JP2006140484A - 半導体ウェハの平坦化方法および平坦化装置ならびに平坦度が改善された半導体ウェハ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体ウェハの特性を表すパラメータを位置に依存して測定し、位置に依存するこれらのパラメータの値を、半導体ウェハの面全体にわたり求めるステップa)と、半導体ウェハの面全体を、エッチング媒体を作用させると同時に半導体ウェハの面全体を照射しながらエッチング処理するステップb)が設けられている。その際、エッチング処理の除去率を半導体ウェハの面における光強度に依存させ、ステップa)において測定された位置に依存するパラメータの値における差異が位置に依存する除去率により低減されるよう、光強度を位置に依存して設定する。
【選択図】図1
Description
ただし基本的に、半導体表面における望ましい電荷キャリア濃度と電荷キャリア濃度の望ましい深さプロフィルを生じさせるあらゆる光源を利用することができる。たとえば水銀またはナトリウムの蒸気ランプ、レーザまたはLEDも適している。
殊に、要求される平坦度または層厚を2mmまたはそれよりも小さいエッジ除外領域においてパーシャルサイトを含めながら実現できる。また、本発明による方法は真空排気を必要としないので、従来技術によれば吸引により引き起こされてしまうような半導体ウェハエッジにおけるエッジ媒体の濃度変動を回避できる。半導体ウェハの特定のポジションたとえばエッジ近傍において渦が発生した場合、これを位置に依存する光強度の計算により補償することができる。
ここでシンボル | | は絶対値関数を表す。 絶対値関数を適用できるようにしている理由は、典型的には照射装置の分解能がオリジナルの厚さデータよりも高いことによる。
これとは逆の事例では、単純にオリジナルデータの幾何学的な平均値形成が実行される。
(i-x) * (i-x) + (j-y) * (j-y) ≦ R * R (2)
この新たな値は、上述の条件を満たすすべてのM(x,y)の平均値から計算される:
Msmooth (i, j) = 平均値 (M (x1, y1) , M(x2, y2), M(x3, y3), ... M(Xn,Yn)) (3)
Rはオリジナルの座標系に関して典型的には0.1cm〜2cmにあり、これはチューニングパラメータとして用いられる。
画素i, jの黒色成分 = (Msmooth(i, j) - MinM) * (MaxM-MinM) * 100% (4)
画素i, jの透明成分 = 100% - (Msmooth(i ,j) - MinM) * (MaxM - MinM) * 100% (5) このアルゴリズムによって、半導体ウェハの殊に薄い個所が透明なものとして表され、その結果、それらの個所は高い光強度で照射される。これに対して最も厚い個所は黒色で表され、したがってそれらの個所は照射されないかまたはごく僅かな光強度でしか照射されない。この計算は、光強度が増すにつれて材料除去が減少する場合に適している。これとは逆の場合も同様に計算できる。
・TMAH 2.5%,室温:6〜12nmの除去量
・TMAH/H2O2/H2O2 1:1:5,85°C:2nmの除去量
・NH4OH/H2O2/H2O 1:1:5,85°C:0.5nmの除去量
・HF 1%,O3 20ppm,室温:1〜2nm
有利には気体のエッチング媒体には、フッ化水素(HF)および酸化剤たとえば窒素酸化物またはオゾン(O3)が含まれている。気体のエッチング媒体を、不活性ガスまたは水蒸気によって希釈することができる。気体のエッチング媒体のもつ利点は、エッチング処理後に半導体ウェハを乾燥させる必要がなく、エッチング反応をきわめて迅速に終了させることができる点にある。
直径200mmのSOIウェハを扱う場合、これはドナウェハのシリコン層をベースウェハへ移すことにより製造される。ウェハの厚さは730μmであり、シリコンオキサイド層の厚さは140nm、シリコンオキサイド層の上に設けられるシリコン層の目標厚は50nmである。
