JP2008060591A - 半導体ウェハ及び半導体ウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前面及び背面の「オートドーピング」、「ハロー」及び不利なナノトポグラフィーを十分に回避された半導体ウェハ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハを製造するにあたり、ガス状物質を半導体ウェハの背面にわたる領域から、ほぼサセプタ中の孔だけを通して、サセプタの背面にわたる領域へ導通させることにより高さ変動ＰＶ（= peak to valley）として表して、背面のナノトポロジーが５ｎｍより小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明の対象は、背面と、化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハ、並びに半導体ウェハの製造方法に関する。同様に本発明の対象は、化学気相堆積（ＣＶＤ）により半導体ウェハの前面に層を堆積させる際に半導体ウェハを搭載するためのサセプタである。

化学気相堆積（chemical vapor deposition, CVD）の場合に、特に両面ポリシングされたシリコンからなる基板ウェハ上にエピタキシャル層を堆積させる場合に、特に「オートドーピング」及び「ハロー」の概念で公知である２つの現象に直面する。「オートドーピング」の場合には、ドーパントが半導体ウェハの背面から気相を介して堆積ガス内へ達し、この堆積ガスが半導体ウェハの前面に送られる。このドーパントは半導体ウェハの前面の周辺領域でエピタキシャル層内へ組み込まれ、それにより程度に差はあるが極めて顕著な不所望な、エピタキシャル層の導電性の半径方向への変動が生じてしまう。

「ハロー」とは散乱光効果を意味し、これは半導体ウェハの背面上の光を散乱する構造により引き起こされ、半導体ウェハの背面を集束された光線で照射する場合に認識できる。この構造は半導体ウェハの背面の表面上での移行部を表示し、その領域で自然酸化層によってこのような酸化層が存在しない領域と区切られている。同様に不所望なこの移行部は、本来の堆積期間の前の「プリベーク；prebake」として表される予備加熱期間の間で自然酸化層の除去が不完全であった場合に生じる。

「オートドーピング」の問題を回避するために、US-6,129,047では、半導体ウェハを収容するサセプタの凹設部（ポケット；pocket）の底部中にスリットが設けられ、その際にこのスリットが底部の外縁に配置されていることが提案されている。半導体ウェハの背面から外方拡散するドーパントはスリットを通過して反応器の外に除去することができ、半導体ウェハの前面に達することはない。US-2001/0037761 A1によると、同じ目的でサセプタの全体の底部に小さな穿孔が存在している。更に、半導体ウェハの背面から外方拡散するドーパントの搬出は洗浄ガスを導通させることにより支援されている。この２つの措置は「ハロー」形成に対しても有効である、それというのも、自然酸化層の除去が達成され、次いで、自然酸化物の分解時に生じるガス状の反応生成物は同様に底部中の孔を通過し、かつ洗浄ガスからなるフローの支援で搬出されるためである。

記載されたサセプタの使用は完全に問題がないとは言えない、それというのもこれらの孔が半導体ウェハの背面及び前面の温度フィールドに影響を及ぼすためである。サセプタの底部中の孔の直径が所定のサイズを上回る場合に、半導体ウェハの前面のナノトポグラフィーに不利な影響を及ぼす。ナノトポグラフィーの概念はナノ領域での高さの変動を表し、これは０．５〜１０ｍｍの横方向領域にわたり測定される。前記の孔により生じる温度変動は、半導体ウェハの前面でのエピタキシャル層の堆積の際に局所的に異なる堆積率及び最終的に前記の高さの変動を引き起こす。US-2001/0037761 A1では、この問題を回避するために、孔の直径を制限し、温度フィールドをランプ加熱の出力に合わせることにより均一化することが提案されている。

この措置は、しかしながら半導体ウェハの前面に関してだけ有効である。本発明の発明者が確認したように、サセプタ中の孔の直径を小さく選択すればするほど、半導体ウェハの背面のナノトポグラフィー値は更に悪化してしまう。半導体ウェハの背面の温度フィールドは孔の存在により不均一なままであり、洗浄ガス、例えば水素により引き起こされる局所的エッチング、及び半導体ウェハの背面に達する堆積ガスにより引き起こされる局所的堆積が生じる。この両者は背面のナノトポグラフィーに不利に影響を及ぼし、このことは許容できない、それというのも半導体ウェハの背面の不平坦性も、半導体ウェハの前面の電子デバイスの製造におけるステッパの焦点あわせの問題が生じかねないためである。
US-6,129,04 US-2001/0037761 A1

