JP2009302133A - 膜厚測定方法、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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FTIR法によってシリコンウェーハにおける0.3μm以下の膜厚変化を測定するための膜厚測定方法であって、膜厚変化を測定する面S2に測定用の補助膜Aを成膜する補助膜形成工程S01と、補助膜Aの膜厚を測定する補助膜厚測定工程S02と、膜厚変化後に膜厚変化Traを測定する測定工程S04と、測定工程S04の結果および補助膜厚測定工程S02の結果から膜厚変化Trを算出する算出工程S05とを有する。
【選択図】図1
Description
このような裏面デポの厚みは、例えば0.04μmと非常に薄いものである。
1.裏面デポの膜厚測定を可能とすること。
2.裏面デポによる平坦度のばらつき解消を図ること。
3.裏面デポの影響のないエピタキシャルウェーハを判別可能とすること。
4.裏面デポの影響のないエピタキシャルウェーハを提供可能とすること。
前記膜厚変化を測定する面に所定の膜厚とされる測定用の補助膜を成膜する補助膜形成工程と、
該補助膜の膜厚を測定する補助膜厚測定工程と、
前記膜厚変化後に前記補助膜および前記補助膜上の膜厚変化を測定する測定工程と、
該測定工程の結果および前記補助膜厚測定工程の結果から膜厚変化を算出する算出工程と、
を有することにより上記課題を解決した。
本発明本発明の膜厚測定方法は、上記の膜厚測定方法において、前記測定工程で測定する膜厚変化が、エピタキシャルウェーハ製造時にウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜する表面エピタキシャル層形成工程におけるウェーハ裏面の裏面デポによる膜厚変化とされることができる。
本発明本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、ウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜したエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ裏面に所定の膜厚とされる測定用の補助膜を成膜する補助膜形成工程と、
該補助膜の膜厚をFTIR法によって測定する補助膜厚測定工程と、
前記ウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜する表面エピタキシャル層成膜工程と、
該表面エピタキシャル層成膜工程後に前記補助膜および該補助膜上の裏面デポによる膜厚変化をFTIR法によって測定する測定工程と、
該測定工程の結果および前記補助膜厚測定工程の結果から前記裏面デポによる0.3μm以下の膜厚変化を算出する算出工程と、
を有することが可能である。
また、また、本発明では、上記のエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記測定工程における膜厚変化の測定がウェーハ周縁部で、周縁から直径方向1〜10mmの範囲でのみおこなわれる手段を採用することもできる。
また、また、上記のエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記測定工程における膜厚変化の測定がウェーハ周方向において、中心角15°ピッチでおこなわれることができる。
本発明本発明においては、上記のいずれか記載のエピタキシャルウェーハの製造方法により得られた裏面デポの膜厚変化によりエピタキシャルウェーハの適不適の判定をおこなう判定工程を有することが望ましい。
本発明本発明、のエピタキシャルウェーハにおいては、上記のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたことを特徴とすることが好ましい。
前記膜厚変化を測定する面に所定の膜厚とされる測定用の補助膜を成膜する補助膜形成工程と、
該補助膜の膜厚を測定する補助膜厚測定工程と、
前記膜厚変化後に前記補助膜および前記補助膜上の膜厚変化を測定する測定工程と、
該測定工程の結果および前記補助膜厚測定工程の結果から膜厚変化を算出する算出工程と、
を有することにより、従来FTIR法では測定できなかった0.3μm以下の変化した膜厚(膜厚変化)を、あらかじめエピタキシャル成長によって補助膜を被測定部分である膜厚変化の発生する膜厚変化部分の全域に形成し、この補助膜のみの膜厚を測定しておくことにより、膜厚変化の発生後にこの膜厚変化部分の膜厚と補助膜の膜厚とを同時に合算膜厚として測定し、この合算膜厚から前記補助膜のみの膜厚を除いて求めることにより変化した膜厚を得ることができる。
シリコン単結晶からなるシリコンウェーハの主表面上にエピタキシャル成長によってシリコンからなる補助膜を形成させた際には、例えばFTIR(Fourier Transform Infrared)法等によって補助膜の厚さ(膜厚)の測定が行われる。
