JP2010028024A - エピタキシャルウェーハの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャル層の有無を簡便な手法により評価するエピタキシャルウェーハの評価方法を提供すること。
【解決手段】本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法は、レーザ散乱光方式の走査装置５を用いて、半導体ウェーハＷの主表面Ｗ１に形成されているエピタキシャル層ＥＰのヘイズ値を測定し、ヘイズ値から得られるパラメータに基づいてエピタキシャル層ＥＰの有無を評価する。
【選択図】図５

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の有無を評価するエピタキシャルウェーハの評価方法に関する。

エピタキシャルウェーハは、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させたものである。近年、半導体デバイスの集積度、デザインルール（微細化パターン）の微細化等に伴い、高平坦度で高精度なエピタキシャルウェーハが求められている。エピタキシャルウェーハを製造するために、エピタキシャル層を半導体ウェーハの主表面に成長させる気相成長装置が使用されている。

気相成長装置によれば、例えば、以下の手順により半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させることができる。内部に円盤状のサセプタを有し、内部に反応ガスを供給可能な反応容器におけるサセプタの上に半導体ウェーハを載置する。サセプタの上面は凹状のウェーハ載置部となっており、ウェーハ載置部に半導体ウェーハを載置し、反応容器の外面に配置したヒータにて半導体ウェーハを加熱しながら、反応容器の内部を通過する反応ガスと半導体ウェーハとを反応させ、半導体ウェーハの主表面にエピタキシャル層を成長させる。

しかし、半導体ウェーハと反応ガスとの反応条件によっては、半導体ウェーハの主表面に所定の厚さを有するエピタキシャル層が形成されなかったり、エピタキシャル層が全く形成されない場合もある。このため、エピタキシャル層の有無を評価するために、例えば、半導体ウェーハの裏面に反応ガスの回りこみがあるか否かを目視で確認することで半導体ウェーハの主表面のエピタキシャル層の有無を評価するか、ＦＴＩＲ（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）でエピタキシャルウェーハの層厚を測定することにより行っている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−６５７２４号公報

しかしながら、目視でエピタキシャル層の有無を評価する場合、例えば、半導体ウェーハの裏面にＣＶＤ処理等を行うと反応ガスの回り込みがあるか否かを確認することができず、目視でエピタキシャル層の有無を確認することができない。また、特許文献１に記載のＦＴＩＲで評価するには、半導体ウェーハがｐ^＋型の場合にのみしか評価できないという問題があった。

したがって、本発明は、エピタキシャル層の有無を簡便な手法により評価するエピタキシャルウェーハの評価方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋭意研究をした結果、レーザ散乱光方式の走査装置を用いて、半導体ウェーハの主表面に形成されているエピタキシャル層のヘイズ値を測定し、ヘイズ値から得られるパラメータに基づいてエピタキシャル層の有無を簡便な手法により評価できることを知見した。

（１） 本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法は、上記知見に基づいてなされたもので、レーザ散乱光方式の走査装置を用いて、半導体ウェーハの主表面に形成されているエピタキシャル層のヘイズ値を測定し、前記ヘイズ値から得られるパラメータに基づいて前記エピタキシャル層の有無を評価することにより行われる。

（２） 前記レーザ散乱光方式の走査装置は、パーティクルカウンタであることが好ましい。

（３） 前記ヘイズ値は、斜角照射・高角度受光のヘイズ値であることが好ましい。

（４） 前記パラメータは、標準偏差であり、該標準偏差が所定の閾値以下の場合、前記エピタキシャルウェーハを不良と評価することが好ましい。

（５） 前記閾値は、０．００２〜０．００４ｐｐｍであることが好ましい。

本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法によれば、エピタキシャル層の有無を簡便に評価することができる。

以下、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の一実施形態について図面を参照にしながら説明する。まず、エピタキシャルウェーハの製造に使用される気相成長装置について説明する。図１は、エピタキシャルウェーハの製造に使用される気相成長装置を模式的に示す断面図である。図２は、サセプタの断面図である。

