JP2015126010A - エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体ウェーハ端部（エッジ部）でのエピタキシャル成長の正確な評価方法を提供する。
【解決手段】エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法であって、前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程とを有するエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法。
【選択図】図１
【解決手段】エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法であって、前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程とを有するエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法。
【選択図】図１
Description
本発明は、エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法に関する。
集積回路の基板として一般的に半導体ウェーハ（以下ウェーハ）が用いられる。特に集積回路の素子を形成する領域は欠陥の無い領域であることが望ましく、また、素子を形成しない領域では、金属不純物を捕獲できるとされる結晶欠陥を有する領域であることが望ましいとされている。このような条件を満足するようなものとして、表面にエピタキシャル層を形成したエピタキシャルウェーハがある。
エピタキシャルウェーハに求められる品質としては、前述の素子を形成する領域である表面が無欠陥であることの他に、表面が平坦であることが求められている。
１枚のウェーハからより多くの集積回路の素子を得るために、ウェーハ表面の平坦な領域はより外周部まで求められている。
ウェーハ面内で最も平坦度が悪化してしまうのは端部近傍であり、この領域を平坦に加工することが非常に重要である。
特許文献１では、エピタキシャル層全体の厚さを評価することでエピタキシャルウェーハの平坦度を向上させる方法が開示されている。しかしながら、この方法では、半導体ウェーハ端部（エッジ部）でのエピタキシャル成長の様子を正確に評価することはできなかった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、半導体ウェーハ端部（エッジ部）でのエピタキシャル成長の正確な評価方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明では、エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法であって、
前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、
前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程と
を有することを特徴とするエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法を提供する。
前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、
前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程と
を有することを特徴とするエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法を提供する。
このような評価方法であれば、半導体ウェーハ端部（エッジ部）でのエピタキシャル成長を正確に評価することができる。
また、前記マーキングを圧痕マーキングとすることが好ましい。
このように、本発明においてマーキングは、圧痕マーキングとすることが好ましい。圧痕マーキングであれば、他の方法、例えばレーザーマークによる方法に比べて簡単にマーキングを行うことができる。
また、前記半導体ウェーハをシリコンウェーハとすることが好ましい。
このように、本発明の評価方法としては、特にシリコンウェーハに用いるのが適している。
本発明の評価方法であれば、ウェーハ端部（エッジ部）のエピタキシャル成長の様子をより詳細に評価できる。特に、ファセット成長の様子を正確にとらえることができる。さらには、このような正確な評価に基づき、端部近傍まで平坦なエピタキシャルウェーハをより確実に製造することができる。
以下、本発明をより詳細に説明する。
上記のように、半導体ウェーハ端部（エッジ部）でのエピタキシャル成長の正確な評価方法が求められている。
上記のように、半導体ウェーハ端部（エッジ部）でのエピタキシャル成長の正確な評価方法が求められている。
本発明者は、ウェーハ端部近傍の平坦性を向上させることがウェーハ全体の平坦性を向上させると考え、その領域について着目し検討をした。即ち、エピタキシャル成長前後のウェーハのエッジ形状の変化を正確に評価することによって、ウェーハ全体の平坦性のよいエピタキシャルウェーハを得るための条件を把握することができると考えた。
ウェーハ端部でのエピタキシャル成長は、結晶の方位によって成長速度が異なるファセット成長がみられる。このファセット成長の影響で端部でのウェーハの平坦度は大きく異なる。
本発明者は、このファセット成長の様子を正確に観察することがウェーハ平坦度を向上させるのに重要であると考えた。
エピタキシャル成長前後でのウェーハ端部の形状を観察しそれぞれを比較することで、ウェーハ端部でのエピタキシャル成長の様子を知ることができると考え、実行したが、エピタキシャル成長はウェーハの厚さ方向だけでなく、面取部や径方向にも進むために、前後での位置合わせを正確に行うことが困難であった。