FTIR法とは、図3に示すように、CZ(チョクラルスキー)法等によって引き上げられたシリコン単結晶からスライス、ラッピング、研削、エッチング、研磨等の工程を経て得られた研磨ウェーハ(基板)PW上にエピタキシャル成長によって形成された補助膜Aを有するウェーハの主表面に赤外光L1を照射し、補助膜Aの表面SAで反射する反射光L2と、補助膜Aと基板PWとの界面(境界)S2で反射する反射光L3とを検出器(図示略)に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜Aの膜厚Taを検出する方法である。
具体的には、基板PWに不純物が5×1017atoms/cm3 程度以上の高濃度にドープされることが好ましい。また、補助膜Aの不純物濃度は、例えば1×1015atoms/cm3 程度以下の低濃度とされることができる。
ここで、p型ウェーハの場合、不純物はB等とされ、N型ウェーハの場合、不純物はPB、As、Sb等とされる。
ここで、p++タイプとは不純物濃度が1019atoms/cm3 程度で、抵抗値が10(mΩ・cm)以下の低抵抗のものをいい、p+タイプとは不純物濃度が1018atoms/cm3 程度で、抵抗値が10〜100(mΩ・cm)程度のものをいい、p−タイプとは不純物濃度が1015atoms/cm3 程度で、抵抗値が0.1(Ω・cm)以上のものを意味している。
膜厚変化の発生後に、膜厚変化部分の膜厚と補助膜の膜厚とを同時に合算膜厚として測定する際には、上述した補助膜の膜厚測定と同様にFTIR法によって測定がおこなわれる。
すなわち合算膜厚は、FTIR法により、図4に示すように、補助膜Aの形成された研磨ウェーハ(基板)PWにおいて、膜厚変化部分Rの発生する付近に赤外光L1を照射し、補助膜A上の膜厚変化部分Rの表面SRで反射する反射光L4と、補助膜Aと基板PWとの界面(境界)S2で反射する反射光L5とを検出器(図示略)に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜Aの膜厚Taおよび膜厚変化部分Rの膜厚Trを合算膜厚Traとして検出する方法である。
Tr = Tra − Ta (1)
として算出される。
また、あらかじめ形成する補助膜の膜厚は0.3〜5μm程度が好ましく、より好ましくは1〜3μm程度、あるいは2μmとされる。補助膜の膜厚がこの範囲以下であると、FTIR法による合算膜厚の測定が正確におこなわれない可能性があるため好ましくなく、補助膜の膜厚がこの範囲以上であると、補助膜形成工程にかかる時間が増大するとともに補助膜成膜用に必要な成膜ガス等が増大して、作業効率が悪くなるとともに必要なコストが増大するため好ましくない。
FTIR法による光路差の測定結果は、図5に示すように、最外表面SA位置を示す部分が大きく、エピタキシャル層と基板との界面S2を示す部分が小さくなる。さらに、最外表面SA付近では、図6に示すように、0.3μの深さまで、最外表面SAからの反射によって、内部での測定結果が影響を受け、結果的に、不純物濃度差の存在する界面位置を正確に検出することができない。したがって、FTIR法による膜厚の検出限界は0.3μ程度となる。
前記ウェーハ裏面に所定の膜厚とされる測定用の補助膜を成膜する補助膜形成工程と、
該補助膜の膜厚をFTIR法によって測定する補助膜厚測定工程と、
前記ウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜する表面エピタキシャル層成膜工程と、
該表面エピタキシャル層成膜工程後に前記補助膜および該補助膜上の裏面デポによる膜厚変化をFTIR法によって測定する測定工程と、
該測定工程の結果および前記補助膜厚測定工程の結果から前記裏面デポによる0.3μm以下の膜厚変化を算出する算出工程と、
を有することにより、あらかじめ、デバイス領域となるエピタキシャル層の形成されるウェーハに対して裏面デポの発生するウェーハ裏面にエピタキシャル成長によって補助膜を形成し、エピタキシャル層成膜工程以前にこの補助膜のみの膜厚を測定しておくことにより、エピタキシャル層成膜後に発生した裏面デポ膜厚と補助膜の膜厚とを同時に合算膜厚として測定し、この合算膜厚から前記補助膜のみの膜厚を除いて求めることにより、従来FTIR法では測定できなかった裏面デポによる0.3μm以下の膜厚変化の値を正確に得ることが可能となる。
エピタキシャル膜成膜後に発生した裏面デポの膜厚(膜厚変化部分)と補助膜の膜厚とを同時に合算膜厚として測定する際には、上述した膜厚測定と同様にFTIR法によって測定がおこなわれる。
