェーハをチャンバ外へ搬出する。

【0005】

ここで、ウェーハＷの中心とサセプタ２０の中心がずれた状態でエピタキシャル成長を行うと、ウェーハＷのおもて面の周縁部においてソースガスの乱流が発生し、平坦なエピタキシャル層が得られない。この対策として、特許文献１には、以下のようにしてウェーハの中心とサセプタの中心とのずれ（以下、「載置位置のずれ」とも称する）を低減する技術が記載されている。すなわち、各リフトピンでウェーハを支持すると、ウェーハの荷重などにより各リフトピンがぐらつくので、載置位置にずれが発生してしまう。そこで、各リフトピンを補助部材により相互に接続して、このぐらつきを抑制することによって、載置位置のずれを低減している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−２２０４２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１では、リフトピンのぐらつきを抑制することによって、載置位置のずれを低減しようとしているものの、以下に説明するウェーハの弾性変形に起因する載置位置のずれを考慮していない。すなわち、常温のウェーハを、６００℃以上９００℃以下に予め加熱したチャンバ内に搬入して、図５（Ａ）に示すように各リフトピン４０で支持すると、ウェーハＷは裏面に向けて凸状に弾性変形する。これは、ウェーハＷの裏面の温度はサセプタ２０からの輻射熱を受けて上昇する一方で、ウェーハＷのおもて面の温度は裏面に比べて上昇しないので、ウェーハＷのおもて面と裏面に温度差が生じるからである。そして、サセプタサポートシャフト３０を上昇させることにより、弾性変形したウェーハＷをサセプタ２０に載置すると、図５（Ｂ）に示すようにウェーハＷの中心Ｏ₁とサセプタの中心Ｏ₂がずれてしまう。このような状態でエピタキシャル成長を行うと、エピタキシャル層の平坦性が低下してしまう。

【0008】

そこで、本発明は、上記課題に鑑み、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを製造す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】

本発明者らは、上記課題を解決すべく、弾性変形したウェーハの形状が元の形状に復元するまで、ウェーハを各リフトピンで支持した状態で待機させ、その後、ウェーハをサセプタに載置することを試みた。ところが、この復元には長時間を要し、ウェーハの裏面には、各リフトピンとの長時間の接触によって、スリップ転位が発生することが判明した。そこで、さらなる検討を進めたところ、弾性変形したウェーハの形状をサセプタ上で元の形状に復元させた後に、ウェーハを各リフトピンで再び支持し、その後、ウェーハをサセプタに再び載置すると、スリップ転位の発生を防ぎつつ、載置位置のずれを低減することができ、その結果、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを得ることができることを知見した。

【0010】

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）チャンバと、前記チャンバ内でウェーハを載置するサセプタと、前記サセプタを下方から支持し、かつ前記サセプタの中心と同軸上に位置する主柱および前記主柱から前記サセプタの周縁部下方に放射状に延びる３本以上のアームを有するサセプタサポートシャフトと、前記サセプタの貫通孔および前記アームの貫通孔に挿通される３本以上のリフトピンと、を備えるエピタキシャル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、
前記チャンバ内に搬入した前記ウェーハを前記リフトピンで支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに載置する第１工程と、
前記チャンバ内の温度を昇温させる第２工程と、
前記第１工程の後に、前記ウェーハのおもて面と裏面の温度を測定し、前記おもて面と前記裏面の温度差が１０℃以下であるか否かを確認する第３工程と、
前記温度差が１０℃以下になったとき、前記サセプタサポートシャフトを下降させることにより、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持した後に、引き続き前記サセプタサポートシャフトを上昇させることにより、前記ウェーハを前記サセプタに再び載置する第４工程と、
前記第４工程の後に、前記ウェーハ上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第５工程と、
を有す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。

【0011】

（２）前記第４工程の前に、前記おもて面の温度が１１００℃以上１１５０℃以下となる温度範囲内で、前記ウェーハを１０秒以上１分以下保持する水素ベークを行う、上記（１）に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【0012】

（３）前記第４工程の後であって、前記第５工程の前に、前記おもて面の温度が１１００℃以上１１５０℃以下となる温度範囲内で、前記ウェーハを１０秒以上１分以下保持する水素ベークを行う、上記（１）に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【0013】

（４）前記第３工程では、前記温度差が５℃以下であるか否かを確認し、前記温度差が５℃以下になったときに前記第４工程を行う、上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【0014】

（５）前記第４工程において、前記リフトピンで前記ウェーハを再び支持する時間が５秒未満である、上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【0015】