例えば、ノッチを基準にして位置合わせを行う方法も考えられるが、前述の説明の通り、エピタキシャル成長が径方向にも進むため、エッジ部の形状観察をすることは難しいと考えられる。
図１は、エピタキシャル成長前後でのウェーハの直径の差を示す図である。横軸が角度、縦軸は３００ｍｍを基準としてそこからの差の値を表している。ここでウェーハは、抵抗率が１０Ω・ｃｍのＰ型（１００）のシリコンウェーハを用意し、その表面にエピタキシャル成長を行った。温度は１１００℃でＳｉＨＣｌ３ガスを用いて５μｍ成膜を行った。
エピタキシャル成長前後でウェーハの直径測定はテイラーホブソン社のタリロンド３６５を用いてウェーハ外形形状の結果より算出した。タリロンドは、回転したウェーハの端部に測定子を当ててその径方向の変化量よりウェーハの外形形状を求める測定機である。
図１よりエピタキシャル成長前に比べて後の方が直径が大きくなっているので、エピタキシャル成長によって直径が増加することがわかる。また、エピタキシャル成長前後で角度毎の変化に違いが現れているので、結晶方位によってエピタキシャル成長の度合いが異なることがわかる。
以上より、ノッチを基準にして位置合わせを行う方法では、ノッチ近傍での評価は可能であるが、ノッチから離れた異なる角度のエッジ部の形状観察を正確にすることは難しいと言える。
そこで、本発明者はエッジ部の近傍の測定する箇所にマーキングを行い、そのマーキングを基準にして、エピタキシャル成長前後の形状比較を行い、その結果を用いてエピタキシャル成長の条件をチューニングすることにした。
即ち、本発明は、エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法であって、
前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、
前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程と
を有するエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法である。
前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、
前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程と
を有するエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法である。
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［マーキングを行う工程］
まず、エピタキシャル成長を行う前に、半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う。本発明の評価方法において、使用できる半導体ウェーハの種類は特に限定されないが、シリコンウェーハを用いることが好ましい。また、ウェーハの裏面側のエピタキシャル成長を防ぐために、裏面側にＳｉＯ２膜をつけたウェーハを用いることが好ましい。
まず、エピタキシャル成長を行う前に、半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う。本発明の評価方法において、使用できる半導体ウェーハの種類は特に限定されないが、シリコンウェーハを用いることが好ましい。また、ウェーハの裏面側のエピタキシャル成長を防ぐために、裏面側にＳｉＯ２膜をつけたウェーハを用いることが好ましい。
本発明の評価方法において、マーキングの位置は、半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍であれば特に限定されない。例えば、測定する箇所を特定することができる位置、具体的には、ウェーハの表面のエッジから、０〜５ｍｍの範囲にマーキングすることが好ましい。特に好ましい位置は、ウェーハの表面のエッジからおよそ１ｍｍの位置である。このような距離であれば、より正確に位置合わせを行うことができる。
本発明の評価方法において、マーキングの手段については特に限定されない。例えば、Ｌａｓｅｒｔｅｃｈ社の欠陥検査装置ＭＡＧＩＣＳを用いてマーキングを実施することができる。このときのマーキングは圧痕マーキングである。本発明においてマーキングは、圧痕マーキングとすることが好ましい。
［エッジ部の形状を測定する工程］
次に、エピタキシャル成長前に、マーキングした半導体ウェーハのエッジ部の形状を測定する。本発明において、エピタキシャル成長前後でウェーハ端部の形状を観察する方法について、特に限定しないが、接触式で形状を観察する方法が望ましい。例えば、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社の三次元形状測定機ＵＡ３Ｐを用いて、エッジ部の形状を測定することができる。このとき、測定する領域については特に限定されないが、マーキングを行った箇所とウェーハ端部を含む領域を測定することが好ましい。
次に、エピタキシャル成長前に、マーキングした半導体ウェーハのエッジ部の形状を測定する。本発明において、エピタキシャル成長前後でウェーハ端部の形状を観察する方法について、特に限定しないが、接触式で形状を観察する方法が望ましい。例えば、Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社の三次元形状測定機ＵＡ３Ｐを用いて、エッジ部の形状を測定することができる。このとき、測定する領域については特に限定されないが、マーキングを行った箇所とウェーハ端部を含む領域を測定することが好ましい。