［気相成長装置］
本形態の気相成長装置１は、半導体ウェーハＷを１枚ずつ処理する枚葉式の気相成長装置である。図１に示すように、シリコンウェーハからなる半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを気相成長させて、エピタキシャルウェーハＥＷを製造する装置である。この気相成長装置１は、サセプタ２と、反応容器３と、加熱装置４とを備える。

反応容器３は、その内部にサセプタ２が設置され、その内部に反応ガスを供給可能に構成されている。そして、反応容器３は、サセプタ２の上に載置された半導体ウェーハＷに反応ガスを供給することで、半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを成長させる。この反応容器３は、上側ドーム３１と、下側ドーム３２と、ドーム取付体３３と、サセプタ支持部３４とを備える。

上側ドーム３１及び下側ドーム３２は、石英等の透光性部材から構成され、それぞれ、平面視で略中央部分が反応容器３の内部から上側及び下側に向けて窪む略凹状に形成されている。

ドーム取付体３３は、上方及び下方が開放された略筒状部材から構成され、上方側の開口部分及び下方側の開口部分にて上側ドーム３１及び下側ドーム３２を支持する。

このドーム取付体３３の側面には、反応ガス供給管３３１が設けられており、反応ガス供給管３３１に対向するドーム取付体３３の側面には、反応ガス排出管３３２が設けられている。反応ガス供給管３３１及び反応ガス排出管３３２は、反応容器３の内部と反応容器３の外部とを連通するように形成されている。

反応ガス供給管３３１からは、反応ガスが反応容器３の内部に供給される。反応ガスは、例えば、ＳｉＨＣｌ_３のＳｉソースを水素ガスで希釈し、それにドーパンドを微量混合してなる。供給された反応ガスは、サセプタ２に載置された半導体ウェーハＷの主表面を水平に通過した後、反応ガス排出管３３２から反応容器３の外に排出される。

サセプタ２は、半導体ウェーハＷを載置する部材であり、反応容器３の内部に設置される。サセプタ２は、回転軸Ｒに連なるサセプタ支持部３４によって、その下面が支持され、回転軸Ｒの駆動により回転する。サセプタ２の材質は特に限定されないが、例えば炭素基材の表面にＳｉＣ被膜をコーティングしたものが好ましい。

サセプタ２へ半導体ウェーハＷを搬入する方式、サセプタ２から半導体ウェーハＷを搬出する方式としては特に限定されず、例えば、ベルヌイチャックを用いて搬送治具の昇降により半導体ウェーハＷを移載するものや、半導体ウェーハＷの下面をピンで支持してピンの昇降により半導体ウェーハＷを移載するもの等が挙げられる。

図２に示すように、サセプタ２の上面には、半導体ウェーハＷの直径よりも大きい径の凹部からなるウェーハ載置部２１が形成されている。このウェーハ載置部２１は、第１凹部２１１と、第２凹部２１２とからなる。第１凹部２１１は、サセプタ２の上面から下側に凹んだ円形の凹部である。第２凹部２１２は、第１凹部２１１よりも小径で第１凹部２１１の底面から下側に凹んでおり、かつ、第１凹部２１１と同心の円形の凹部である。また、サセプタ２には、第２凹部２１２の外周縁側の位置に、第１凹部２１１の底面で半導体ウェーハＷを支持するウェーハ支持部２１３が形成されている。

半導体ウェーハＷは、ウェーハ支持部２１３で支持されることでウェーハ載置部２１の内側に載置される。なお、ウェーハ支持部２１３は、第１凹部２１１の外周側から第２凹部２１２の外周側にかけて下方に傾斜する形状にして半導体ウェーハＷの外周縁部を線接触で支持するようにしてもよく、あるいは、ウェーハ支持部２１３の上面に凹凸を設けて半導体ウェーハＷの外周縁部を点接触で支持するようにしてもよい。