（６）前記サセプタは、そのおもて面に前記ウェーハが載置される座ぐり部が形成され、
該おもて面は、前記座ぐり部の周囲に位置するおもて面最外周部と、該おもて面最外周部の内側に位置し、前記座ぐり部の一部を構成する傾斜面であって、前記ウェーハの裏面周縁部を線接触で支持するウェーハ支持面と、該ウェーハ支持面の内側に位置し、前記座ぐり部の底面を構成するおもて面中心部と、を含み、
前記ウェーハ支持面と前記おもて面中心部とのなす角が０．５°以上２．５°以下である、上記（１）〜（５）のいずれか一つに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

【0016】

（７）ウェーハ上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であって、
前記エピタキシャルウェーハの裏面には、その中心からウェーハ半径の５０％以上９０％未満の環状領域に、３つの円形欠陥からなる損傷領域が周方向に沿って同心円状に３箇所以上存在するエピタキシャルウェーハ。

【発明の効果】

【0017】

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一実施形態において用いることができるエピタキシャル成長装置１００の模式図である。

【図2】図１のサセプタ２０の構成を示す図であって、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｘ’線に沿った断面図である。

【図3】（Ａ）は、サセプタサポートシャフト３０の分解斜視図であり、（Ｂ）は、昇降シャフト５０の分解斜視図である。

【図4】本発明の一実施形態によるエピタキシャルウェーハの製造方法を示すフローチャートである。

【図5】（Ａ）は、弾性変形したウェーハＷを各リフトピン４０で支持した状態を示す図であり、（Ｂ）は、該ウェーハＷをサセプタ２０に載置した状態を示す図である。

【図6】（Ａ）は、弾性変形から復元したウェーハＷを各リフトピン４０で再び支持した状態を示す図であり、（Ｂ）は、該ウェーハＷをサセプタ２０に再び載置した状態を示す図である。

【図7】発明例１におけるウェーハＷのおもて面と裏面の温度変化をそれぞれ示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

（エピタキシャルウェーハの製造方法）
以下、図１〜６を適宜参照して、本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施形態を説明する。

【0020】

［エピタキシャル成長装置］
図１を参照して、本発明の一実施形態において用いることができるエピタキシャル成長装置１００を説明する。エピタキシャル成長装置１００は、チャンバ１０と、サセプタ２０と、サセプタサポートシャフト３０と、３本のリフトピン４０と、昇降シャフト５０と、を有する。

【0021】

〔チャンバ〕
チャンバ１０は、上部ドーム１１、下部ドーム１２、及びドーム取付体１３を含み、このチャンバ１０がエピタキシャル層の形成室を区画する。チャンバ１０には、その側面の対向する位置に反応ガスの供給および排出を行うガス供給口１５およびガス排出口１６が設けられている。

【0022】

〔サセプタ〕
サセプタ２０は、チャンバ１０内でウェーハＷを載置する円盤状の部材である。ここで、サセプタ２０の表面のうち、上部ドーム１１側の面をサセプタのおもて面とし、その反対側の面をサセプタの裏面とする。図２（Ａ），（Ｂ）も参照して、サセプタ２０のおもて面には、ウェーハＷが載置される座ぐり部２２が形成されている。サセプタ２０のおもて面は、おもて面最外周部２３と、第１の縦壁面２４と、ウェーハ支持面２５と、第２の縦壁面２６と、おもて面中心部２７と、を含む。おもて面最外周部２３は座ぐり部２２の周囲に位置する。第１の縦壁面２４は、おもて面最外周部２３の内周端から連続し、座ぐり部２２の一部を構成する壁面である。ウェーハ支持面２５は、第１の縦壁面２４から連続し、座ぐり部２２の一部を構成する傾斜面であって、ウェーハＷの裏面周縁部を線接触で支持する。第２の縦壁面２６は、ウェーハ支持面２５の内周端から連続し、座ぐり部２２の一部を構成する壁面である。おもて面中心部２７は、第２の縦壁面２６から連続し、座ぐり部２２の底面を構成する。ウェーハ支持面２５の内径の半径は、サセプタ２０の半径７５％以上、ウェーハ半径の９０％以上で、かつウェーハ半径よりも小さい。ただし、ウェーハ支持面２５の幅を１〜１０ｍｍとなるようにウェーハ支持面２５の外径と内径を調整する。ウェーハ支持面２５の外径の半径は、サセプタ２０の半径７５％以上で、かつウェーハ半径より大きい。なお、本明細書において「ウェーハの周縁部」とは、ウェーハの外周端からその中心に向かって２ｍｍの環状の領域を意味する。また、サセプタ２０は、そのおもて面から裏面に向けてサセプタを貫通する３つの貫通孔２１を周方向に１２０°の等間隔で有する。各貫通孔２１には、後述するリフトピン４０がそれぞれ挿通される。サセプタの各貫通孔２１は、サセプタの中心Ｏ₂からサセプタ半径の４０％以上８０％未満の領域に同心円状に位置する。サセプタ２０には、カーボングラファイト（黒鉛）を母材とし、その表面を炭化ケイ素（SiC：ビッカース硬度2,346kgf/mm²）でコーティングしたものを使用することができる。