すなわち合算膜厚は、FTIR法により、図4に示すように、裏面S2に補助膜Aの形成された研磨ウェーハ(基板)PWの表面S1にエピタキシャル成長によって形成されたデバイス領域となるエピタキシャル層Eを有するウェーハにおいて、裏面デポの発生するウェーハ裏面S2の周縁部Fに赤外光L1を照射し、補助膜A上の裏面デポRの表面SRで反射する反射光L4と、補助膜Aと基板PWとの界面(境界)S2で反射する反射光L5とを検出器(図示略)に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜Aの膜厚Taおよび裏面デポRの膜厚Trを合算膜厚Traとして検出する方法である。
Tr = Tra − Ta (1)
として算出される。
前記測定工程における膜厚変化の測定がウェーハ周縁部で、周縁から直径方向1〜10mmの範囲でのみおこなわれることにより、裏面デポの発生する可能性のあるウェーハ周縁部のみを測定することで測定工程に要する作業時間を短縮することができるとともに、裏面デポの発生を確実に検出することが可能となる。またこの際、補助膜厚測定工程における補助膜の膜厚測定も、上記のウェーハ周縁部のみとすることが好ましく、補助膜厚測定工程に要する作業時間を短縮することができる。
前記測定工程における膜厚変化の測定がウェーハ周方向において、中心角15°ピッチでおこなわれることにより、後工程であるデバイス工程において裏面デポの影響を充分予測しうる検出精度とすることが可能になるとともに、測定工程に必要な作業時間を短縮して、エピタキシャルウェーハ製造のトータル時間を短縮しコストを削減することができる。
ここで、中心角15°ピッチとは、図7に示すように、測定点Pを、ウェーハ周縁部においてウェーハ中心からみた角度で、15°毎に設定することを意味する。これにより、直径300mmのエピタキシャルウェーハにおいて、20〜30mm角、好ましくは25mm角のデバイス製造に対して各デバイスに相当する箇所において必要な裏面デポの測定をおこなうことが可能となる。
図1は、本実施形態における膜厚測定方法、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り、図2は各工程におけるウェーハを示す模式断面図であり、図において、符号Wはウェーハである。
ここで、p++タイプとはボロン濃度が1019atoms/cm3 程度で、抵抗値が10(mΩ・cm)以下の低抵抗のものをいい、p+タイプとはボロン濃度が1018atoms/cm3 程度で、抵抗値が10〜100(mΩ・cm)程度のものを意味している。
この補助膜Aは、後述するエピタキシャル層Eと同型の不純物を含むとともに、ほぼ同じ不純物濃度に設定され、あるいは、研磨ウェーハPWと同型で異なる濃度の不純物を含むものとされる。この補助膜Aの不純物濃度は、FTIR法で界面検出可能な不純物濃度を有するもの、例えば1×1015atoms/cm3 程度以下の低濃度にドープされたp−タイプとすることができる。ここで、p−タイプとはボロン濃度が1015atoms/cm3 程度で、抵抗値が0.1(Ω・cm)以上のものを意味している。
補助膜Aの成膜においては、バッチ式の枚葉エピ炉を使用し、加熱温度1130℃、原料ガスとしてトリクロロシラン、ドーパントガスとしてジボラン(B2H6)を、キャリアガスとしての水素とともに枚葉エピ炉内に載置した研磨ウェーハPW裏面S2上に所定の時間流通させる。
補助膜厚測定工程S02においては、図2(c)および図3に示すように、補助膜Aを有する研磨ウェーハPWの裏面S2側に赤外光L1を照射し、補助膜Aの表面SAで反射する反射光L2と、補助膜Aと基板PWとの界面(境界)S2で反射する反射光L3とを検出器(図示略)に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜Aの膜厚Taを検出する。この際の補助膜Aの膜厚測定は、後述するようにウェーハWの周縁部Fのみでおこなわれるが、他の検査等と同時におこない、ウェーハW全面あるいは、周縁部Fを含む大部分でおこなってもよい。
本実施形態においては、エピタキシャル層Eの不純物濃度は、例えば1×1015atoms/cm3 程度以下の低濃度にドープされたp−タイプとすることができる。ここで、p−タイプとはボロン濃度が1015atoms/cm3 程度で、抵抗値が0.1(Ω・cm)以上のものを意味している。
測定工程S04においては、表面S1にエピタキシャル層Eの形成されたエピタキシャルウェーハ(ウェーハ)Wを反転させてで裏面S2を上側にして測定可能な状態とした後、FTIR法により、図2(e)および図4に示すように、ウェーハWにおいて、裏面デポRの発生するウェーハ周縁部Fに赤外光L1を照射し、補助膜A上の裏面デポRの表面SRで反射する反射光L4と、補助膜Aと基板PWとの界面(境界)S2で反射する反射光L5とを検出器(図示略)に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜Aの膜厚Taおよび裏面デポRの膜厚Trを合算膜厚Traとして検出する方法である。