サセプタ支持部３４は、石英等の透光性部材から構成され、図１に示すように、反応容器３の下側ドーム３２の略中央部分から反応容器３の内部に突出し、サセプタ２を水平状態で反応容器３の内部に支持する。そして、サセプタ支持部３４は、例えば、制御装置（図示せず）による制御の下、回転軸Ｒを中心として回転自在に構成されている。

加熱装置４は、反応容器３の上方側及び下方側にそれぞれ配設され、反応容器３の上側ドーム３１及び下側ドーム３２を介して、サセプタ２及びその上に載置された半導体ウェーハＷを放射熱により加熱し、半導体ウェーハＷを所定温度に設定するものである。この加熱装置４としては、例えば、ハロゲンランプや赤外ランプ等を採用できる。また、加熱装置４としては、放射熱により加熱するものの他、誘導加熱により半導体ウェーハＷを加熱する高周波加熱方式を採用してもよい。

［エピタキシャルウェーハの製造方法］
次に、エピタキシャルウェーハの一製造方法について説明する。図３は、半導体ウェーハＷをサセプタ２のウェーハ載置部２１に載置させた状態を示す断面図である。図４は、エピタキシャル層ＥＰを成長させた状態を示す断面図である。本形態のエピタキシャルウェーハの製造方法は、前述した気相成長装置１を用いて実施される。

本製造方法においては、シリコン単結晶インゴットをスライシングして所定の厚さを有する半導体ウェーハＷを形成させる。半導体ウェーハＷの直径は、例えば、２００ｍｍ、３００ｍｍ及び４５０ｍｍである。スライシングした半導体ウェーハＷの表面をエッチングし、その後、半導体ウェーハＷの主表面Ｗ１及び裏面Ｗ２に鏡面加工を施す。

半導体ウェーハＷの主表面Ｗ１及び裏面Ｗ２に鏡面加工を施した後、図３に示すように、半導体ウェーハＷの裏面Ｗ２を下側にして、半導体ウェーハＷをウェーハ載置部２１に載置する。半導体ウェーハＷをウェーハ載置部２１に載置させる方法は、特に限定されず、公知の種々の方法で半導体ウェーハＷを載置させることができる。

半導体ウェーハＷをウェーハ載置部２１に載置した後、半導体ウェーハＷの主表面Ｗ１の上にエピタキシャル層ＥＰを形成させる。エピタキシャル成長は、反応ガスを反応ガス供給管３３１から反応容器３の内側へ導入し、１０００〜１２００℃の高温に熱せられた半導体ウェーハＷの主表面Ｗ１に反応ガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを成長させる。エピタキシャル成長は、エピタキシャル層ＥＰの厚さが２〜１０μｍとなるように、反応速度が０．５〜６．０μｍ／分となるように行う。反応ガスは、例えば、ＳｉソースであるＳｉＨＣｌ_３を水素ガスとを混合してなる。また、必要に応じてドーパントガスを混合させてもよい。

これにより、図４に示すように、半導体ウェーハＷの主表面Ｗ１にエピタキシャル層ＥＰが成長し、エピタキシャルウェーハＥＷが得られる。

［エピタキシャルウェーハの評価方法］
次に、本発明のエピタキシャルウェーハの評価方法の一実施形態について説明する。図５は、レーザ散乱光方式の走査装置によりエピタキシャル層ＥＰを評価している状態を示す概略図である。本実施形態のエピタキシャルウェーハの評価方法は、上記気相成長装置１を用いて上記製造方法を行った後実施される。

本実施形態のエピタキシャルウェーハの評価方法は、レーザ散乱光方式の走査装置５の光源６から照射されるレーザによる個々の測定点からの散乱光強度を測定し、散乱光強度が予め定められた閾値以上となっている測定点を結晶欠陥測定点として識別することによる欠陥分離測定を用いて行う。この際に検出されるヘイズ（ＨＡＺＥ）値から得られるパラメータの閾値を設けることによってエピタキシャル層ＥＰの有無を評価する。なお、パラメータとしては、ピーク値、平均値、標準偏差等が挙げられる。パラメータの詳細な説明については後述する。