従って、本発明の課題は、前面及び背面の「オートドーピング」、「ハロー」及び不利なナノトポグラフィーを十分に回避することができるようなサセプタ及び方法を提供することであった。

本発明の対象は、背面と、化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハにおいて、背面のナノトポロジー（高さ変動ＰＶ（= peak to valley）として表して）５ｎｍより小さいことを特徴とする。

半導体ウェハは、有利に、前面にエピタキシャル堆積層を備えたシリコンからなる基板ウェハである。この被覆された半導体ウェハの背面はポリシング又はエッチングされている。この基板ウェハは有利にｐ型又はｎ型ドーピングされていて、有利にドーパントとしてホウ素でｐ型ドーピングされていて、その際に、ドーピング度はｐ^-、ｐ、ｐ⁺及びｐ⁺⁺であることができる。ドーピング度はｐ⁺が特に有利であり、これは約０．００５〜約０．０３オーム・ｃｍの導電性に相当する。このエピタキシャル層は、有利に同様にｐ型に、特に有利にドーパントとしてホウ素でドープされていて、かつ有利にドーピング度はｐであり、これは約１〜約２０オーム・ｃｍの導電性に相当する。エピタキシャル層の厚さは有利に０．１μｍ〜１００μｍであり、かつこの厚さはまず第一に所定の使用目的に依存する。被覆された半導体ウェハの前面のナノトポグラフィーは、通常の面積の０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、２ｍｍ×２ｍｍ又は１０ｍｍ×１０ｍの正方形の測定面（サイト；sites）に関して、有利に１０ｎｍより小さく、特に有利に５ｎｍより小さい。半導体ウェハの背面のナノトポグラフィーは１０ｍｍ×１０ｍｍの面積の測定面に対して、有利に５ｎｍより小さい。

本発明の対象は、層の堆積のために、半導体ウェハの背面がサセプタの底部に向くように半導体ウェハをサセプタに搭載する、前面上の化学気相堆積（ＣＶＤ）により堆積された層と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハの製造方法において、ガス状物質を半導体ウェハの背面にわたる領域から、ほぼサセプタ中の孔だけを通して、サセプタの背面にわたる領域へ導通させることを特徴とする。

この方法は、従って、公知の方法とは、特に所望なガス搬送のために十分なガス透過性を有する多孔性構造を有するサセプタを使用することにより異なっている。このサセプタの効果は、基板ウェハが予備加熱され、かつ不活性ガス（希ガス又は窒素）からなる洗浄ガス及び／又は還元性ガス（水素）にさらされ、自然酸化層を除去する場合に、予備加熱期間の間に既に認識することができる。酸化層の分解の際に形成される反応生成物、並びに基板ウェハから外方拡散するドーパントは、サセプタの孔を介してサセプタの背面側へ逃がされ、この背面側で洗浄ガスのフローに収容され、反応器から除去される。酸化物層の除去の後に、有利にエピタキシャル層の堆積の前に半導体ウェハの前面の表面を平滑にするために、洗浄ガスに塩化水素を添加することができる。エピタキシャル層の堆積のために、基板ウェハを堆積温度にもたらし、基板ウェハの前面を堆積ガスと接触させ、一方で基板ウェハの背面は有利に洗浄ガスの影響にさらされている。この堆積ガスは、化学的分解の後に成膜する物質を提供する化合物を含有する。この物質には、有利にシリコン、ゲルマニウム及びドーパント、例えばホウ素が属する。特にトリクロロシラン、水素及びジボランを含有する堆積ガスが有利である。エピタキシャル層の堆積後に、被覆された半導体ウェハは、例えば反応器を通して導通される水素からなるフロー中で冷却させる。

最後に、本発明の対象は、半導体ウェハの前面に化学気相堆積（ＣＶＤ）により層を堆積する際の半導体ウェハを搭載するためのサセプタにおいて、前記サセプタが、少なくとも１５％、特に有利に少なくとも２０％の多孔性（孔体積／全体積）及び０．５〜１．５ｇ／ｃｍ³、特に有利に０．８〜１．４ｇ／ｃｍ³の密度を有するガス透過性構造を有することを特徴とする。このサセプタは、有利に前記の特性を有する黒鉛又は黒鉛繊維からなり、特に有利に前記の特性を有するシリコンカーバイドで被覆された黒鉛又はシリコンカーバイドで被覆された黒鉛繊維からなる。