【0023】

〔サセプタサポートシャフト〕
図３（Ａ）も参照して、サセプタサポートシャフト３０は、チャンバ１０内でサセプタ２０を下方から支持するものであり、主柱３１と、３本のアーム３２と、３本の支持ピン３３と、を有する。主柱３１は、サセプタの中心Ｏ₂と同軸上に配置される。３本のアーム３２は、主柱３１からサセプタ２０の周縁部下方に放射状に延びる。各アーム３２は、その延在方向に垂直な断面の形状が矩形である。ここで、アーム３２の４つの面のうち、サセプタ２０側の面をアームの上面とし、その反対側の面をアームの下面とする。各アーム３２は、その上面から下面に向けてアームを貫通する貫通孔３４を有する。これら貫通孔３４には、リフトピン４０がそれぞれ挿通される。なお、本明細書において「サセプタの周縁部」とは、サセプタの中心Ｏ₂からサセプタ半径の８０％以上外側の領域を意味する。各支持ピン３３は、各アーム３２の先端においてサセプタ２０を直接支持する。サセプタサポートシャフト３０は、鉛直方向に沿って上下動することにより、サセプタ２０を上下方向に昇降させる。サセプタサポートシャフト３０は、石英（ビッカース硬度1,103kgf/mm²）で構成することが好ましく、特に合成石英で構成することが好ましい。ただし、各支持ピン３３の先端部分は、サセプタ２０と同じ炭化ケイ素で構成することが好ましい。なお、エピタキシャル成長装置１００におけるアーム３２の数は３本であるが、これに限定されない。

【0024】

〔リフトピン〕
各リフトピン４０は、サセプタの各貫通孔２１とアームの各貫通孔３４にそれぞれ挿通される。各リフトピン４０は、昇降シャフト５０によって上下方向に昇降される。各リフトピン４０には、カーボングラファイト基材に炭化ケイ素を被覆してなるものや、石英が用いられる。なお、エピタキシャル成長装置１００におけるリフトピン４０の数は３本であるが、これに限定されない。

【0025】

〔昇降シャフト〕
図３（Ｂ）も参照して、昇降シャフト５０は、サセプタサポートシャフト３０の主柱３１を収容する中空を区画し、この主柱３１と回転軸を共にする昇降シャフトの主柱５１と、この昇降シャフトの主柱５１の先端で分岐する３本の支柱５２と、を有し、これら支柱５２の先端で各リフトピン４０の下端をそれぞれ支持する。昇降シャフト５０は、ウェーハＷの搬入および搬出の際に、鉛直方向に沿って上下動することにより、各リフトピン４０を上下方向に昇降させる。昇降シャフト５０には、石英を用いることが好ましい。

【0026】

〔加熱ランプ〕
加熱ランプ１４は、チャンバ１０の上側領域および下側領域に配置される。加熱ランプ１４には、昇降温速度が速く、かつ温度制御に優れるハロゲンランプや赤外ランプを用いることが好ましい。

【0027】

〔上側パイロメータ及び下側パイロメータ〕
チャンバ１０の上側領域および下側領域には、それぞれ上側パイロメータ１７および下側パイロメータ１８が配置されている。上側パイロメータ１７は、ウェーハＷのおもて面の温度を検出する。一方で、下側パイロメータ１８は、サセプタ２０の裏面の温度を検出する。なお、下側パイロメータ１８によって検出されるサセプタ２０の裏面の温度は、ウェーハＷの裏面の温度とみなすことができる。また、上側パイロメータ１７および下側パイロメータ１８によって検出された温度に基づいて、電力出力制御手段（不図示）により加熱ランプ１４の出力が調整される。

