特開 2023-3160 半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023003160

(43)【公開日】2023-01-11

(54)【発明の名称】半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/205 20060101AFI20221228BHJP

【ＦＩ】

H01L21/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021104167

(22)【出願日】2021-06-23

(71)【出願人】

【識別番号】000154325

【氏名又は名称】住友電工デバイス・イノベーション株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】宮下 耕平

【テーマコード（参考）】

5F045

【Ｆターム（参考）】

5F045AA04

5F045AB14

5F045AB17

5F045AF02

5F045BB02

5F045BB03

5F045BB08

5F045DP15

5F045DP28

5F045EE20

5F045EF05

5F045EK07

5F045GB13

5F045GB16

5F045GB19

(57)【要約】

【課題】試作の回数を低減できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、成膜装置に第１サセプタを取り付ける工程と、前記第１サセプタの反りの大きさを測定する工程と、前記測定された第１サセプタの反りの大きさに応じて、前記成膜装置の成膜条件として第１初期成膜条件を設定する工程と、前記第１サセプタの上に複数の第１ウェハを載置し、前記複数の第１ウェハに前記成膜条件にて第１膜を形成する工程と、を有し、前記第１初期成膜条件を設定する工程は、前記第１初期成膜条件をデータベースを格納した記録媒体から読み出す工程を有し、前記データベースは、サセプタの反りの大きさと第１膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた複数のデータを含む。
【選択図】図１２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

成膜装置に第１サセプタを取り付ける工程と、
前記第１サセプタの反りの大きさを測定する工程と、
前記測定された第１サセプタの反りの大きさに応じて、前記成膜装置の成膜条件として第１初期成膜条件を設定する工程と、
前記第１サセプタの上に複数の第１ウェハを載置し、前記複数の第１ウェハに前記成膜条件にて第１膜を形成する工程と、
を有し、
前記第１初期成膜条件を設定する工程は、前記第１初期成膜条件をデータベースを格納した記録媒体から読み出す工程を有し、
前記データベースは、サセプタの反りの大きさと第１膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた複数のデータを含む、
半導体装置の製造方法。

【請求項2】

前記成膜装置は、前記第１サセプタを加熱する複数のヒータを有し、
前記成膜条件は、前記複数のヒータの設定温度を含む請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項3】

前記複数のヒータは、同心円状に配置されている請求項２に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項4】

前記第１膜を形成する工程は、半導体膜を有機金属化学気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項5】

前記第１膜を形成する工程の後に、
前記第１ウェハの上における前記第１膜の厚さの第１分布を取得する工程と、
前記第１分布が、予め定められている膜厚分布条件を満たしている場合、前記初期成膜条件を量産成膜条件として決定する工程と、
を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項6】

前記第１分布が前記膜厚分布条件を満たしていない場合、
前記第１分布が前記膜厚分布条件を満たすまで、
前記第１分布に応じて前記成膜条件を変更する工程と、
前記複数の第１ウェハを交換する工程と、
交換後の前記複数の第１ウェハに、変更後の前記成膜条件にて前記第１膜を形成する工程と、
前記第１膜の厚さの前記第１分布を取得する工程と、
を繰り返す工程と、
前記第１分布が前記膜厚分布条件を満たすと、直前の前記成膜条件を量産成膜条件として決定する工程と、
を有する請求項５に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項7】

前記量産成膜条件を決定する工程の後に、
前記第１サセプタの上に複数の第２ウェハを載置し、前記複数の第２ウェハに前記量産成膜条件にて前記第１膜を形成する工程と、
を有する請求項５または請求項６に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項8】

前記成膜条件を量産成膜条件と決定する工程の後、前記第１サセプタの反りの大きさと前記量産成膜条件とを対応付けたデータを、前記データベースを格納した前記記録媒体に追加記録する工程を有する請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項9】

前記データベースは、通信回線により前記成膜装置の外部に接続された外部記録媒体に格納されており、
前記データベースには、前記通信回線を介して前記成膜装置の外部から前記複数のデータが追加される請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。

【請求項10】

前記第１サセプタは、製造番号を有し、前記製造番号に応じて前記複数のデータが前記データベースに追加される請求項９に記載の半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

窒化物半導体膜等の半導体膜は、例えば成膜チャンバ内に取り付けられたサセプタの上に複数のウェハを載置して形成されている（特許文献１、２）。

【0003】

サセプタには、反りが生じていることがある。また、サセプタは、成膜時に高温下で腐食性ガスに晒されて消耗するため、頻繁に交換される。交換の前後でサセプタの反りの向き又は量が相違している場合、交換の前後で成膜チャンバ内の成膜条件が同一であると、サセプタの反りの向き又は量が変化するため、ウェハ上に形成される膜の膜厚分布も変化する。このため、従来、サセプタの交換後には、量産に適した量産成膜条件を決定するために、膜の試作が行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－９５７８０号公報