図１は、本発明による繊維構造を有するサセプタの断面図を表す。図２は、本発明による粒子構造を有するサセプタの断面図を表す。

この黒鉛繊維は整列した構造（等方的）又は無秩序な構造（異方的）で存在することができる。シリコンカーバイドで繊維を被覆する場合に、サセプタの表面のシリコンカーバイド層の厚さはサセプタ内部よりも厚いことが有利である。サセプタ材料の必要な多孔性及び密度は、サセプタの製造の際に繊維又は粒子を適当に圧縮することにより調節される。このサセプタは有利に半導体ウェハを収容するための凹所を備えた皿状の形を有するため、半導体ウェハをサセプタに搭載した後に半導体ウェハの背面はサセプタの底部に向いている。この底部は有利に閉じているが、サセプタ材料の多孔性に基づきガス透過性である。もちろん、凹設部の外縁にスリット状の貫通孔が存在してもよく、同様に半導体ウェハを持ち上げ及び下げ置きのためのロッド用に、サセプタの底部中の貫通孔が存在していてもよい。このロッド用の貫通孔は、しかしながらサセプタの使用の間ではロッドの存在により実際に閉鎖されている。このサセプタは、有利に単一ウェハ反応器（Einzelscheibenreaktor）中で使用され、かつ有利に１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍの直径を有する半導体ウェハを収容するように設計されている。サセプタをASM及びApplied Materialsの単一ウェハ反応器と一緒に使用するのが特に有利である。

本発明を次に実施例を用いて先行技術と比較する。比較のために、シリコンカーバイドで被覆された黒鉛からなる通常のサセプタは多様な直径の孔を備えている（比較例）。材料の密度は約１．８５ｇ／ｃｍ³であった。同様に成形されたサセプタはシリコンカーバイドで被覆された黒鉛フェルトから製造した（実施例）。このサセプタの材料は、約２５％の多孔性を有し、かつ約１．３５ｇ／ｃｍ³の密度を有する。

ｐ型ドープの、ドーパントとしてホウ素を有するシリコンからなる複数の基板ウェハに、単一ウェハ反応器中で、シリコンからなるｐ⁺型ドープしたエピタキシャル層（同様にドーパントとしてホウ素を用いる）を設け、その際に、上記のそれぞれのサセプタタイプを使用した。エピタキシャル層の堆積を先行技術に応じて行い、これは慣用の「プリベーク」工程を有している。生産された半導体ウェハは、前面及び背面の「オートドーピング」、「ハロー」及びナノトポグラフィーについて調べられた。背面のナノトポグラフィーの観察の場合にだけ明らかに異なる結果となった。この場合に、比較例によるサセプタを使用して被覆された半導体ウェハは、本発明により製造された半導体ウェハよりもナノトポグラフィー値が明らかに悪かった。比較例の半導体ウェハは、１０×１０ｍｍの面積の測定面に対して、５ｎｍより小さいナノトポグラフィー値が達成されなかった。図３〜５に示したように、サセプタ中の孔の直径が小さくなればそれだけ確認可能な高さの変動が大きかった。それに対して、実施例の全ての半導体ウェハは背面に関して５ｎｍより小さいナノトポグラフィー値を示した。

本発明による繊維構造を有するサセプタの断面図。 本発明による粒子構造を有するサセプタの断面図。 孔の直径０．５ｍｍでの半導体ウェハの背面のナノトポグラフィーを示すグラフ。 孔の直径１．０ｍｍでの半導体ウェハの背面のナノトポグラフィーを示すグラフ。 孔の直径１．５ｍｍでの半導体ウェハの背面のナノトポグラフィーを示すグラフ。

Claims (2)

1. 背面と、化学気相堆積（ＣＶＤ）により被覆された前面と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハにおいて、高さ変動ＰＶ（= peak to valley）として表して、背面のナノトポロジーが５ｎｍより小さいことを特徴とする、半導体ウェハ。
2. 層の堆積のために、半導体ウェハの背面がサセプタの底部に向くように半導体ウェハをサセプタに搭載する、前面上の化学気相堆積（ＣＶＤ）により堆積された層と、ポリシング又はエッチングされた背面とを備えた半導体ウェハの製造方法において、ガス状物質を半導体ウェハの背面にわたる領域から、ほぼサセプタ中の孔だけを通して、サセプタの背面にわたる領域へ導通させることを特徴とする、半導体ウェハの製造方法。

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