【0028】

以下では、図４を参照して、上述したエピタキシャル成長装置１００を用いて行うことができるエピタキシャルウェーハの製造方法の一例を説明する。

【0029】

［第１工程］
チャンバ１０内にウェーハＷを搬入する前、サセプタサポートシャフト３０と昇降シャフト５０は完全に降ろされた状態にあり、各リフトピン４０はサセプタ２０から突出している。そして、加熱ランプ１４によって６００℃以上９００℃以下に予め加熱したチャンバ１０内に、搬送ブレード（不図示）を用いてウェーハＷを搬入する（ステップＳ１）。その後、サセプタ２０と各リフトピン４０の相対位置を変えないように、サセプタサポートシャフト３０と昇降シャフト５０を上昇させることで、サセプタ２０と各リフトピン４０を上方向に移動させて、図５（Ａ）に示すように各リフトピン４０でウェーハＷを支持する（ステップＳ２）。ウェーハの裏面にスリップ転位が発生するのを防ぐ観点から、各リフトピン４０でウェーハＷを支持する時間は１０秒以上６０秒以下とすることが好ましい。引き続き、サセプタサポートシャフト３０を上昇させることで、サセプタ２０をさらに上方向に移動させて、図５（Ｂ）に示すようにウェーハＷをサセプタ２０に載置する（ステップＳ３）。ここで、搬入時のウェーハＷの温度は常温（通常、３０℃〜９０℃）であり、常温のウェーハＷを加熱したチャンバ内に搬入すると、ウェーハＷの裏面の温度はサセプタ２０からの輻射熱を受けて上昇するが、ウェーハＷのおもて面の温度は裏面に比べて上昇しない。そのため、ウェーハＷのおもて面と裏面に温度差が生じ、温度差が１０℃超えであるとウェーハの表裏面で面内不均一に温度差が発生し、ウェーハＷはおもて面に向けて凸状に弾性変形したり、裏面に向けて凸状に弾性変形したりする。そして、面内温度が均一になると、図５（Ｂ）に示すようにウェーハＷは、その自重によって裏面に向けて凸状に弾性変形する。

【0030】

［第２工程］
次に、加熱ランプ１４によってチャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下に昇温させる（ステップＳ４）。この昇温の過程で、サセプタ２０の輻射熱がウェーハＷの裏面からおもて面に伝わるとともに、チャンバ１０の上側領域に配置された加熱ランプ１４によってウェーハＷのおもて面の温度が上昇する。したがって、ウェーハＷのおもて面と裏面の温度差が減少していき、弾性変形したウェーハの形状は元の形状に復元していく。

【0031】

［第３工程］
次に、上側パイロメータ１７と下側パイロメータ１８を用いて既述の方法により、ウェーハＷのおもて面と裏面の温度を測定し（ステップＳ５）、測定したおもて面と裏面の温度差が１０℃以下であるか否かを確認する（ステップＳ６）。ここで、本実施形態における「おもて面と裏面の温度差」とは、上側パイロメータ１７によって測定した温度と下側パイロメータ１８によって測定した温度の差の絶対値を意味する。

【0032】

［第４工程］
次に、第３工程で測定した、ウェーハＷのおもて面と裏面の温度差が１０℃以下になっていれば、サセプタサポートシャフト３０を下降させることで、サセプタ２０を下方向に移動させて、図６（Ａ）に示すように各リフトピン４０でウェーハＷを再び支持する（ステップＳ７）。引き続き、サセプタサポートシャフト３０を上昇させることで、サセプタ２０を上方向に移動させて、図６（Ｂ）に示すようにサセプタ２０にウェーハＷを再び載置する（ステップＳ８）。このとき、ウェーハＷのおもて面の高さ位置がガス供給口１５およびガス排出口１６の高さ位置と一致するようにすることが好ましい。なお、ウェーハＷのおもて面と裏面の温度差が１０℃以下になっていないときは、ステップＳ４に戻り、加熱ランプ１４の出力を上げることにより、当該温度差が１０℃以下になるようにチャンバ１０内の温度を昇温させるとよい。

【0033】

以下では、第４工程を採用する技術的意義を説明する。常温のウェーハＷを、予め加熱したチャンバ１０内に搬入して、各リフトピン４０で支持すると、図５（Ａ）に示すようにウェーハＷは弾性変形する。そして、弾性変形したウェーハＷをサセプタ２０に載置すると、図５（Ｂ）に示すようにウェーハの中心Ｏ₁とサセプタの中心Ｏ₂がずれてしまう。これは、ウェーハＷをサセプタ２０に載置する際に、おもて面と裏面の温度差に起因する弾性変形に伴ってウェーハに蓄積された弾性変形エネルギーが運動エネルギーとなり、ウェーハの中心Ｏ₁がサセプタの中心Ｏ₂からずれる方向にウェーハＷが移動するからである。そして、このような状態でエピタキシャル成長を行うと、ウェーハＷの周縁部で温度が不均一になったり、ソースガスの乱流が生じたりするので、良好な平坦性を有するエピタキシャル層が得られない。ところが、ウェーハの中心Ｏ₁がサセプタの中心Ｏ₂と一致するようにウェーハＷの弾性変形そのものを制御することは、ウェーハの抵抗率によってウェーハの熱吸収率も異なり、弾性変形も様々なので、非常に困難である。そこで、本実施形態では、ウェーハＷのおもて面と裏面の温度差が１０℃以下となった後に、図６（Ａ），（Ｂ）に示すウェーハＷの再載置（ステップＳ７〜Ｓ８）を行う。１０℃以下であれば、弾性変形したウェーハＷの形状が元の形状に回復したとみなすことができる。これにより、弾性変形エネルギーに起因する運動エネルギーが抑制された状態で、サセプタ２０にウェーハＷを再び載置することができる。すなわち、図６（Ｂ）に示すようにサセプタ中心Ｏ₂に向かって下向きに傾斜するウェーハ支持面２５を有するサセプタ２０上に、ウェーハＷに対する運動エネルギーの影響が抑制された状態で、ウェーハＷを再び載置するので、ウェーハＷの中心Ｏ₁は重力によって自ずとサセプタの中心Ｏ₂に一致する（以下、この現象を「自己アライメント機能」とも称する）。その結果、後述するエピタキシャル成長（ステップＳ９）を経ると、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。なお、ウェーハＷの再載置（ステップＳ７〜Ｓ８）では、サセプタ２０とウェーハＷを回転させないことが好ましい。