【特許文献2】特開２０１２－１５６１９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の製造方法では、１個のサセプタに載置するウェハの数を増やすべくサセプタを大型化すると、サセプタの交換後のサセプタの反りの向き又は量の変化量が大きくなる。このため、量産に適した量産成膜条件を決定するための試作回数が増加してしまう。

【0006】

本開示は、試作の回数を低減できる半導体装置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】

【0007】

本開示の半導体装置の製造方法は、成膜装置に第１サセプタを取り付ける工程と、前記第１サセプタの反りの大きさを測定する工程と、前記測定された第１サセプタの反りの大きさに応じて、前記成膜装置の成膜条件として第１初期成膜条件を設定する工程と、前記第１サセプタの上に複数の第１ウェハを載置し、前記複数の第１ウェハに前記成膜条件にて第１膜を形成する工程と、を有し、前記第１初期成膜条件を設定する工程は、前記第１初期成膜条件をデータベースを格納した記録媒体から読み出す工程を有し、前記データベースは、サセプタの反りの大きさと第１膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた複数のデータを含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、試作の回数を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、ＭＯＣＶＤ法で用いられる成膜チャンバの内部の一例を示す模式図である。

【図2】図２は、図１中の領域Ｒを拡大して示す模式図である。

【図3】図３は、図１中の領域Ｒでウェハに形成されるＧａＮ膜の成長レートの分布を示す図である。

【図4】図４は、ＭＯＣＶＤ法で用いられる成膜チャンバの内部の他の一例を示す模式図である。

【図5】図５は、図４中の領域Ｒを拡大して示す模式図である。

【図6】図６は、図４中の領域Ｒでウェハに形成されるＧａＮ膜の成長レートの分布を示す図である。

【図7】図７は、ＭＯＣＶＤ法で用いられる成膜チャンバの内部の更に他の一例を示す模式図である。

【図8】図８は、図７中の領域Ｒを拡大して示す模式図である。

【図9】図９は、図７中の領域Ｒでウェハに形成されるＧａＮ膜の成長レートの分布を示す図である。

【図10】図１０は、サセプタの反りの大きさと成長レートの差との関係の一例を示す図である。

【図11】図１１は、参考例に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【図13】図１３は、実施形態に係る半導体装置の製造方法で用いられる成膜装置を示す模式図である。

【図14】図１４は、サセプタを示す模式図である。

【図15】図１５は、ヒータユニットを示す模式図である。

【図16】図１６は、サセプタの表面の形状の近似方法を示す図である。

【図17】図１７は、膜厚が測定される点が並ぶ直線の一例を示す図である。

【図18】図１８は、データベースの構築方法を示すフローチャートである。

【図19】図１９は、実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。

【0011】

〔１〕 本開示の一態様に係る半導体装置の製造方法は、成膜装置に第１サセプタを取り付ける工程と、前記第１サセプタの反りの大きさを測定する工程と、前記測定された第１サセプタの反りの大きさに応じて、前記成膜装置の成膜条件として第１初期成膜条件を設定する工程と、前記第１サセプタの上に複数の第１ウェハを載置し、前記複数の第１ウェハに前記成膜条件にて第１膜を形成する工程と、を有し、前記第１初期成膜条件を設定する工程は、前記第１初期成膜条件をデータベースを格納した記録媒体から読み出す工程を有し、前記データベースは、サセプタの反りの大きさと第１膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた複数のデータを含む。

【0012】

データベースがサセプタの反りの大きさと第１膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた複数のデータを含んでいる。このため、サセプタを取り付けた後に、サセプタの反りの大きさに対応する初期成膜条件をデータベースから読み出し、この初期成膜条件から試作を開始することで、少ない回数の試作で量産成膜条件を決定できる。

【0013】

〔２〕 〔１〕において、前記成膜装置は、前記第１サセプタを加熱する複数のヒータを有し、前記成膜条件は、前記複数のヒータの設定温度を含んでもよい。この場合、少ない回数の試作で量産に適したヒータバランスを決定しやすい。

【0014】

〔３〕 〔２〕において、前記複数のヒータは、同心円状に配置されていてもよい。この場合、サセプタの上に同心円状に載置される複数の第１ウェハの温度制御を行いやすい。

【0015】

〔４〕 〔１〕～〔３〕において、前記第１膜を形成する工程は、半導体膜を有機金属化学気相成長法によりエピタキシャル成長させる工程を有してもよい。この場合、窒化物半導体膜等の半導体膜のための量産成膜条件を決定しやすい。