チョクラルスキー法により引き上げられホウ素でドーピングされた(1〜10Ωcm)単結晶から製造され除去ポリッシングの施された直径300mmの6個のシリコンウェハにおいて、1mmのエッジ除外領域を伴ってステップa)において局所的な平坦性が測定された。その際、面要素のサイズが26×8mm2である測定装置ADE9900E+が用いられた。表1には、パーシャルサイトを含む測定されたSFQRmax値が示されている。
2 光源
3 フィルタ
4 光学系
5 照射光
6 エッチングルーム
7 半導体ウェハ
9 エッチング媒体供給システム
10 制御ユニット
11 測定装置
Claims (25)
- 半導体ウェハの平坦化方法において、
半導体ウェハの特性を表すパラメータを位置に依存して測定し、位置に依存する該パラメータの値を、半導体ウェハの面全体にわたり求めるステップa)と、
該半導体ウェハの面全体を、エッチング媒体を作用させると同時に該半導体ウェハの面全体を照射しながらエッチング処理するステップb)が設けられており、
該エッチング処理の除去率を半導体ウェハの面における光強度に依存させ、
前記ステップa)において測定された位置に依存するパラメータの値における差異が位置に依存する除去率により低減されるよう、前記光強度を位置に依存して設定することを特徴とする、
半導体ウェハの平坦化方法。 - 請求項1記載の方法において、
前記ステップb)で半導体ウェハの厚さを低減することを特徴とする方法。 - 請求項1または2記載の方法において、
半導体ウェハ(7)の照射を、光源(2)および該光源(2)と半導体ウェハ(7)との間に取り付けられたフィルタ(3)により行い、位置に依存する光強度を該フィルタ(3)にもたせ、該光強度は位置に依存する前記パラメータの値と一義的な関係にあることを特徴とする方法。 - 請求項1または2記載の方法において、
前記ステップa)で測定された位置に依存するパラメータの値から、コンピュータの計算によりグレーレベルマップを形成し、前記ステップb)における半導体ウェハの照射を投影装置により行い、該投影装置により前記グレーレベルマップの画像を半導体ウェハの面に投影させることを特徴とする方法。 - 請求項1から4のいずれか1項記載の方法において、
半導体ウェハの面全体にわたるエッチング処理を照射と同時に行う付加的なステップc)を設け、該ステップc)では光強度を半導体ウェハの面全体わたり一定にするかまたはゼロにして、位置に依存しない一定の材料除去を達成させることを特徴とする方法。 - 請求項1から5のいずれか1項記載の方法において、
前記エッチング処理を気体または液体のエッチング媒体によって行うかまたは、気体と液体のエッチング媒体から成る混合物によって行うことを特徴とする方法。 - 請求項1から6のいずれか1項記載の方法において、
半導体ウェハに1つまたは複数の物質を含有させ、該物質をシリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、III/V化合物半導体およびII/VI化合物半導体から成るグループから選択することを特徴とする方法。 - 請求項7記載の方法において、
前記パラメータを、規定された理想平面からの高さの偏差とすることを特徴とする方法。 - 請求項1から6のいずれか1項記載の方法において、
前記半導体ウェハを、電気的に絶縁性の支持体上に設けられた半導体層を含むSOIウェハとすることを特徴とする方法。 - 請求項9記載の方法において、
前記半導体層に1つまたは複数の物質を含有させ、該物質をシリコン、ゲルマニウム、シリコンカーバイド、III/V化合物半導体およびII/VI化合物半導体から成るグループから選択することを特徴とする方法。 - 請求項9または10記載の方法において、
前記パラメータを半導体層の厚さとすることを特徴とする方法。 - 半導体ウェハにおいて、
該半導体ウェハの表側は、最大0.09μmのGBIR、エッジ除外領域が2mmでサイズ26×8mm2の測定窓においてパーシャルサイトを含み最大0.05μmのSFQRmaxをもち、かつ半導体ウェハエッジから1mm〜3mm隔たった範囲内の測定において表側で最大0.2μmのエッジロールオフをもつことを特徴とする半導体ウェハ。 - 請求項12記載の半導体ウェハにおいて、