【0034】

平坦性をより高める観点から、ウェーハＷのおもて面と裏面の温度差が５℃以下となったときに、ウェーハＷの再載置（ステップＳ７〜Ｓ８）を行うことが好ましい。また、ウェーハＷの再載置（ステップＳ７〜Ｓ８）を行う際のチャンバ１０内の温度変化は、５℃以下に抑制することが好ましい。

【0035】

また、ステップＳ７において、各リフトピン４０がウェーハＷを再び支持する際のウェーハＷの高さは、ウェーハＷがサセプタ２０からわずかに離間する程度に設定することが自己アライメント機能を安定的に得る観点から好ましい。具体的にはウェーハＷの裏面と座ぐり部２２の底面（おもて面中心部２７の表面）との距離が５ｍｍ以下になるように設定することが好ましい。

【0036】

また、ステップＳ７では、各リフトピン４０でウェーハＷを再び支持する時間を５秒未満とすることが好ましい。５秒未満であれば、ウェーハＷの裏面のうち各リフトピン４０と接触する領域に温度変化が生じるのを防ぐことができるので、ウェーハＷの裏面にスリップ転位が発生するおそれがないからである。

【0037】

また、ウェーハＷの自己アライメント機能を向上させる観点から、図２（Ｂ）に示すウェーハ支持面２５とおもて面中心部２７とのなす角θを０．５°以上とすることが好ましい。また、設計上の観点から上記θは２．５°以下とすることが好ましい。

【0038】

［第５工程］
次に、トリクロロシランやジクロロシランなどのソースガスをガス供給口１５からチャンバ１０内に供給する。すると、１０００℃以上１２００℃以下に昇温されたウェーハＷのおもて面を沿うようにソースガスが層流状態で流れ、ウェーハＷ上でエピタキシャル層が成長し、エピタキシャルウェーハが得られる（ステップＳ９）。なお、エピタキシャル成長中は、主柱３１を回転軸としてサセプタサポートシャフト３０を回転させることで、サセプタ２０とウェーハＷを回転させる。

【0039】

［ウェーハの搬出］
次に、チャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下から６００℃以上９００℃以下に降温させた後に、サセプタサポートシャフト３０を下降させることで、サセプタ２０を下方向に移動させて、エピタキシャルウェーハを各リフトピン４０で支持する。その後、サセプタ２０と各リフトピン４０の相対位置を変えないように、サセプタサポートシャフト３０と昇降シャフト５０を下降させることで、サセプタ２０と各リフトピン４０を下方向に移動させた後に、搬送ブレード（不図示）を用いて、エピタキシャルウェーハをチャンバ１０外へ搬出する（ステップＳ１０）。

【0040】

以上、本実施形態を例にして、本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内において適宜変更を加えることができる。

【0041】

例えば、通常、ウェーハＷの表面には自然酸化膜が形成されており、エピタキシャル成長（ステップＳ９）を行う前に、この自然酸化膜を除去しておくことが好ましい。そこで、ウェーハＷのおもて面の温度が１１００℃以上１１５０℃以下となる温度範囲で、ウェーハＷを１０秒以上１分以下保持する水素ベークを行うことによって、この自然酸化膜を除去する。なお、水素ベーク中は、主柱３１を回転軸としてサセプタサポートシャフト３０を回転させることで、サセプタ２０とウェーハＷを回転させる。以下では、水素ベークを行うタイミングの好適条件を説明する。

【0042】

例えば、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以上のｐ^-ウェーハでは、ｐ⁺ウェーハに比べて赤外光がウェーハＷを透過しやすいので、加熱ランプ１４による輻射熱のみでは、ウェーハＷは赤外光を十分に吸収しきれず、ウェーハＷの表裏面の温度差の解消に時間がかかることがある。すなわち、ｐ^-ウェーハでは、ウェーハＷの表面の温度が１１００〜１１５０℃に達しても、ウェーハＷの表裏面の温度差が１０℃以内に収まらないことがある。そのため、第４工程（ステップＳ７〜Ｓ８）の前に水素ベークを行い、酸化膜を除去しつつ、ウェーハＷの表裏面の温度差を小さくすることが好ましい。そして、サセプタ２０からの輻射熱によりウェーハＷの裏面の温度が上昇して、ウェーハの表裏面の温度差が１０℃以内、より好ましくは５℃以内になったときに、第４工程を行うことが好ましい。