【0016】

〔５〕 〔１〕～〔４〕において、前記第１膜を形成する工程の後に、前記第１ウェハの上における前記第１膜の厚さの第１分布を取得する工程と、前記第１分布が、予め定められている膜厚分布条件を満たしている場合、前記初期成膜条件を量産成膜条件として決定する工程と、を有してもよい。この場合、速やかに量産に移行できる。

【0017】

〔６〕 〔５〕において、前記第１分布が前記膜厚分布条件を満たしていない場合、前記第１分布が前記膜厚分布条件を満たすまで、前記第１分布に応じて前記成膜条件を変更する工程と、前記複数の第１ウェハを交換する工程と、交換後の前記複数の第１ウェハに、変更後の前記成膜条件にて前記第１膜を形成する工程と、前記第１膜の厚さの前記第１分布を取得する工程と、を繰り返す工程と、前記第１分布が前記膜厚分布条件を満たすと、直前の前記成膜条件を量産成膜条件として決定する工程と、を有してもよい。この場合、少ない回数の試作で量産成膜条件を決定できる。

【0018】

〔７〕 〔５〕又は〔６〕において、前記量産成膜条件を決定する工程の後に、前記第１サセプタの上に複数の第２ウェハを載置し、前記複数の第２ウェハに前記量産成膜条件にて前記第１膜を形成する工程と、を有してもよい。この場合、第１膜の量産により生産性を向上できる。

【0019】

〔８〕 〔５〕～〔７〕において、前記成膜条件を量産成膜条件と決定する工程の後に、前記第１サセプタの反りの大きさと前記量産成膜条件とを対応付けたデータを、前記データベースを格納した前記記録媒体に追加記録する工程を有してもよい。この場合、データの豊富化により、以降のサセプタの交換時の試作の回数をより低減しやすい。

【0020】

〔９〕 〔１〕～〔８〕において、前記データベースは、通信回線により前記成膜装置の外部に接続された記録媒体に格納されており、前記データベースには、前記通信回線を介して前記成膜装置の外部から前記複数のデータが追加されてもよい。この場合、成膜装置を用いずにデータベースを構築できる。

【0021】

〔１０〕 〔９〕において、前記第１サセプタは、製造番号を有し、前記製造番号に応じて前記複数のデータが前記データベースに追加されてもよい。この場合、例えばサセプタのベンダーがデータベースに複数のデータを追加できる。

【0022】

［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。

【0023】

まず、有機金属化学気相成長（metal organic chemical vapor deposition：ＭＯＣＶＤ）法で半導体膜を形成する場合のサセプタの形状と半導体膜の膜厚分布との関係について説明する。

【0024】

図１は、ＭＯＣＶＤ法で用いられる成膜チャンバの内部の一例を示す模式図である。図１には、平面形状が円形で、径方向に５個のウェハＷを載置できるサセプタ１１を示す。サセプタ１１には反りが生じておらず、サセプタ１１の上面は平坦である。サセプタ１１の上面には、ウェハＷの横方向の移動を制限するための壁２１がそれぞれのウェハＷを囲むように設けられている。サセプタ１１の上方にシャワーヘッド２２が設置されており、シャワーヘッド２２から原料ガス２３がウェハＷに向けて噴射され、ウェハＷのシャワーヘッド２２と対向する表面上に半導体膜２６が形成される。成膜中、サセプタ１１は中心を公転軸３１として回転する。ウェハＷに向けて直上のシャワーヘッド２２から原料ガス２３が噴射されるとともに、サセプタ１１の中心から外周に向かう原料ガス２３の流れ２５がある。成膜で消費されなかった原料ガス２３は排気ガス２４となり、サセプタ１１の外部に排出される。ここでは、半導体膜としては、ＧａＮ膜が形成されることとする。図１中、二点鎖線で囲まれた領域Ｒは、径方向でウェハＷが載置される５個の領域のうちで、最も外周側に位置する領域である。サセプタ１１が繰り返し使用されると、壁２１の上にもＧａＮの付着物２８が生成する。

【0025】

図２は、図１中の領域Ｒを拡大して示す模式図である。図３は、図１中の領域ＲでウェハＷに形成されるＧａＮ膜の成長レートの分布を示す図である。図３は、シミュレーションの結果を示す。図３の横軸はサセプタ１１の径方向の位置を示し、縦軸はＧａＮ膜の成長レートを示す。縦軸には、後述の図６、図９との比較のために、基準となる成長レートＧＲ０を示してある。このシミュレーションでは、サセプタ１１の温度Ｔがサセプタ面内で均一であるとしている。