図５に示すように、半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを成長させた直後に、レーザ散乱光方式の走査装置５を用いてエピタキシャル層ＥＰの上面のヘイズ値を測定する。

レーザ散乱光方式の走査装置５は、垂直照射・高角度受光のヘイズ値、垂直照射・低角度受光のヘイズ値、斜角照射・高角度受光のヘイズ値、及び斜角照射・低角度受光のヘイズ値を測定できるものであれば特に限定されず、例えば、パーティクルカウンタを用いれば、容易にヘイズ値の測定ができる。このようなパーティクルカウンタとしては、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ−１、ＳＰ−２等が挙げられる。また、測定する際、ＨＴＯ（Ｈｉｇｈ Ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ Ｏｂｌｉｑｕｅ Ｍｏｄｅ）モードで高生産性条件を選択することが好ましい。

レーザ散乱光方式の走査装置５は、光源６と、入力光反射鏡７と、レンズ８と、ワイド凹面鏡１２とワイド受光器１３と、ナロー反射鏡９、１０とを備える。

光源６は、波長が３００〜４００ｎｍのレーザ光を照射することができ、垂直入射光または斜入射光のどちらか一方のレーザ光をエピタキシャル層ＥＰに照射させることができ、欠陥分離測定に適している斜角照射でレーザ光をエピタキシャル層ＥＰに照射することが好ましい。また、詳細は実施例にて後述するが、ヘイズ値は、斜角照射・高角度受光のヘイズ値であることが好ましい。なお、斜角照射・高角度受光のヘイズ値とは、エピタキシャル層ＥＰの上面から約４５°の角度の方向からレーザを照射し、エピタキシャル層ＥＰの上面から約８０°の角度の方向に散乱された光をナロー受光器１１により受光して計測した場合のヘイズ値である。また、斜角照射・低角度受光のヘイズ値とは、エピタキシャル層ＥＰの上面から約４５°の角度の方向からレーザを照射し、エピタキシャル層ＥＰの上面から約４５°の角度の方向に散乱された光をワイド受光器１３により受光して計測した場合のヘイズ値である。

斜角照射・高角度受光のヘイズ値は、この走査装置５に備えられたＤＮＯ（Ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ Ｎａｒｒｏｗ Ｏｂｌｉｑｕｅ）モードで測定できる。

レンズ８は、エピタキシャル層ＥＰの上面に接近して設けられ、光源６から照射されかつ入力光反射鏡７が反射したレーザ光を屈折・集光させてエピタキシャル層ＥＰの上面に照射する。

ナロー受光器１１は、ナロー反射鏡９、１０により集められたエピタキシャル層ＥＰから反射したレーザ光を受けて電気信号に変換する。

ワイド凹面鏡１２は、エピタキシャル層ＥＰの上面に照射されてエピタキシャル層ＥＰの上面から様々な方向に反射するレーザ光の大部分を集める。ワイド凹面鏡１２はその中心軸がレンズ８の中心軸と一致するようにエピタキシャル層ＥＰの上方に配置される。ワイド受光器１３は、ワイド凹面鏡１２により集められたレーザ光を受けて電気信号に変換する。

光源６が斜入射光を照射した場合、発生したレーザ光を直接エピタキシャル層ＥＰに照射する。このとき、エピタキシャルウェーハＥＷを回転させながら半径方向に移動させることにより、エピタキシャル層ＥＰの上面の照射部位を移動させる。次にエピタキシャル層ＥＰの上面で反射したレーザ光をナロー反射鏡９、１０により集光させ、この集光したレーザ光をナロー受光器１１が受けて電気信号に変換する。これによりエピタキシャル層ＥＰの上面のヘイズ値が測定される。