【0043】

一方で、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ未満のｐ⁺ウェーハでは、熱伝導率が高いので、ウェーハＷの表裏面の温度差の解消がｐ^-ウェーハに比べて速く、ウェーハＷのおもて面の温度が１１００〜１１５０℃の範囲に到達する前に、ウェーハＷの表裏面の温度差が１０℃以内、より好ましくは５℃以内に収まることがある。この場合は、第４工程（ステップＳ７〜Ｓ８）の後であって、第５工程（ステップＳ９）の前に、水素ベークを行うことが好ましい。このように、水素ベークに先立って再載置（ステップＳ７〜Ｓ８）を行うのは、サセプタ２０からの輻射熱でウェーハＷの裏面が過剰に加熱されると、ウェーハＷは裏面に向けて凸状に変形するが、その際にウェーハＷの中心位置がずれていると、ウェーハＷの裏面と座ぐり部２２の底面とが接触して、ウェーハＷの裏面に傷やスリップ転位が発生することがあるからである。なお、本明細書では、第５工程（エピタキシャル成長）の開始時点をチャンバ１０内にソースガスを供給した時とする。

【0044】

（エピタキシャルウェーハ）
以下では、上述したエピタキシャルウェーハの製造方法によって得られる、ウェーハ上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について説明する。当該エピタキシャルウェーハの裏面には、その中心からウェーハ半径の５０％以上９０％未満の環状領域に、３つの円形欠陥からなる損傷領域が周方向に沿って同心円状に３箇所存在する。これらの３つの円形欠陥は、各リフトピン４０とウェーハＷの裏面との接触によって生じた摩耗跡（いわゆるピンマーク）であり、チャンバ１０内に搬入したウェーハＷを各リフトピン４０で支持する時（ステップＳ２）と、ウェーハＷの再載置において、各リフトピン４０でウェーハを再び支持する時（ステップＳ７）と、チャンバ外へウェーハを搬出するにあたり、各リフトピンでウェーハを支持する時（ステップＳ１０）と、の３回に付いたものである。なお、損傷領域の数はリフトピン４０の数と一致する。

【0045】

以上、本実施形態を例にして、本発明のエピタキシャルウェーハを説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲内において適宜変更を加えることができる。

【実施例】

【0046】

（発明例１）
図２（Ａ），（Ｂ）に示すサセプタと、図３（Ａ）に示すサセプタサポートシャフトと、図３（Ｂ）に示す昇降リフトと、を有する図１に示すエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従ってエピタキシャルウェーハを２５枚作製した。エピタキシャル層を成長させるウェーハとしては、直径：３００ｍｍ、抵抗率：１０Ω・ｃｍのシリコンウェーハを用いた。また、図２（Ｂ）を参照して、ウェーハ支持面とおもて面中心部とのなす角θを０．６°とした。

【0047】

図４、図５（Ａ），（Ｂ）も参照して、搬送ブレードを用いて、常温のシリコンウェーハを７００℃に予め加熱したチャンバ内に搬入し（ステップＳ１）、サセプタサポートシャフトと昇降シャフトを上昇させることで、図５（Ａ）に示すようにシリコンウェーハを各リフトピンで３０秒間支持した（ステップＳ２）。引き続き、サセプタサポートシャフトを上昇させることで、図５（Ｂ）に示すようにサセプタにシリコンウェーハを載置した（ステップＳ３）。この時、図７に示すように、ウェーハの裏面の温度は９００℃に上昇したが、おもて面の温度は裏面に比べて上昇せず７００℃であった。また、図５（Ｂ）に示すようにシリコンウェーハの中心Ｏ₁とサセプタの中心Ｏ₂がずれていた。

【0048】

次に、チャンバ内の温度を加熱ランプにより昇温させることにより、シリコンウェーハのおもて面の温度を１１００℃に昇温させた（ステップＳ４）。ここで、ウェーハの昇温は５０秒で行った。その後、シリコンウェーハの裏面の温度が１１００℃を超えたところで、１分保持する水素ベークを行って、シリコンウェーハの表面に形成された自然酸化膜を除去した。

