JP2017135139A - エピタキシャルウェーハの品質評価方法および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エピタキシャルウェーハのエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ品質を容易に評価する。【解決手段】本発明によるエピタキシャルウェーハの品質評価方法では、まず基板の表面にエピタキシャル膜が形成されたエピタキシャルウェーハの表面のナノトポグラフィマップを測定し、次いでナノトポグラフィマップから基板要因のナノトポグラフィパターンを除去し、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィパターンを抽出する。【選択図】図５

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハの品質評価方法に関し、特に、エピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィ品質を評価する方法に関するものである。また本発明は、そのような品質評価方法を用いたエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。

半導体デバイスの基板材料としてエピタキシャルシリコンウェーハが広く使用されている。エピタキシャルシリコンウェーハは、バルクシリコンウェーハの表面にエピタキシャルシリコン膜を形成したものであり、結晶の完全性が高いため、高品質で信頼性が高い半導体デバイスを製造することが可能である。

エピタキシャルシリコンウェーハの基板材料であるバルクシリコンウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）により育成されたシリコン単結晶インゴットに外周研削、スライス、ラッピング、エッチング、両面研磨、片面研磨、洗浄等の工程を順次行うことにより製造される。その後、エピタキシャル成長装置を用いてシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を気相成長させることにより、エピタキシャルシリコンウェーハが完成する。

近年、シリコンウェーハにおいては「ナノトポグラフィ」と呼ばれるウェーハ表面のナノオーダーの凹凸が問題となっており、エピタキシャルシリコンウェーハにおいてもナノトポグラフィ品質の向上が求められている。このナノトポグラフィは、「反り」や「Warp」よりも波長が短く、「表面粗さ」よりも波長が長い、波長λ=０．２〜２０ｍｍのうねり成分であり、ＰＶ値（Peak to Valley値）が０．２μｍ以下の浅いうねりである。ナノトポグラフィ値が適正値を超えると、デバイスプロセスにおけるＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）の歩留まりに大きく影響するといわれている。

シリコンウェーハのナノトポグラフィはスライスから片面研磨までの加工工程で作り込まれ、特にラッピング工程の影響が大きいことが知られている。さらにエピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィはエピタキシャル工程の影響も受けている。ウェーハ表面のナノトポグラフィの測定方法は、ＳＥＭＩ規格M43-0301によって確立されている。また特許文献１には、ウェーハ表面のナノトポグラフィの計測方法が記載されている。この計測方法では、関心あるオブジェクトがユーザにより定義されるパラメータに従って分類され、これがコントラストを強調し、より正確に特徴を検出するとともに、特徴オブジェクト領域をより正確に定義することを可能にしている。

特表２０１４−５０４８０３号公報

上記のように、エピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィには基板要因のナノトポグラフィ成分のみならず、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分も含まれている。しかし、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分は基板要因のナノトポグラフィ成分に埋もれてしまい、両者を区別することが難しい。したがって、エピタキシャル工程の中でナノトポグラフィを改善するための厳しい管理値を設定することが難しいという問題がある。

したがって、本発明の目的は、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ品質を容易に評価することが可能なエピタキシャルウェーハの品質評価方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、そのような品質評価方法を用いて高品質なエピタキシャルウェーハを製造することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるエピタキシャルウェーハの品質評価方法は、エピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップから基板要因のナノトポグラフィ成分を除去してエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することを特徴とする。本発明によれば、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィを容易に評価することができる。

本発明によるエピタキシャルウェーハの品質評価方法は、同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された少なくとも一枚のエピタキシャルウェーハから求めた複数のナノトポグラフィマップを用いて前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することが好ましい。同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造されたエピタキシャルウェーハのナノトポグラフィに含まれるエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分は同一の特徴を有することから、同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された一枚または複数枚のエピタキシャルウェーハから求めた複数のナノトポグラフィマップを用いることでエピタキシャル要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができる。