【0026】

図２に繰り返し示すように、領域Ｒでは、ウェハＷに向けて直上のシャワーヘッド２２から原料ガス２３が噴射されるとともに、サセプタ１１の中心から外周に向かう原料ガス２３の流れ２５がある。また、サセプタ１１が繰り返し使用されると、壁２１の上にもＧａＮの付着物２８が生成する。このため、サセプタ１１の中心側に位置する壁２１上の付着物２８からＧａが昇華し、Ｇａ昇華ガス２７が領域Ｒ内に流れ込む。従って、図３に示すように、反りがないサセプタ１１が用いられ、サセプタ１１の温度がサセプタ面内で均一である場合でも、成長レートは均一ではない。具体的には、サセプタ１１の領域Ｒ内において、中心に近い側で大きく、外周に向かうにつれて小さくなる。ＧａＮ膜の厚さは成長レートに依存するため、ＧａＮ膜の膜厚分布も同様のものとなる。

【0027】

次に、凸状の反りが生じたサセプタが用いられた場合の成長レート及び膜厚の分布について説明する。図４は、ＭＯＣＶＤ法で用いられる成膜チャンバの内部の他の一例を示す模式図である。図４には、平面形状が円形で、径方向に５個のウェハＷを載置できるサセプタ１２を示す。サセプタ１２には凸状の反りが生じている。反りの点を除き、サセプタ１２はサセプタ１１と同様の構成を備える。

【0028】

図５は、図４中の領域Ｒを拡大して示す模式図である。図６は、図４中の領域ＲでウェハＷに形成されるＧａＮ膜の成長レートの分布を示す図である。図６は、シミュレーションの結果を示す。図６の横軸はサセプタ１２の径方向の位置を示し、縦軸はＧａＮ膜の成長レートを示す。このシミュレーションでは、サセプタ１２の温度Ｔがサセプタ面内で均一であるとしている。

【0029】

図５に示すように、凸状の反りが生じているサセプタ１２が使用される場合、反りが生じていないサセプタ１１が使用される場合と比較して、領域ＲにおけるウェハＷとシャワーヘッド２２との間の距離が大きい。このため、流れ２５のために、ウェハＷに到達する前に排気ガス２４となる原料ガス２３の割合が高い。従って、図６に示すように、図３の例と比較すると、全体的に成長レートが低く、また、領域Ｒ内において、外周側での成長レートの低下が顕著である。

【0030】

次に、凹状の反りが生じたサセプタが用いられた場合の成長レート及び膜厚の分布について説明する。図７は、ＭＯＣＶＤ法で用いられる成膜チャンバの内部の、更に他の一例を示す模式図である。図７には、平面形状が円形で、径方向に５個のウェハＷを載置できるサセプタ１３を示す。サセプタ１３には凹状の反りが生じている。反りの点を除き、サセプタ１３はサセプタ１１と同様の構成を備える。

【0031】

図８は、図７中の領域Ｒを拡大して示す模式図である。図９は、図７中の領域ＲでウェハＷに形成されるＧａＮ膜の成長レートの分布を示す図である。図９は、シミュレーションの結果を示す。図９の横軸はサセプタ１３の径方向の位置を示し、縦軸はＧａＮ膜の成長レートを示す。このシミュレーションでは、サセプタ１３の温度Ｔがサセプタ面内で均一であるとしている。

【0032】

図８に示すように、凹状の反りが生じているサセプタ１３が使用される場合、反りが生じていないサセプタ１１が使用される場合と比較して、領域ＲにおけるウェハＷとシャワーヘッド２２との間の距離が小さい。このため、流れ２５があっても、ウェハＷに到達する前に排気ガス２４となる原料ガス２３の割合が低い。従って、図９に示すように、図３の例と比較すると、全体的に成長レートが高く、また、領域Ｒ内において、外周側での成長レートの低下が隠微である。

【0033】

図１０は、サセプタの反りの大きさと成長レートの差との関係の一例を示す図である。図１０の横軸はサセプタの反りの大きさを示す。反りの大きさは、サセプタの中心を基準とした外周の高さを示し、反りの大きさが正であることは、サセプタが凹状に反っていることを示し、反りの大きさが負であることは、サセプタが凸状に反っていることを示す。また、図１０の縦軸は、ウェハＷ内で最もサセプタの中心に近く位置する領域と、最もサセプタの中心から遠く位置する領域との間でのウェハＷ面内での成長レートの差の傾向の概略を示す。図１０に示すように、ウェハＷ面内での成長レートの差はサセプタの反りの大きさの影響を受ける。図１０に示す例では、サセプタが凹状に沿っている場合に、凸状に沿っている場合よりも成長レートの差が小さい。