【0049】

次に、ウェーハのおもて面と裏面の温度を既述の方法で測定し（ステップＳ５）、その差が５℃以下であるか否かを確認したところ（ステップＳ６）、２℃であったので、サセプタサポートシャフトを下降させることで、図６（Ａ）に示すようにシリコンウェーハを各リフトピンで３秒間再び支持した（ステップＳ７）。ここで、ウェーハＷの裏面と座ぐり部２２の底面（おもて面中心部２７の表面）との距離は２ｍｍに設定した。その後、サセプタサポートシャフトを上昇させることで、図６（Ｂ）に示すようにサセプタにシリコンウェーハを再び載置した（ステップＳ８）。この時、図６（Ｂ）に示すようにシリコンウェーハの中心Ｏ₁とサセプタの中心Ｏ₂が一致していた。なお、再載置を行っている間、加熱ランプのモードを定格出力モード（コンスタントパワー）に設定することによって、図７に示すようにシリコンウェーハのおもて面と裏面の温度を１１００℃に保った。

【0050】

次に、図７に示すようにシリコンウェーハのおもて面と裏面の温度を１１００℃に保って、トリクロロシランのソースガスをガス供給口からチャンバ内に供給し、シリコンウェーハ上に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャルシリコンウェーハを得た（ステップＳ９）。その後、既述の方法により、エピタキシャルシリコンウェーハをチャンバ外へ搬出した（ステップＳ１０）。

【0051】

（発明例２）
発明例１と同様のエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従ってエピタキシャルウェーハを２５枚作製した。エピタキシャル層を成長させるウェーハとしては、直径：３００ｍｍ、抵抗率：０．０２Ω・ｃｍのシリコンウェーハを用いた。

【0052】

発明例１と同様に、ステップＳ１〜Ｓ３を行った。

【0053】

次に、チャンバ内の温度を加熱ランプにより昇温させることにより、シリコンウェーハの表裏面の温度を昇温させた（ステップＳ４）。ここで、６０秒昇温した時に、ウェーハのおもて面と裏面の温度を既述の方法で測定し（ステップＳ５）、その差が５℃以下であるか否かを確認した（ステップＳ６）。すると、温度差が３℃であったので、サセプタサポートシャフトを下降させることで、図６（Ａ）に示すようにシリコンウェーハを各リフトピンで２秒間再び支持した（ステップＳ７）。ここで、ウェーハＷの裏面と座ぐり部２２の底面（おもて面中心部２７の表面）との距離は２ｍｍに設定した。その後、サセプタサポートシャフトを上昇させることで、図６（Ｂ）に示すようにサセプタにシリコンウェーハを再び載置した（ステップＳ８）。この時、図６（Ｂ）に示すようにシリコンウェーハの中心Ｏ₁とサセプタの中心Ｏ₂が一致していた。なお、再載置を行っている間、加熱ランプのモードを定格出力モード（コンスタントパワー）に設定することによって、シリコンウェーハのおもて面と裏面の温度を１１００℃に保った。

【0054】

次に、シリコンウェーハの裏面の温度が１１００℃を超えたところで、１分保持する水素ベークを行って、シリコンウェーハの表面に形成された自然酸化膜を除去した。

【0055】

次に、発明例１と同様の方法でステップＳ９及びステップＳ１０を行った。

【0056】

（比較例１）
比較例１では、図４に示すステップＳ５〜Ｓ８を行わなかった以外は、発明例１と同様の方法によって、エピタキシャルシリコンウェーハを２５枚作製した。

【0057】

（比較例２）
比較例２では、図４に示すステップＳ２にて、シリコンウェーハを各リフトピンで９０秒支持することにより、弾性変形したシリコンウェーハの形状を元の形状に回復させた。ステップＳ３以降の工程は、比較例１と同様の方法によって、エピタキシャルシリコンウェーハを２５枚作製した。

【0058】

（比較例３）
発明例１と同様のエピタキシャル成長装置を用いて、以下の手順に従ってエピタキシャルウェーハを２５枚作製した。エピタキシャル層を成長させるウェーハとしては、直径：３００ｍｍ、抵抗率：１０Ω・ｃｍのシリコンウェーハを用いた。

【0059】

発明例１と同様に、ステップＳ１〜Ｓ３を行った。

【0060】

次に、チャンバ内の温度を加熱ランプにより昇温させることにより、シリコンウェーハのおもて面の温度を７００℃に昇温させた。ここで、ウェーハの昇温は２０秒で行った。その後、サセプタサポートシャフトを下降させることで、シリコンウェーハを各リフトピンで再び支持して、その状態で１分間の水素ベークを行って、シリコンウェーハの表面に形成された自然酸化膜を除去した。その後、サセプタサポートシャフトを上昇させることで、サセプタにシリコンウェーハを再び載置した。なお、水素ベーク中のウェーハの表裏面の温度差を既述の方法で測定すると１４℃であった。