光源６が垂直入射光を照射した場合、発生したレーザ光を入力光反射鏡７で反射させ、さらにレンズ８で屈折・集光させてエピタキシャル層ＥＰの上面にレーザ光を照射する。このとき、エピタキシャルウェーハＥＷを回転させながら半径方向に移動させることにより、エピタキシャル層ＥＰの上面の照射部位を移動させる。次にエピタキシャル層ＥＰの上面で反射したレーザ光をワイド凹面鏡１２により集光させ、この集光したレーザ光をワイド受光器１３が受けて電気信号に変換する。これによりエピタキシャル層ＥＰの上面のヘイズ値が測定される。

測定されたヘイズ値は、レーザ散乱光方式の走査装置５が備える解析プログラムにて解析される。解析プログラムは、プロファイルごとにエピタキシャル層ＥＰのパラメータを求める算出式がプログラミングされている。

エピタキシャル層ＥＰの有無の評価はヘイズ値のパラメータで行う。パラメータが所定の閾値以下の場合、エピタキシャル層ＥＰを有していないこととなり、このエピタキシャル層ＥＰを備えるエピタキシャルウェーハＥＷは不良と評価される。本実施形態においては、ヘイズ値のパラメータとして、標準偏差を用いることにより、エピタキシャル層ＥＰの有無の評価を容易に行うことができる。好ましくは、標準偏差および平均値をパラメータとして用いることで精度よくエピタキシャル層ＥＰの有無の評価を行うことができる。

エピタキシャル層ＥＰの厚さにも依存するが、ヘイズ値の標準偏差の閾値を０．００２〜０．００４ｐｐｍとすることが好ましい。ヘイズ値の標準偏差が上記範囲外となった場合、エピタキシャル層ＥＰの有無を正確に評価できない場合がある。

また、ヘイズ値の平均値の閾値は０．０２〜０．０２５ｐｐｍとすることが好ましい。ヘイズ値の平均値が上記範囲外となった場合、エピタキシャル層ＥＰの有無かを正確に評価できない場合がある。

以上、本発明の実施形態について図面を参照にしながら詳細に説明したが、本発明は、以上の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。

例えば、上述した実施形態では、標準偏差に基づいてエピタキシャル層ＥＰの有無を評価したが、これに制限されず、例えば、ピーク値等に基づいてエピタキシャル層ＥＰの有無を評価してもよい。

また、例えば、上述した実施形態では、パーティクルカウンタでエピタキシャル層ＥＰの有無を評価したが、これに制限されず、例えば、原子間力顕微鏡、走査型電子顕微鏡、透過電子顕微鏡、集束イオンビーム、２次イオン質量分析装置、及びオージェ電子分光分析装置等でヘイズ値のパラメータを測定し、エピタキシャル層ＥＰの有無を評価してもよい。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

［実施例１］
直径３００ｍｍの半導体ウェーハＷを気相成長装置１におけるサセプタ２のウェーハ載置部２１に載置した。ＳｉＨＣｌ_３と水素ガスとドーパントガスとを混合させた反応ガスを反応ガス供給管３３１から反応容器３の内側へ導入した。半導体ウェーハＷを１１５０℃に熱し、エピタキシャル層ＥＰを反応速度２．５μｍ／分で厚さが２．６〜２．９μｍとなるように半導体ウェーハＷの主表面にエピタキシャル層ＥＰを成長させ、エピタキシャルウェーハＥＷを２０００枚製造した。