本発明によるエピタキシャルウェーハの品質評価方法は、同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された複数枚のエピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップを測定し、前記複数枚のエピタキシャルウェーハの前記ナノトポグラフィマップを重ね合わせから前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することが好ましい。基板要因のナノトポグラフィパターンは基板面内にランダムに形成されるので重ね合わせによって平均化されるが、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィパターンは基板面内の特定の位置に一定の傾向を持って出現するので、複数枚のエピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップを重ね合わせた場合には、基板要因のナノトポグラフィ成分が平均化され、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が積算されて強調される。したがって、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができる。

本発明によるエピタキシャルウェーハの品質評価方法は、エピタキシャル膜を形成する前の基板の第１のナノトポグラフィマップを測定し、エピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャル膜を形成した後のエピタキシャルウェーハの第２のナノトポグラフィマップを測定し、前記第１および第２のナノトポグラフィマップの差分から前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することが好ましい。本発明によれば、エピタキシャル工程前後のナノトポグラフィマップの一対一の差分から基板要因のナノトポグラフィ成分を除去することができ、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分のみを残すことができる。したがって、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができる。

本発明において、前記エピタキシャル成長装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に設置された貫通孔を有するサセプタと、前記貫通孔に挿入され、前記サセプタに載置される基板を昇降自在に支持するリフトピンとを備え、前記サセプタ上にセットされた基板の表面にエピタキシャル膜を形成することが好ましい。このようなエピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャルウェーハを製造する場合には、サセプタの貫通孔およびリフトピンの影響を受けたエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィが形成される。しかし、本発明によれば、エピタキシャル要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出して評価することができる。

また、本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法は、エピタキシャル成長装置を用いて第１のエピタキシャル成長条件下で第１の基板の表面に第１のエピタキシャル膜を形成することにより第１のエピタキシャルウェーハを製造する工程と、前記第１のエピタキシャルウェーハの表面のナノトポグラフィマップを測定する工程と、前記ナノトポグラフィマップから前記第１のエピタキシャルウェーハの基板要因のナノトポグラフィ成分を除去してエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する工程と、前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が所定の高さを超える場合に、第１のエピタキシャル成長条件とは異なる第２のエピタキシャル成長条件を前記エピタキシャル成長装置に設定し、当該エピタキシャル成長装置を用いて前記第２のエピタキシャル成長条件下で第２の基板に第２のエピタキシャル膜を形成することにより第２のエピタキシャルウェーハを製造する工程とを備えることを特徴とする。本発明によれば、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ品質が良好なエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法では、同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された複数枚の前記第１のエピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップを測定し、前記複数枚の前記第１のエピタキシャルウェーハの前記ナノトポグラフィマップを重ね合わせから前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することが好ましい。本発明によれば、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができ、これによりナノトポグラフィ品質が改善された高品質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法では、エピタキシャル膜を形成する前の前記第１の基板の第１のナノトポグラフィマップを測定し、前記エピタキシャル成長装置を用いて前記第１のエピタキシャル膜を形成した後の前記第１のエピタキシャルウェーハの第２のナノトポグラフィマップを測定し、前記第１および第２のナノトポグラフィマップの差分から前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することもまた好ましい。本発明によれば、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができ、これによりナノトポグラフィ品質が改善された高品質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明によるエピタキシャルウェーハの製造方法において、前記エピタキシャル成長装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に設置された貫通孔を有するサセプタと、前記貫通孔に挿入され、前記サセプタ上に載置される基板を昇降自在に支持するリフトピンとを備え、前記サセプタ上にセットされた前記第１の基板の表面に前記第１のエピタキシャル膜を形成し、前記サセプタ上にセットされた前記第２の基板の表面に前記第２のエピタキシャル膜を形成することが好ましい。この場合、前記サセプタ上にセットされたとき前記リフトピンと平面視で重なる位置における前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が所定の高さ以下となるように前記第２のエピタキシャル成長条件を調整することが好ましい。エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィは、主にリフトピンの影響を受けて悪化しやすく、リフトピンと平面視で重なる位置付近に大きな高低差が発生しやすい。しかし、本発明によれば、そのようなナノトポグラフィの悪化を改善することができ、高品質なエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明によれば、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ品質を容易に評価することが可能なエピタキシャルウェーハの品質評価方法を提供することができる。また本発明によれば、そのような品質評価方法を用いて高品質なエピタキシャルウェーハを製造することが可能なエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することができる。