【0034】

図１～図１０を参照しながら説明したように、サセプタの面内での温度等の成膜条件が均一で共通していても、サセプタの反りの形態に応じてＧａＮ膜等の膜の成長レート及び膜厚の分布は相違する。従って、サセプタの交換後には、交換後のサセプタ内でのウェハ面内膜厚の均一性が量産に適した値になるように量産成膜条件を特定することが望まれる。

【0035】

（参考例）
次に、参考例に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、サセプタの交換から、量産に適した量産成膜条件を特定し、量産成膜条件にて成膜を行うまでの処理について説明する。図１１は、参考例に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

【0036】

参考例に係る半導体装置の製造方法では、まず、新しいサセプタを成膜チャンバに取り付ける（ステップＳ１０１）。次に、サセプタの交換後に最初に行われる成膜の成膜条件をメモリ等の記憶媒体１４２に記憶させる（ステップＳ１０４）。成膜条件は、サセプタを加熱するヒータの温度設定条件を含む。交換直後の最初の成膜条件は常に同一の条件が使われる。次に、サセプタの上に複数のウェハを載置し、記憶媒体１４２から成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて、複数のウェハにＧａＮ膜等の半導体膜を形成する。そして、成膜が行われた複数のウェハを成膜チャンバから取り出す（ステップＳ１０５）。次に、半導体膜の膜厚を複数箇所から測定し、膜厚分布データを取得する（ステップＳ１０６）。次に、膜厚分布が、予め定められている膜厚分布条件を満たしているか判断する（ステップＳ１０７）。

【0037】

膜厚分布が膜厚分布条件を満たしていなければ、膜厚分布に応じて成膜条件を変更し、記憶媒体１４２に記憶された成膜条件の情報を更新する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０５にて、複数のウェハをサセプタに載置し、記憶媒体１４２から更新後の成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて、複数のウェハにＧａＮ膜等の半導体膜を形成し、半導体膜が形成された複数のウェハを成膜装置の外部に取り出す（ステップＳ１０５）。以降、膜厚分布が膜厚分布条件を満たすまで、ステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理を繰り返す。

【0038】

膜厚分布が膜厚分布条件を満たすと、直前に行われた成膜での成膜条件を量産成膜条件として決定する（ステップＳ１０９）。そして、複数のウェハをサセプタの上に載置し、記憶媒体１４２から成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて成膜を行い、成膜が行われた複数のウェハを成膜チャンバから取り出す（ステップＳ１１０）。量産工程として、所定の回数だけ複数ウェハへの成膜が繰り返される（ステップＳ１１１）。

【0039】

なお、フローチャートの便宜上、ステップＳ１０５はステップＳ１１０とは別の工程として描かれているが、同じサセプタ等を使った同じ成膜チャンバにより行われる。

【0040】

このような方法により、量産成膜条件を決定し、量産成膜条件にて成膜を行うことができる。

【0041】

しかしながら、ステップＳ１０４における、サセプタを変換後最初の成膜条件がサセプタの反りの大きさに関係なく常に固定されているため、サセプタが大型化すると、ステップＳ１０５からステップＳ１０９までの処理の繰り返し頻度が高くなる。このため、サセプタの交換から量産が開始されるまでの時間が長くなり、生産性の向上が抑制されてしまう。また、量産に適した成膜条件が設定されるまでの試作回数が増えると、その際に用いられたウェハ及び使われた原料ガスが増加するため、最終的な量産製品に与える部材コストの増加にもつながる。

【0042】

以下に説明する実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ステップＳ１０５からステップＳ１０９までの処理の繰り返し頻度を低減することを目的としてなされたものである。図１２は、実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図１３は、実施形態に係る半導体装置の製造方法で用いられる成膜装置を示す模式図である。

【0043】

図１３に示される実施形態に係る半導体装置の製造方法で用いられる成膜装置１は、例えばＭＯＣＶＤ装置であり、成膜チャンバ２と、ヒータユニット３と、シャワーヘッド４と、制御部５とを有する。実施形態に係る半導体装置の製造方法では、ＭＯＣＶＤ法により半導体膜をエピタキシャル成長させる。ヒータユニット３及びシャワーヘッド４は、成膜チャンバ２内に配置される。ヒータユニット３の上に、壁９を備えたサセプタ７が取り付けられ、ヒータユニット３はサセプタ７を加熱する。シャワーヘッド４はサセプタ７の上に載置された複数のウェハＷに向けて原料ガスを噴出する。制御部５は、ヒータユニット３及びシャワーヘッド４等を制御する。制御部５は、データベース６を格納したハードディスクドライブ等の記録媒体４１と、成膜条件等のデータを記憶するメモリ等の記憶媒体４２とを備えている。