レーザ散乱光方式の走査装置５としてＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ−１を用いた。ＳＰ−１において、ＨＴＯモードで高生産性条件を選択し、かつ、ＤＮＯモードでの各エピタキシャルウェーハＥＷのエピタキシャル層ＥＰのヘイズ値を測定し、ヘイズ値のパラメータを求めた。同様に、エピタキシャル層ＥＰを有さない半導体ウェーハＷを１０００枚製造し、これらのヘイズ値を測定し、ヘイズ値のパラメータを求めた。図６にエピタキシャル層ＥＰを有する半導体ウェーハＷ及びエピタキシャル層ＥＰを有さない半導体ウェーハＷのヘイズ値の標準偏差の一元配置分析を示す。また、図７にエピタキシャル層ＥＰを有する半導体ウェーハＷ及びエピタキシャル層ＥＰを有さない半導体ウェーハＷのヘイズ値の平均値の一元配置分析を示す。

図６より、エピタキシャル層ＥＰを有する半導体ウェーハＷをＤＮＯモードで測定したヘイズ値（斜角照射・高角度受光のヘイズ値）の標準偏差は０．００４〜０．００５ｐｐｍ付近であるのに対し、エピタキシャル層ＥＰを有さない半導体ウェーハＷの斜角照射・高角度受光のヘイズ値の標準偏差は０．００２ｐｐｍ以下であることがわかる。このため、斜角照射・高角度受光のヘイズ値の標準偏差の閾値を０．００２〜０．００４ｐｐｍと設定すれば、エピタキシャル層ＥＰの斜角照射・高角度受光のヘイズ値の標準偏差がこの閾値以下である場合、エピタキシャルウェーハＥＷは不良と容易に評価することができる。

同様に、図７より、エピタキシャル層ＥＰを有する半導体ウェーハＷの斜角照射・高角度受光のヘイズ値の平均値は０．０２５〜０．０３ｐｐｍ付近であるのに対し、エピタキシャル層ＥＰを有さない半導体ウェーハＷの斜角照射・高角度受光のヘイズ値の平均値は０．０２ｐｐｍ以下であることがわかる。このため、斜角照射・高角度受光のヘイズ値の平均値の閾値を０．０２〜０．０２５ｐｐｍと設定すれば、エピタキシャル層ＥＰの斜角照射・高角度受光のヘイズ値の平均値がこの閾値以下である場合、エピタキシャルウェーハＥＷは不良と評価することができる。

エピタキシャルウェーハの製造に使用される気相成長装置を模式的に示す断面図である。 サセプタの断面図である。 半導体ウェーハをサセプタのウェーハ載置部に載置させた状態を示す断面図である。 エピタキシャル層を成長させた状態を示す断面図である。 レーザ散乱光方式の走査装置によりエピタキシャル層ＥＰを評価している状態を示す概略図である。 ＤＮＯモードのヘイズ値の標準偏差の一元配置分析である。 ＤＮＯモードのヘイズ値の平均値の一元配置分析である。

符号の説明

１ 気相成長装置
２ サセプタ
２１ ウェーハ載置部
２１１ 第１凹部
２１２ 第２凹部
２１３ ウェーハ支持部
３ 反応容器
４ 加熱装置
５ レーザ散乱光方式の走査装置
６ 光源
９ ナロー反射鏡
１０ ナロー反射鏡
１１ ナロー受光器
ＥＰ エピタキシャル層
ＥＷ エピタキシャルウェーハ
Ｗ 半導体ウェーハ
Ｗ１ 主表面

Claims (5)

1. レーザ散乱光方式の走査装置を用いて、半導体ウェーハの主表面に形成されているエピタキシャル層のヘイズ値を測定し、前記ヘイズ値から得られるパラメータに基づいて前記エピタキシャル層の有無を評価するエピタキシャルウェーハの評価方法。
2. 前記レーザ散乱光方式の走査装置は、パーティクルカウンタである請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
3. 前記ヘイズ値は、斜角照射・高角度受光のヘイズ値である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
4. 前記パラメータは、標準偏差であり、該標準偏差が所定の閾値以下の場合、前記エピタキシャルウェーハを不良と評価する請求項１から３のいずれかに記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。
5. 前記閾値は、０．００２〜０．００４ｐｐｍである請求項４に記載のエピタキシャルウェーハの評価方法。

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