［エピタキシャル成長を行う工程］
次に、マーキングした半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う。エピタキシャル成長を行う際の条件等については特に限定されないが、例えば、温度１１００℃で、ＳｉＨＣｌ３ガスを用いてエピ厚さ２０μｍの成膜を実施する方法を挙げることができる。
次に、マーキングした半導体ウェーハにエピタキシャル成長を行う。エピタキシャル成長を行う際の条件等については特に限定されないが、例えば、温度１１００℃で、ＳｉＨＣｌ３ガスを用いてエピ厚さ２０μｍの成膜を実施する方法を挙げることができる。
［エピタキシャル成長後のエッジ部の形状を測定する工程］
次に、エピタキシャル成長後のエッジ部の形状を測定する。即ち、エピタキシャル成長前に測定した領域の形状測定を再度行う。形状測定する際に用いる装置等については、上記と同様のものを挙げることができる。
次に、エピタキシャル成長後のエッジ部の形状を測定する。即ち、エピタキシャル成長前に測定した領域の形状測定を再度行う。形状測定する際に用いる装置等については、上記と同様のものを挙げることができる。
［エッジ部の形状の変化を評価する工程］
次に、エピタキシャル成長前のエッジ部の形状とエピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する。
次に、エピタキシャル成長前のエッジ部の形状とエピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する。
図２は、エピタキシャル成長前後でのウェーハ端部のウェーハ形状を示すグラフである。横軸が、マーキング位置を基準（０と表示）としたときのマーキング位置からエッジ部方向の距離、縦軸が、マーキング位置近傍のエピタキシャル成長前のウェーハ厚さを基準（０と表示）としたときのエピタキシャル成長前後のウェーハの厚さを表している。このようにエピタキシャル成長前後の差（形状変化）より、ウェーハ端部（エッジ部）へのエピタキシャル成長の様子を正確に知ることができる。
このように、本発明の評価方法であれば、ウェーハ端部のエピタキシャル成長の様子をより詳細に評価できる。特に、下記に示すようにファセット成長の様子を正確にとらえることができる。
ファセット成長は結晶方位（角度）によって速度が異なる。また、ウェーハの厚さ方向だけでなくエッジ方向にも成長する。本発明のように半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングし、エッジ部のエピタキシャル成長の様子を厳密に同じ位置で比較することによって、このようなファセット成長の様子を正確にとらえることができる。
更に、エピタキシャルウェーハでのロールオフの角度方向依存性を調べると周期的な変化が見られる。これは、ファセット成長が原因と考えられる。このためファセット成長の様子を理解することがエッジ部の平坦性の向上に結びつくと考えられる。
このような正確な評価に基づき、例えば、ファセット成長の影響の差がなくなるようにエピタキシャル成長時の条件を変更（具体的にはチャンバー構造の最適化などを行う）することによって、端部近傍まで平坦なエピタキシャルウェーハをより確実に製造することができる。
尚、本発明は、１つのウェーハで、複数箇所評価するのが好ましい。例えば、ウェーハ対称性を考慮して、ノッチ位置を時計の６時の方向としたときの１２時から３時の方向で５度刻みに１８方向で測定を実施し、それぞれの方向でのエピタキシャル成長の様子を調べることができる。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
（実施例１：マーキングを基準にしてエッジ部評価を行い、エピタキシャル成長条件を調整後の平坦度評価）
本発明の効果を示すため、以下の評価を実施した。
本発明の効果を示すため、以下の評価を実施した。
［評価用ウェーハの作製］
まず、直径３００ｍｍ、導電型Ｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、面方位（１００）のシリコンウェーハを準備した。
まず、直径３００ｍｍ、導電型Ｐ型、抵抗率１０Ω・ｃｍ、面方位（１００）のシリコンウェーハを準備した。
次に、そのウェーハの裏面にＳｉＯ２膜をＣＶＤ（化学気相成長）法によりおよそ１０ｎｍ成膜した。常圧、４００℃でＳｉＨ４／Ｏ２混合ガスを用いて成膜した。
次に、そのウェーハの表面のエッジからおよそ１ｍｍの位置にマーキングを実施した。マーキングはＬａｓｅｒｔｅｃｈ社の欠陥検査装置ＭＡＧＩＣＳを用いて実施した。このマーキングは圧痕マーキングである。
次に、マーキングを行った箇所とウェーハ端部を含む領域１の形状測定を行った。使用装置はＰａｎａｓｏｎｉｃ社の三次元形状測定機ＵＡ３Ｐを用いた。ルビー製のプローブを用いて０．０２ｍｍ／秒の速度で行った。
次に、測定後のウェーハのＳＣ−１洗浄を行った。温度は８０℃でＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：７で３００秒行った。ＳＣ−１後は、水洗および乾燥を行った。
次に、ウェーハ表面にエピタキシャル成長を行った。温度は１１００℃でＳｉＨＣｌ３ガスを用いてエピ厚さ２０μｍの成膜を行った。
次に、上記と同様の領域（領域１）の形状測定を行った。使用装置はＵＡ３Ｐで条件は上記と同じである。
ここで、図２がエピタキシャル成長前後でのウェーハ端部の形状を示す図である。このようにエピタキシャル成長前後の差より、ウェーハ端部へのエピタキシャル成長の様子を知ることができた。
これらのエピタキシャル成長前後でのウェーハ端部の測定を、ウェーハ対称性を考慮して、ノッチ位置を時計の６時の方向としたときの１２時から３時の方向で５度刻みに１８方向で実施し、それぞれの方向でのエピタキシャル成長の様子を調べた。