【0044】

図１３では一つの実施形態として、成膜装置１が制御部５を有する形態を示しているが、成膜装置１が必ずしも制御部５を備えている必要はない。制御部５は外部に備えられ、成膜装置１と通信回線等により接続される形態であってもよい。また、データベース６についても、通信回線等を介して外部からデータを書き込むことが可能な形態であってもよい。この場合、データベースは、通信回線により成膜装置１の外部に接続された外部記録媒体に格納されている。サセプタ７を提供する外部ベンダーが、個々のサセプタ７について記されたそれぞれのサセプタ７を識別可能な製造番号を下に、外部ベンダーが該当のサセプタ７について対応する反りのデータ等を外部からデータベース６に書き込んだり、追加したりする形態であってもよい。

【0045】

ここで、ヒータユニット３について説明する。図１４は、サセプタ７を示す模式図である。図１４は、シャワーヘッド４に対向するサセプタ７の上面側の構造を示す図である。図１５は、ヒータユニット３を示す模式図である。図１５は、サセプタ７の下面側に対向するヒータユニット３の上面側の構造を示す図である。図１４に示すように、サセプタ７は、例えば、ウェハＷが載置されるポケット領域８を１つの円周上に１０個有し、更に、その外側の他の円周上に１６個のポケット領域８を有する。つまり、サセプタ７は、２６枚のウェハＷが載置可能に構成されている。図１４では省略しているが、ポケット領域８の周囲には壁２１と同様の壁が設けられている。図１５に示すように、ヒータユニット３は、同心円状に配置された複数のヒータ３０を有する。ヒータ３０は、ポケット領域８と重なるように配置されている。複数のヒータ３０の温度は独立して制御できる。従って、複数のヒータ３０の設定温度を調整することにより、ヒータユニット３の同心円状の位置によって異なる放熱温度のバランス（ヒータバランス）を調整できる。

【0046】

データベース６は、サセプタの反りの大きさと半導体膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた複数のデータを含む。初期成膜条件は、例えば、複数のヒータ３０の初期の設定温度を含む。つまり、データベース６には、ヒータユニット３の初期のヒータバランスに関する条件のデータがサセプタの反りの大きさに対応付けて記録されている。例えば、サセプタの反りの大きさが－１ｍｍの場合の初期のヒータバランスのデータと、サセプタの反りの大きさが＋０．５ｍｍの場合の初期のヒータバランスのデータと、サセプタの反りの大きさが＋１．０ｍｍの場合の初期のヒータバランスのデータとがデータベース６に記録されている。データベース６には、より多数のデータが含まれていることが好ましい。

【0047】

実施形態に係る半導体装置の製造方法では、図１２に示すように、まず、新しいサセプタ７を成膜チャンバ２に取り付ける（ステップＳ１０１）。具体的には、ヒータユニット３の上にサセプタ７を取り付ける。サセプタ７は第１サセプタの一例である。

【0048】

次に、サセプタ７の反りの大きさを測定して取得する（ステップＳ１０２）。サセプタ７の反りの大きさは、サセプタ７の表面の最も高い位置と最も低い位置との間の高低差である。ここでは、一例として、サセプタ７が凹状に反っている場合、つまり、中心側が外周側よりも低い場合の高低差を正とし、サセプタ７が凸状に反っている場合、つまり、中心側が外周側よりも高い場合の高低差を負とする。サセプタ７の表面の位置は、例えば、接触又は非接触の変位計を用いて測定できる。サセプタ７の形状を測定するにあたり、サセプタ７の表面全体の位置を測定する必要はない。例えば、中心と外周との間の３以上の点で位置を測定し、その結果からサセプタ７の形状を円弧に近似してもよい。図１６は、サセプタ７の表面の形状の近似方法を示す図である。図１６に示す例では、サセプタ７の直径が５００ｍｍであり、中心を通る直線上で、中心から５０ｍｍ離れた２点、１５０ｍｍ離れた２点及び２２０ｍｍ離れた２点の合計で６点の位置が測定され、サセプタ７の表面の形状が円弧７Ｘに近似されている。

【0049】

サセプタ７の反りの大きさを測定する機構は成膜装置１の外部に備わっていてもよい。サセプタ７の反りの大きさは、成膜チャンバ２への取り付け前に取得してもよい。もしくは、サセプタ７の反りの大きさは、サセプタ７の製造番号等の個体識別情報に応じて、サセプタ７の製造業者（外部ベンダ）から、関連する情報と共に事前に提供されていてもよい。それらの関連する情報は通信回線等を介して、外部から事前にデータベース６に格納されていてもよい。