エピタキシャルシリコンウェーハの構造を示す略断面図である。 エピタキシャル成長装置の構成の一例を示す略断面図である。 図２におけるサセプタの構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ'線に沿った平面図である。 本発明の第１の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するためのフローチャートである。 第１の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するための模式図である。 ウェーハ表面のナノトポグラフィの測定方法を説明するための模式図である。 本発明の第２の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するためのフローチャートである。 第２の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するための模式図である。 上述したエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を採用したエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。最初に、エピタキシャルシリコンウェーハとその製造方法について簡単に説明する。

図１は、エピタキシャルシリコンウェーハの構造を示す略断面図である。

図１に示すように、エピタキシャルシリコンウェーハ１は、シリコン基板２と、シリコン基板２の表面に形成されたエピタキシャルシリコン膜３によって構成されている。シリコン基板２はバルクシリコンウェーハであり、ＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶インゴットから切り出され、表裏面が鏡面研磨されたポリッシュドウェーハである。シリコン基板２はエピタキシャルシリコンウェーハ１の機械的強度を確保すると共に、重金属を捕獲するゲッタリングシンクとしての役割を果たす。シリコン基板２の厚さは機械的強度を確保できる限り特に限定されないが、例えば７７５μｍとすることができる。

シリコン基板２の表面にはエピタキシャルシリコン膜３が形成されており、ＭＯＳトランジスタなどの半導体デバイスはエピタキシャルシリコン膜３に形成される。エピタキシャルシリコン膜３の厚さは１〜１０μｍであることが好ましい。エピタキシャルシリコン膜３は特性が異なる複数のエピタキシャルシリコン膜が積層された多層構造であってもよい。

エピタキシャルシリコンウェーハ１の製造では、まずシリコン基板２を用意する。シリコン基板２はシリコン単結晶インゴットを加工して得られたポリッシュドウェーハであり、スライス、ラッピング、両面研磨、片面研磨等の加工工程を経ることよってウェーハの表裏面にナノトポグラフィが形成されることは上述した通りである。その後、エピタキシャル成長装置を用いてシリコン基板２の表面（前面）にエピタキシャルシリコン膜３を形成する。

図２は、エピタキシャル成長装置の構成の一例を示す略断面図である。

図２に示すように、エピタキシャル成長装置１０は、ウェーハＷを一枚ずつ処理する枚葉式の装置であって、ガス導入口１１ａおよびガス排出口１１ｂを有するチャンバー１１と、チャンバー１１内でウェーハＷを支持するサセプタ１２と、サセプタ１２を下方から支持する回転シャフト１３とを備えている。またチャンバー１１の上方および下方にそれぞれ設けられたハロゲンランプまたは赤外ランプからなるヒーター１４とを備えている。

チャンバー１１は石英ガラス製であり、サセプタ１２はＳｉＣコートされたカーボンからなる。サセプタ１２は、回転シャフト１３から１２０度間隔で放射状に伸びる３本の支持アーム１５によって支持されており、支持アーム１５を介して回転シャフト１３に固定されている。回転シャフト１３が不図示の駆動源によって回転駆動されることによりサセプタ１２が回転し、サセプタ１２上に載置されたウェーハＷも回転する。

図３は、図２におけるサセプタ１２の構成を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ'線に沿った平面図である。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、サセプタ１２はウェーハＷよりも大きな直径を有する円盤状の部材であり、サセプタ１２の上面にはウェーハＷを保持するための円形の凹部１２ａが形成されている。凹部１２ａの内周側面はテーパー面１２ｂとなっており、ウェーハＷの外周部はこのテーパー面１２ｂに接触した状態で支持されるので、ウェーハＷの裏面がサセプタ１２の凹部１２ａの底面１２ｃに接触することはない。

サセプタ１２の凹部１２ａの外周付近には３つの貫通孔１２ｄが設けられており、３つの貫通孔１２ｄの各々にはリフトピン１６（図２参照）が挿入されている。リフトピン１６は例えばＳｉＣからなり、サセプタ１２の下方に設けられたリフトピン昇降機構１７によって同時に昇降駆動される。これにより、リフトピン１６はサセプタ１２上に載置されるウェーハＷを昇降時際に支持する。