［測定用ウェーハの作製］
このようにして得られたデータに基づき、ファセット成長の影響の差がなくなるようにエピタキシャル成長時の条件を変更した。具体的にはチャンバー構造の最適化などを行った。例えば、エピタキシャル成長が相対的に速い角度（周方向及び厚さ方向）の位置の成長が抑えられるようにガスの吹き出し位置を変更した。このような条件下で、再度エピタキシャルウェーハを作製した。
このようにして得られたデータに基づき、ファセット成長の影響の差がなくなるようにエピタキシャル成長時の条件を変更した。具体的にはチャンバー構造の最適化などを行った。例えば、エピタキシャル成長が相対的に速い角度（周方向及び厚さ方向）の位置の成長が抑えられるようにガスの吹き出し位置を変更した。このような条件下で、再度エピタキシャルウェーハを作製した。
（比較例１：エピタキシャル成長条件調整前の平坦度評価）
実施例１において、マーキング及びエピタキシャル成長前後のエッジ形状の評価を行わずに、それ以外は実施例１の評価用ウェーハの作製方法と同様にして（即ち、上記と同様の条件で、ウェーハ表面及び裏面に成膜を行った。）、エピタキシャルウェーハを作製した。
実施例１において、マーキング及びエピタキシャル成長前後のエッジ形状の評価を行わずに、それ以外は実施例１の評価用ウェーハの作製方法と同様にして（即ち、上記と同様の条件で、ウェーハ表面及び裏面に成膜を行った。）、エピタキシャルウェーハを作製した。
（比較例２：ノッチを基準にしてエッジ部評価を行い、エピタキシャル成長条件を調整後の平坦度評価）
実施例１において、マーキングを行わずに、ノッチを基準にしてエッジ部評価を行い、それ以外は実施例１と同様にして、エピタキシャルウェーハを作製した。
実施例１において、マーキングを行わずに、ノッチを基準にしてエッジ部評価を行い、それ以外は実施例１と同様にして、エピタキシャルウェーハを作製した。
［ウェーハの平坦度の評価］
実施例１、比較例１及び比較例２のウェーハの平坦度をＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔを用いて測定した。サイトサイズは２６ｍｍ×８ｍｍ、外周除外領域２ｍｍとしてＳＦＱＲを算出し、ウェーハ面内でＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ）が最大となる値ＳＦＱＲｍａｘにてウェーハの平坦度の評価を行った。
実施例１、比較例１及び比較例２のウェーハの平坦度をＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔを用いて測定した。サイトサイズは２６ｍｍ×８ｍｍ、外周除外領域２ｍｍとしてＳＦＱＲを算出し、ウェーハ面内でＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ）が最大となる値ＳＦＱＲｍａｘにてウェーハの平坦度の評価を行った。
図３は、実施例１と比較例１、比較例２のウェーハの平坦度ＳＦＱＲｍａｘの値の比較を示すグラフである。図３に示すように、何も対策を行わない場合（比較例１）は、Ｎ＝２５でＳＦＱＲｍａｘ＝１９．７ｎｍ、比較例２で評価して対策を取った後に、エピタキシャル成長をしたものでは、Ｎ＝５０でＳＦＱＲｍａｘ＝１８．０ｎｍであったのに対して、本発明の方法（実施例１）にてエッジ部のエピタキシャル成長の様子を調べた後に対策を取ったものはＮ＝２５でＳＦＱＲｍａｘ＝１４．０ｎｍであり改善が見られた。ＳＦＱＲｍａｘの値はいずれも外周部のパーシャルサイトであり、今回の方法が有効であったと考えられる。
上記のように、ノッチを基準にして位置決めを行った場合（比較例２）では、径方向へのエピタキシャル成長の影響を考慮できないために、正確さを欠いた測定であったが、本発明のマーキングを実施したもの（実施例１）は直径方向の変化を考慮できるためより正確な測定をすることが可能となった。特に、ウェーハ端部のファセット成長の様子を正確にとらえることができた。その結果、その後のエピタキシャル成長条件の適正化が可能となり、端部近傍まで平坦なエピタキシャルウェーハを得ることができた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
Claims (3)
- エピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法であって、
前記エピタキシャル成長を行う前に、前記半導体ウェーハ表面の測定するエッジ部の近傍にマーキングを行う工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハの前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記マーキングした半導体ウェーハに前記エピタキシャル成長を行う工程と、
前記エピタキシャル成長後の前記エッジ部の形状を測定する工程と、
前記エピタキシャル成長前のエッジ部の形状と前記エピタキシャル成長後のエッジ部の形状の変化を評価する工程と
を有することを特徴とするエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法。 - 前記マーキングを圧痕マーキングとすることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法。
- 前記半導体ウェーハをシリコンウェーハとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャル成長前後の半導体ウェーハのエッジ形状の評価方法。
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