【0050】

なお、反りの大きさに代えて曲率を用いてもよい。曲率を用いる場合も、サセプタの曲率及び直径から反りの大きさが一義的に求まるため、反りの大きさを用いることと等価である。

【0051】

次に、初期成膜条件を取得し、設定する（ステップＳ１０３）。具体的には、データベース６を格納した記録媒体４１からサセプタ７の反りの大きさに対応する初期成膜条件を読み出す。データベース６に、サセプタ７の反りの大きさに一致するデータがない場合は、例えば、最も差が小さい反りの大きさの初期成膜条件を読み出してもよい。つまり、本実施形態では、初期成膜条件はサセプタ７の反りの大きさに依存している。初期成膜条件は、例えば各ヒータ３０の設定温度に関する条件、つまり、ヒータユニット３のヒータバランスに関する条件を含む。初期成膜条件は第１初期成膜条件の一例である。

【0052】

次に、ステップＳ１０３で取得した初期成膜条件を成膜条件として記憶媒体４２に記憶させる（ステップＳ１０４）。次に、サセプタ７の上に複数のウェハＷを載置し、記憶媒体４２から成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて複数のウェハＷに半導体膜を形成し、半導体膜が形成された複数のウェハＷを成膜装置１の外部に取り出す（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５で形成する半導体膜は、単一の膜であってもよく、複数の膜が積層された積層膜であってもよい。例えば、ウェハＷとしてＳｉＣウェハが用いられ、半導体膜として、ウェハＷ側から順にＡｌＮ膜、ＧａＮ膜、ＡｌＧａＮ膜及びＧａＮ膜が積層された積層膜が形成されてもよい。また、ウェハＷは、例えば当該ウェハＷに形成されているノッチ又はオリエンテーションフラットが、サセプタ７の中心と当該ウェハＷの中心とを結ぶ直線の上に位置するように載置される。ウェハＷは第１ウェハの一例であり、半導体膜は第１膜の一例である。

【0053】

次に、半導体膜の膜厚を測定し、膜厚分布を取得する（ステップＳ１０６）。半導体膜の膜厚は、例えば分光エリプソメータを用いて測定できる。半導体膜の膜厚は、例えば、成膜時にサセプタ７の中心と当該ウェハＷの中心とを結んでいた直線の上の複数点で測定する。半導体膜の膜厚は、例えばウェハＷの直径が約１００ｍｍ（４インチ）である場合、２ｍｍ間隔で測定する。図１７は、膜厚が測定される点が並ぶ直線の一例を示す図である。例えば、図１７に示すように、ウェハＷにオリエンテーションフラット１０が形成されており、ウェハＷの中心Ｏ及びオリエンテーションフラット１０を垂直に通る直線Ｌの上の複数点で膜厚が測定される。

【0054】

次に、ウェハＷ内での膜厚分布が、予め定められている膜厚分布条件を満たしているか判断する（ステップＳ１０７）。例えば、膜厚が予め定められている範囲内にあるか判断する。

【0055】

膜厚分布が膜厚分布条件を満たしていなければ、膜厚分布に応じて成膜条件を変更し、記憶媒体４２に記憶された成膜条件の情報を更新する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０５にて、複数のウェハＷを交換し、記憶媒体４２から更新後の成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて複数のウェハＷに半導体膜を形成する。以降、膜厚分布が膜厚分布条件を満たすまで、ステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理を繰り返す。

【0056】

膜厚分布が膜厚分布条件を満たすと、直前に行われた成膜での成膜条件を量産成膜条件として、最終的な成膜条件に決定する（ステップＳ１０９）。そして、複数のウェハＷをサセプタの上に載置し、記憶媒体４２から成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて成膜を行い、成膜が行われた複数のウェハを成膜チャンバから取り出す（ステップＳ１１０）。量産工程として、所定の回数だけ複数ウェハへの成膜が繰り返される（ステップＳ１１１）。ステップＳ１１０で使用されるウェハＷは第２ウェハの一例である。

【0057】

このような方法により、量産成膜条件を決定し、量産成膜条件にて成膜を行うことができる。量産工程において半導体膜を形成した後には、保護膜及び配線等を形成し、半導体装置を完成させる。

【0058】

本実施形態では、初期成膜条件はサセプタ７の反りの大きさに依存している。このため、膜厚分布が膜厚分布条件を満たすまでのステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理の繰り返し頻度を低減できる。つまり、試作の回数を低減できる。場合によっては、ステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理の繰り返さずに、そのまま量産成膜条件を決定できる可能性もある。