サセプタ１２に設けられた３つの貫通孔１２ｄの各々は、３本の支持アーム１５のいずれか一つと平面視で重なる位置に設けられている。また３本の支持アーム１５の各々にはリフトピン用の３つの貫通孔１５ａが設けられており、３つの貫通孔１５ａの各々はサセプタ１２の３つの貫通孔１２ｄのいずれか一つの直下に配置されている。そして各リフトピン１６は、サセプタ１２から垂下して貫通孔１２ｄおよび貫通孔１５ａを順に貫通するように設けられている。

チャンバー１１にはガス導入口１１ａおよびガス排出口１１ｂが設けられており、原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスの混合ガスがガス導入口１１ａからチャンバー１１内に導入される。原料ガスは例えばトリクロルシラン（ＳｉＨＣｌ_３）やジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）であり、キャリアガスは例えば水素ガスである。ガス排出口１１ｂはチャンバー１１の中心から見てガス導入口１１ａとは反対側に配置されており、チャンバー１１内の雰囲気ガスはガス排出口１１ｂから排出される。

上記エピタキシャル成長装置１０を用いたエピタキシャルシリコンウェーハ１の製造では、ますヒーター１４でチャンバー１１内を加熱してチャンバー１１内の温度を所定の投入温度（例えば６５０度）にセットする。その後、チャンバー１１内のサセプタ１２上にウェーハＷ（シリコン基板２）をセットする。ウェーハＷのセット時には、リフトピン昇降機構１７を駆動してリフトピン１６のピンヘッドをサセプタ１２の表面よりも相対的に上方に上昇させる。その後、不図示のハンドラーがウェーハＷをチャンバー１１内に搬送し、ウェーハＷをリフトピン１６上に載置し、ハンドラーを退避させる。その後、リフトピン１６を降下させることにより、ウェーハＷをサセプタ１２上に載置する。このときウェーハＷはサセプタ１２の凹部１２ａにセットされる。またリフトピン１６とリフトピン昇降機構１７との接触状態も解除される。

次に、チャンバー１１内の温度を１１００〜１２００℃に設定した後、チャンバー１１内に原料ガス、ドーパントガスおよびキャリアガスの混合ガスを導入し、原料ガスがチャンバー１１の上部空間へと流れ込み、ウェーハの表面に沿って層流状態で流れることにより、シリコンウェーハの表面にエピタキシャルシリコン膜を気相成長させる。エピタキシャル工程の前にウェーハ表裏面の自然酸化膜を除去する水素ベーク工程を実施してもよい。その後、チャンバー１１内の温度を投入温度（６５０℃）にまで下げ、さらにチャンバー１１内の雰囲気ガスをガス排出口から排気した後、チャンバー１１からウェーハＷを取り出すことにより一連のエピタキシャル成長工程が終了する。

以上のエピタキシャル成長装置１０を用いて製造されたエピタキシャルシリコンウェーハ１には、基板要因のナノトポグラフィ成分のみならずエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が含まれている。エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィは、主にリフトピン１６の影響を受けて悪化しやすく、リフトピン１６と平面視で重なる位置付近に大きな高低差が発生しやすい。このような大きな高低差が発生する理由は、リフトピン１６とサセプタ１２との熱伝導率の差によってウェーハ表面に不均一な熱分布が発生するからと考えられる。なおエピタキシャル工程においてナノトポグラフィを悪化させる要因はリフトピン１６に限定されず、このほかにもサセプタ１２のＳｉＣコートの異常なども考えられるが、ナノトポグラフィの悪化の要因はある程度限定される。そのため本実施形態では、以下の方法によりエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィを抽出してその品質を評価する。

図４は、本発明の第１の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するためのフローチャートである。また図５は、第１の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するための模式図である。