該半導体ウェハの表側は、エッジ除外領域が2mmでサイズ26×8mm2の測定窓においてパーシャルサイトを含み最大0.03μmのSFQRmaxをもつことを特徴とする半導体ウェハ。 - 半導体ウェハにおいて、
該半導体ウェハの表側は、エッジ除外領域が2mmでサイズ2×2mm2の測定窓において最大16nmのナノトポグラフィ(山対谷偏差 peak to valley)をもつことを特徴とする半導体ウェハ。 - SOIウェハにおいて、
半導体層と支持ウェハが設けられており、
該半導体層は100nmよりも薄い厚さを有しており、該半導体層の平均厚さからの相対標準偏差は、エッジ除外領域が2mmで最大3%であることを特徴とするSOIウェハ。 - 請求項15記載のSOIウェハにおいて、
前記半導体層の平均厚さからの相対標準偏差はエッジ除外領域が2mmで最大1%であることを特徴とするSOIウェハ。 - 請求項15または16記載のSOIウェハにおいて、
最大0.1μmのGBIR、エッジ除外領域が2mmでサイズ26×8mm2の測定窓においてパーシャルサイトを含み最大53nmのSFQRmaxをもち、かつSOIウェハエッジから1mm〜3mm隔たった範囲内の測定において表側で最大0.25μmのエッジロールオフをもつことを特徴とするSOIウェハ。 - 請求項17記載のSOIウェハにおいて、
エッジ除外領域が2mmでサイズ26×8mm2の測定窓においてパーシャルサイトを含み最大33nmのSFQRmaxをもつことを特徴とするSOIウェハ。 - SOIウェハにおいて、
半導体層と支持ウェハが設けられており、
該半導体層は0.1μm〜80μmの範囲の厚さを有しており、該半導体層の平均厚さからの相対標準偏差はエッジ除外領域が2mmで最大4%であることを特徴とするSOIウェハ。 - 請求項19記載のSOIウェハにおいて、
前記半導体層の平均厚さからの相対標準偏差はエッジ除外領域が2mmで最大2%であることを特徴とするSOIウェハ。 - 請求項19または20記載のSOIウェハにおいて、
最大0.11μmのGBIR、エッジ除外領域が2mmでサイズ26×8mm2の測定窓においてパーシャルサイトを含み最大55nmのSFQRmaxをもち、かつSOIウェハエッジから1mm〜3mm隔たった範囲内の測定において表側で最大0.3μmのエッジロールオフをもつことを特徴とするSOIウェハ。 - 請求項15から21のいずれか1項記載のSOIウェハにおいて、
該SOIウェハの表側は、エッジ除外領域が2mmでサイズ2×2mm2の測定窓において最大16nmのナノトポグラフィ(山対谷偏差 peak to valley)をもつことを特徴とするSOIウェハ。 - 半導体ウェハ(7)の平坦化装置において、
半導体ウェハ(7)の特性を表すパラメータを位置に依存して測定する測定装置(11)と、
半導体ウェハ(7)のための保持装置とエッチング媒体を供給および排出するためのシステム(9)を備えた半導体ウェハ収容のためのエッチングチャンバ(6)と、
該エッチングチャンバ(6)内に存在する半導体ウェハ(7)の一方の面を位置に依存する光強度で照射できるように配置されている制御可能な照射装置(1)と、
前記測定装置(11)により求められたパラメータの値を前記照射装置(1)の制御命令に換算して該命令を前記照射装置(1)へ転送する制御ユニット(10)が設けられていることを特徴とする、
半導体ウェハ(7)の平坦化装置。 - 請求項23記載の装置において、
前記測定装置(4)は、層厚を測定するためのエリプソメータ、干渉計または反射率計であり、または規定された理想平面からの高さの偏差を測定するための形状測定装置であることを特徴とする装置。 - 請求項23または24記載の装置において、
前記照射装置(1)は投影装置であり、該投影装置は前記制御ユニット(10)により計算されたグレーレベルマップの画像を投影するように構成されていることを特徴とする装置。
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