【0059】

従って、サセプタ７の交換から量産が開始されるまでの時間を短縮し、生産性を向上できる。また、試作に用いられるウェハＷ及び原料ガスの量を低減し、部材コストを低減することもできる。

【0060】

また、本実施形態では、成膜条件の一例としてヒータの設定温度を調整している。膜厚分布は特に温度の影響を受けやすいため、本実施形態によれば、適切な量産に適したヒータバランスを決定しやすい。また、複数のヒータ３０が同心円状に配置されているため、サセプタ７の上に同心円状に載置される複数のウェハＷの温度制御を行いやすい。

【0061】

ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の半導体膜を形成する場合、サセプタが消耗しやすいが、本実施形態によれば、サセプタの交換が行われても、少ない回数の試作で量産成膜条件を決定できる。

【0062】

ここで、データベース６を構築する方法について説明する。図１８は、データベース６の構築方法を示すフローチャートである。

【0063】

この構築方法では、まず、サセプタ７を成膜チャンバに取り付ける（ステップＳ１０１）。次に、サセプタ７の反りの大きさを測定する（ステップＳ１０２）。次に、初期成膜条件を取得する（ステップＳ１０３）。初期成膜条件は、参考例と同様に、サセプタ７の反りに依存しない成膜条件でよい。

【0064】

次に、ステップＳ１０３で取得した初期成膜条件を成膜条件として記憶媒体４２に記憶させる（ステップＳ１０４）。次に、サセプタ７の上に複数のウェハＷを載置し、記憶媒体４２から成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて複数のウェハＷに半導体膜を形成し、半導体膜が形成された複数のウェハＷを成膜装置１の外部に取り出す（ステップＳ１０５）。次に、半導体膜の膜厚を測定し、膜厚分布を取得する（ステップＳ１０６）。次に、膜厚分布が、予め定められている膜厚分布条件を満たしているか判断する（ステップＳ１０７）。

【0065】

膜厚分布が膜厚分布条件を満たしていなければ、膜厚分布に応じて成膜条件を変更し、記憶媒体４２に記憶された成膜条件の情報を更新する（ステップＳ１０８）。そして、ステップＳ１０５にて、複数のウェハＷを交換し、記憶媒体４２から更新後の成膜条件を読み出し、読み出した成膜条件にて複数のウェハＷに半導体膜を形成する。以降、膜厚分布が膜厚分布条件を満たすまで、ステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理を繰り返す。

【0066】

膜厚分布が膜厚分布条件を満たすと、直前に行われた成膜での成膜条件を、ステップＳ１０２で取得した反りの大きさに対応する初期成膜条件と決定し（ステップＳ２０９）、この初期成膜条件をデータベース６に記録する（ステップＳ２１０）。

【0067】

このようにして、サセプタ７の反りの大きさと半導体膜を形成する際の初期成膜条件とを対応付けた１つのデータがデータベース６に加えられる。このような処理を所定の数のサセプタ７について実行することにより、データベース６が構築される（ステップＳ２１１）。

【0068】

なお、図１９に示すように、図１２に示す製造方法において、量産成膜条件の決定（ステップＳ１０９）の後にも、当該ウェハＷの反りの大きさと量産成膜条件とを対応付けるデータを、サセプタ７の反りの大きさと初期成膜条件とを対応付けるデータとしてデータベース６を格納した記録媒体４１に追加記録する（ステップＳ２１２）ことが好ましい。データの豊富化により、以降のサセプタ７の交換時に、ステップＳ１０５からステップＳ１０８までの処理の頻度をより低減できるからである。

【0069】

ヒータ３０の設定温度は、複数のヒータ３０のすべてについて独立して調整してもよく、複数のヒータ３０を複数のグループに分割し、グループ内では共通に調整してもよい。例えば、ヒータユニット３が１０個のヒータ３０を含む場合、５個ずつの２グループに分割し、各グループに属する５個のヒータ３０の設定温度は共通にしてもよい。

【0070】

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

【符号の説明】

【0071】

１：成膜装置
２：成膜チャンバ
３：ヒータユニット
４、２２：シャワーヘッド
５：制御部
６：データベース
７、１１、１２、１３：サセプタ
７Ｘ：円弧
８：ポケット領域
９、２１：壁
１０：オリエンテーションフラット
２１：壁
２３：原料ガス
２４：排気ガス
２５：流れ
２６：半導体膜
２７：Ｇａ昇華ガス
２８：付着物
３０：ヒータ
３１：公転軸
４１：記録媒体
４２、１４２：記憶媒体
Ｌ：直線
Ｏ：中心
Ｒ：領域
Ｔ：温度
Ｗ：ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】