図４および図５に示すように、本実施形態による品質評価方法では、まず同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された複数枚のエピタキシャルシリコンウェーハ（ＥＰウェーハ）を用意する（ステップＳ１１）。エピタキシャルシリコンウェーハの枚数は特に限定されず、枚数が多くなるほど測定精度を高くすることができるが、処理負荷を考慮すると２５〜３００枚程度であることが好ましい。

エピタキシャルシリコンウェーハの表面に形成されるエピタキシャル膜の厚さは１０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがさらに好ましい。エピタキシャル膜の厚さが５０μｍを超える厚いウェーハではナノトポグラフィを検出する必要が無い程度に厚さ分布に変化が生じるが、エピタキシャル膜の厚さが１０μｍ以下、特に３μｍ以下の場合では基板起因のナノトポグラフィ成分とエピタキシャル起因のナノトポグラフィ成分との分離が難しく、本発明が有効だからである。

次に、各エピタキシャルシリコンウェーハの表面のナノトポグラフィマップを作成する（ステップＳ１２）。エピタキシャル工程前後でのナノトポグラフィの測定値は、たとえばノッチを基準として、同一（または同種）のウェーハで同一の位置において比較される。

ナノトポグラフィは、０．２〜２０ｍｍの空間波長範囲内および一定の品質エリア内のウェーハ表面全体の非平面偏差として定義される。ウェーハ表面のナノトポグラフィの測定方法はＳＥＭＩ規格M43-0301に従うが、図６を参照しながらナノトポグラフィの測定方法について簡単に説明する。

図６は、ウェーハ表面のナノトポグラフィの測定方法を説明するための模式図である。

ナノトポグラフィの測定では、まず図６（ａ）に示すようにウェーハ表裏面の凹凸を表す高さマップ（ハイトマップ）を作成する。次に図６（ｂ）に示すようにフィルタリングによってハイトマップからミクロンオーダーの反りやうねりを除去してハイトマップを平坦化する。次に、図６（ｃ）に示すようにウェーハ表面のフィルタリング済みハイトマップ（フィルタード・ハイトマップ）を任意のサイズのサイトにて、所定ピッチ（たとえば０．２ｍｍ）で走査し、各サイトのＰＶ（Peak to Vary）値を算出し、全サイトのＰＶ値の例えば９９．９５％の値を当該ウェーハの表面のナノトポグラフィ値とする。例えば、サイト数が１０００個の場合、５番目に大きなＰＶ値が当該ウェーハの表面のナノトポグラフィ値となる。こうして、すべてのサイトのナノトポグラフィ値を求めることにより、ウェーハ表面のナノトポグラフィマップが完成する。ウェーハ裏面についてもウェーハ表面と同様にナノトポグラフィを測定することができる。

また、ウェーハの中心を通過する直線上を所定ピッチで一方向に走査して、各サイトのＰＶを算出することも出来る。たとえば直径３００ｍｍのウェーハで、０．２ｍｍピッチで６０００個のデータを算出する。エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が一定の位置に発生することが推定できる場合（たとえばリフトピンの影響が出やすい位置）や、一方向直線のデータで評価や判断ができる場合は、時間短縮にもなり有効である。

次に、複数枚のエピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィの重ね合わせマップを作成する（ステップＳ１３）。図５（ａ）に示すように、各エピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィマップには基板要因のナノトポグラフィ成分とエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分の両方が含まれている。このうち、基板要因のナノトポグラフィ成分はシリコン基板ごとに基板面内にランダムに形成されるので重ね合わせによって平均化される。これに対し、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分はエピタキシャル成長装置内のリフトピン１６等の影響を受けてウェーハ面内の特定の位置に一定の傾向を持って出現するので、複数枚のエピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィマップを重ね合わせによって強調される。したがって、図５（ｂ）に示すようにエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することができる（ステップＳ１４）。

その後、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分の抽出結果は、エピタキシャル成長装置１０におけるエピタキシャル成長条件に反映される。例えば、ナノトポグラフィがある基準範囲よりもプラス側或いはマイナス側に大きい場合にヒーター１４の上下の加熱比率を変える等、エピタキシャル成長条件を調整してナノトポグラフィ品質を改善することができる。