測定点Pは、ウェーハ周縁部Fにおいて、図7に示すように、ウェーハ中心Cに対する中心角が15°となるように中心角15°ピッチとして設定される。これにより、直径300mmのエピタキシャルウェーハにおいて、20〜30mm角、好ましくは25mm角のデバイス製造用エピタキシャルウェーハWに対して各デバイスに相当する箇所において必要な裏面デポRの測定をおこなうことが可能となるとともに、測定作業の繁雑さを低減し、測定にかかる作業時間を短縮することが可能となる。
Tr = Tra − Ta (1)
として算出される。
ここで、判定基準としての膜厚Trの値は、0.01〜0.2μmの間で設定することができるが、これは、製品としてのエピタキシャルウェーハの仕様に即して決定される。たとえば、判定基準として、裏面デポRの膜厚Trが、0.055μm以上であるものは不適、これ以下であれば適合、あるいは、より好ましくは、裏面デポの膜厚Trが、0.02μm以上であるものは不適、これ以下であれば適合とすることができる。
これにより、裏面デポの影響を低減したエピタキシャルウェーハWを製造することが可能となる。
以下本発明に係る実施例について説明する。
(2)上記補助膜Aの膜厚TaをFTIR法によって測定した結果、膜厚は2.01μmであった。
(3)補助膜Aを成長させた裏面S2と反対の表面S1が成長面となるように、研磨ウエーハPWを反転させる。
(4)反転させた研磨ウエーハPWの表面に、不純物(具体的にはボロン)濃度:1×1015atoms/cm3 で目標膜厚2μmのエピタキシャル層Eを成長させる。
(5)再度、裏面S2に成長させた補助膜Aと裏面デポRとの合算膜厚TraをFTIR法によって測定した結果、合算膜厚Traは2.04μmであった。
(6)上記式(1)から、裏面デポRの膜厚Trは、Tra−Ta=0.03μmとなる。
また、図6は、5.32μmのinterferogramを示すものであり、縦軸は反射強度、横軸は膜厚を示す。
PW…研磨ウェーハ
A…補助膜
E…エピタキシャル層
R…裏面デポ(膜厚変化部分)
Claims (7)
- FTIR法によってシリコンウェーハにおける0.3μm以下の膜厚変化を測定するための膜厚測定方法であって、
前記膜厚変化を測定する面に所定の膜厚とされる測定用の補助膜を成膜する補助膜形成工程と、
該補助膜の膜厚を測定する補助膜厚測定工程と、
前記膜厚変化後に前記補助膜および前記補助膜上の膜厚変化を測定する測定工程と、
該測定工程の結果および前記補助膜厚測定工程の結果から膜厚変化を算出する算出工程と、
を有することを特徴とする膜厚測定方法。 - 請求項1記載の膜厚測定方法において、前記測定工程で測定する膜厚変化が、エピタキシャルウェーハ製造時にウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜する表面エピタキシャル層形成工程におけるウェーハ裏面の裏面デポによる膜厚変化とされることを特徴とする膜厚測定方法。
- ウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜したエピタキシャルウェーハの製造方法であって、
前記ウェーハ裏面に所定の膜厚とされる測定用の補助膜を成膜する補助膜形成工程と、
該補助膜の膜厚をFTIR法によって測定する補助膜厚測定工程と、
前記ウェーハ表面にエピタキシャル層を成膜する表面エピタキシャル層成膜工程と、
該表面エピタキシャル層成膜工程後に前記補助膜および該補助膜上の裏面デポによる膜厚変化をFTIR法によって測定する測定工程と、
該測定工程の結果および前記補助膜厚測定工程の結果から前記裏面デポによる0.3μm以下の膜厚変化を算出する算出工程と、
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3記載のエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記測定工程における膜厚変化の測定がウェーハ周縁部で、周縁から直径方向1〜10mmの範囲でのみおこなわれ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4記載のエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記測定工程における膜厚変化の測定がウェーハ周方向において、中心角15°ピッチでおこなわれ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3から5のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハの製造方法により得られた裏面デポの膜厚変化によりエピタキシャルウェーハの適不適の判定をおこなう判定工程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6記載のエピタキシャルウェーハの製造方法により製造されたことを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
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