【0061】

次に、発明例１と同様の方法でステップＳ９及びステップＳ１０を行った。

【0062】

（評価方法）
各発明例および比較例について、平坦性、スリップ転位、及びスループットを以下の方法によって評価した。

【0063】

＜平坦性の評価＞
各発明例および比較例で作製したエピタキシャルシリコンウェーハに対して、おもて面のＥＳＦＱＲ range（Edge Site Front least sQuaresRange）とＥＳＦＱＲ maxをWafer Sight2（KLA-Tencor社製）を用いて公知の方法で測定することによって、シリコンエピタキシャル層の平坦性を評価した。表１に、ＥＳＦＱＲ rangeとＥＳＦＱＲ maxの平均値をそれぞれ示す。なお、エッジ除外領域を２ｍｍとして、ウェーハ全周を５度間隔で７２分割し、セクター長を１５ｍｍとしたセクター内の領域を当該測定に供した。また、「ＥＳＦＱＲ range」とは、１枚のウェーハにおける７２セクターのうちの最大値と最小値の差であり、表１の「ＥＳＦＱＲ rangeの平均値」はその差の２５枚分の平均値である。また、「ＥＳＦＱＲ max」とは、１枚のウェーハにおける７２セクターのうちの最大値であり、表１の「ＥＳＦＱＲ maxの平均値」は２５枚分の平均値である。

【0064】

＜スリップ転位の評価＞
各発明例および比較例で作製したエピタキシャルシリコンウェーハに対して、SP2（DCNモード）（KLA-Tencor社製）を用いて、裏面のスリップラインの合計長さを測定することによって、スリップ転位を評価した。表１に２５枚分の平均値を示す。

【0065】

＜スループットの評価＞
各発明例および比較例に対して、チャンバ内にシリコンウェーハを搬入してから、チャンバ外にエピタキシャルシリコンウェーハを搬出するまでに要した時間を測定し、２５回分の平均時間を算出した。比較例１の平均時間を１．００としたときの相対値を表１に示す。

【0066】

＜損傷領域の評価＞
発明例１，２および比較例１で作製したエピタキシャルシリコンウェーハについて、表面検査装置（KLA-Tencor社製：Surfscan SP-2）を用いて、ＤＣＯモード（Dark Field Composite Obliqueモード）で、ウェーハの裏面を観察し、直径が１μｍ以上のＬＰＤ（Light Point Defect）の個数を調べた。この測定結果によって、損傷領域における円形欠陥の発生状況を評価することができる。

【0067】

【表1】

【0068】

（評価結果の説明）
表１に示すように、発明例１，２は、比較例１に比べて、ＥＳＦＱＲ maxおよびrangeの平均値がともに小さくなっており、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハが得られた。これは、ウェーハの再載置を行うことによって、ウェーハの中心がサセプタの中心と一致した状態でエピタキシャル成長を行うことができたことに起因する。また、発明例１，２は、比較例１に比べて、ウェーハを再載置する工程が増えたものの、スループットは比較例１と同程度であった。

【0069】

また、比較例２では、各リフトピンでウェーハを長時間支持することによって、弾性変形したウェーハの形状を元の形状に回復させた後に、ウェーハをサセプタに載置したが、ＥＳＦＱＲ maxおよびrangeの平均値は、いずれも発明例１，２に比べて劣っていた。また、比較例２では、各リフトピンでウェーハを長時間支持したため、スリップ転位が発生しており、スループットも悪化していた。

【0070】

また、比較例３では、再載置と水素ベークを同時に行い、その時のウェーハの表裏面の温度差が１０℃を超えていたことに起因して、再載置の平坦度に対する効果が得られなかった。

【0071】

さらに、発明例１，２では、ステップＳ２、Ｓ７、Ｓ１０に起因して、ウェーハの中心からウェーハ半径の７０％以上８０％以下の環状領域に、３つの円形欠陥からなる損傷領域が周方向に沿って同心円状に３箇所存在していた。一方で、ステップＳ７を行わなかった比較例１では、２つの円形欠陥からなる損傷領域が周方向に沿って同心円状に３箇所存在していた。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、平坦性に優れたエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを得ることができる。

【符号の説明】

【0073】

１００ エピタキシャル成長装置
１０ チャンバ
１１ 上部ドーム
１２ 下部ドーム
１３ ドーム取付体
１４ 加熱ランプ
１５ ガス供給口
１６ ガス排出口
１７ 上側パイロメータ
１８ 下側パイロメータ
２０ サセプタ
２１ サセプタの貫通孔
２２ 座ぐり部
２３ おもて面最外周部
２４ 第１の縦壁面
２５ ウェーハ支持面
２６ 第２の縦壁面
２７ おもて面中心部
３０ サセプタサポートシャフト
３１ 主柱
３２ アーム
３３ 支持ピン
３４ アームの貫通孔
４０ リフトピン
５０ 昇降シャフト
５１ 昇降シャフトの主柱
５２ 支柱
θ ウェーハ支持面とおもて面中心部とのなす角
Ｏ₁ ウェーハの中心
Ｏ₂ サセプタの中心
Ｗ ウェーハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】