以上説明したように、本実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法は、複数枚のエピタキシャルシリコンウェーハのナノトポグラフィマップを重ね合わせることで基板要因のナノトポグラフィパターンが平均化され、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィパターンが強調されるので、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができる。したがって、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ品質を数値化して定量的に評価することができ、工程管理を強化することができる。

図７は、本発明の第２の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するためのフローチャートである。また図８は、第２の実施の形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を説明するための模式図である。

図７および図８に示すように、本実施形態による品質評価方法では、まずエピタキシャルシリコン膜３を形成する前のシリコン基板２の表面のナノトポグラフィマップを測定する（ステップＳ２１、図８（ａ））。次に、エピタキシャル成長装置１０を用いてシリコン基板２の表面にエピタキシャルシリコン膜３を形成してエピタキシャルシリコンウェーハ１を完成させた後（ステップＳ２２）、このエピタキシャルシリコンウェーハ１の表面（エピタキシャルシリコン膜３の表面）のナノトポグラフィマップを測定する（ステップＳ２３、図８（ｂ））。その後、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハのエピタキシャル工程前後に測定したナノトポグラフィマップの一方から他方を差し引く。これにより、基板要因のナノトポグラフィ成分が除去され、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分だけが残る。したがって、図８（ｃ）に示すように、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することができる（ステップＳ２４、Ｓ２５）。

以上説明したように、本実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法は、エピタキシャル成長工程前後のウェーハのナノトポグラフィマップの差分からエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を容易に抽出することができる。したがって、エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ品質を数値化して定量的に評価することができ、工程管理を強化することができる。

図９は、上述したエピタキシャルシリコンウェーハの品質評価方法を採用したエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を示すフローチャートである。

図９に示すように、本実施形態によるエピタキシャルシリコンウェーハ１の製造方法では、まずエピタキシャル成長装置１０を用いて所定のエピタキシャル成長条件（第１のエピタキシャル成長条件）下でシリコン基板の表面にエピタキシャル膜を形成することによりエピタキシャルシリコンウェーハ（第１のエピタキシャルウェーハ）を製造する（ステップＳ３１）。

次に、エピタキシャルシリコンウェーハの表面のナノトポグラフィマップを作成し（ステップＳ３２）、ナノトポグラフィマップからエピタキシャルシリコンウェーハの基板要因のナノトポグラフィ成分を除去してエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する（ステップＳ３３）。エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分の抽出方法は図５〜図８に基づいて説明した通りである。

次に、得られたエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を評価し、当該ナノトポグラフィが所定の高さ（閾値）を超える場合にはナノトポグラフィが改善されるように新たなエピタキシャル成長条件（第２のエピタキシャル成長条件）をエピタキシャル成長装置１０に設定し（ステップＳ３４Ｙ、Ｓ３５）、同じエピタキシャル成長装置１０を用いて新たなエピタキシャル成長条件下でシリコン基板にエピタキシャル膜を形成することによりナノトポグラフィ品質が改善されたエピタキシャルシリコンウェーハ（第２のエピタキシャルウェーハ）を製造する（ステップＳ３６）。またナノトポグラフィが所定の高さ（閾値）を超えない場合にはエピタキシャル成長装置１０の設定を変更することなく処理を続ける（ステップＳ３４Ｎ）。以上により、ナノトポグラフィ品質が改善された高品質なエピタキシャルシリコンウェーハ１を製造することができる。特に、所定の高さ（閾値）は、Ｓ／Ｎ値で３以上が好ましい。ここで、"Ｓ"はナノトポグラフィ値で、最大値から全体の値の平均値を引いた値とし、"Ｎ"は全体のナノトポグラフィ値の標準偏差とする。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態においては、エピタキシャルシリコン膜が形成されたエピタキシャルシリコンウェーハの表面（前面）のナノトポグラフィを評価対象とする場合について説明したが、本発明はそのような場合に限定されず、エピタキシャルシリコンウェーハの表面と裏面の両方のナノトポグラフィを評価対象としてもよく、裏面のナノトポグラフィのみを評価対象としてもよい。

また本実施形態においてはエピタキシャルシリコンウェーハを例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、単結晶の基板上にエピタキシャル膜が形成された種々のエピタキシャルウェーハを対象とすることができる。

１ エピタキシャルシリコンウェーハ
２ シリコン基板
３ エピタキシャルシリコン膜
１０ エピタキシャル成長装置
１１ チャンバー
１１ａ チャンバーのガス導入口
１１ｂ チャンバーのガス排出口
１２ サセプタ
１２ａ サセプタの凹部
１２ｂ サセプタのテーパー面
１２ｃ サセプタの底面
１２ｄ サセプタの貫通孔
１３ 回転シャフト
１４ ヒーター
１５ 支持アーム
１５ａ 貫通孔
１６ リフトピン
１７ リフトピン昇降機構
Ｗ ウェーハ

Claims (10)

1. エピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップから基板要因のナノトポグラフィ成分を除去してエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出することを特徴とするエピタキシャルウェーハの品質評価方法。
2. 同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された少なくとも一枚のエピタキシャルウェーハから求めた複数のナノトポグラフィマップを用いて前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する、請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの品質評価方法。
3. 同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された複数枚のエピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップを測定し、前記複数枚のエピタキシャルウェーハの前記ナノトポグラフィマップを重ね合わせから前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する、請求項１または２に記載のエピタキシャルウェーハの品質評価方法。
4. エピタキシャル膜を形成する前の基板の第１のナノトポグラフィマップを測定し、エピタキシャル成長装置を用いてエピタキシャル膜を形成した後のエピタキシャルウェーハの第２のナノトポグラフィマップを測定し、前記第１および第２のナノトポグラフィマップの差分から前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する、請求項１または２に記載のエピタキシャルウェーハの品質評価方法。
5. 前記エピタキシャル成長装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に設置された貫通孔を有するサセプタと、前記貫通孔に挿入され、前記サセプタ上に載置される基板を昇降自在に支持するリフトピンとを備え、前記サセプタ上にセットされた基板の表面にエピタキシャル膜を形成する、請求項２ないし４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの品質評価方法。
6. エピタキシャル成長装置を用いて第１のエピタキシャル成長条件下で第１の基板の表面に第１のエピタキシャル膜を形成することにより第１のエピタキシャルウェーハを製造する工程と、
   前記第１のエピタキシャルウェーハの表面のナノトポグラフィマップを測定する工程と、
   前記ナノトポグラフィマップから前記第１のエピタキシャルウェーハの基板要因のナノトポグラフィ成分を除去してエピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する工程と、
   前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が所定の高さを超える場合に、第１のエピタキシャル成長条件とは異なる第２のエピタキシャル成長条件を前記エピタキシャル成長装置に設定し、当該エピタキシャル成長装置を用いて前記第２のエピタキシャル成長条件下で第２の基板に第２のエピタキシャル膜を形成することにより第２のエピタキシャルウェーハを製造する工程とを備え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。
7. 同一のエピタキシャル成長装置を用いて製造された複数枚の前記第１のエピタキシャルウェーハのナノトポグラフィマップを測定し、前記複数枚の前記第１のエピタキシャルウェーハの前記ナノトポグラフィマップを重ね合わせから前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する、請求項６に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
8. エピタキシャル膜を形成する前の前記第１の基板の第１のナノトポグラフィマップを測定し、前記エピタキシャル成長装置を用いて前記第１のエピタキシャル膜を形成した後の前記第１のエピタキシャルウェーハの第２のナノトポグラフィマップを測定し、前記第１および第２のナノトポグラフィマップの差分から前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分を抽出する、請求項６に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
9. 前記エピタキシャル成長装置は、チャンバーと、前記チャンバー内に設置された貫通孔を有するサセプタと、前記貫通孔に挿入され、前記サセプタ上に載置される基板を昇降自在に支持するリフトピンとを備え、前記サセプタ上にセットされた前記第１の基板の表面に前記第１のエピタキシャル膜を形成し、前記サセプタ上にセットされた前記第２の基板の表面に前記第２のエピタキシャル膜を形成する、請求項６ないし８のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
10. 前記サセプタ上にセットされたとき前記リフトピンと平面視で重なる位置における前記エピタキシャル工程要因のナノトポグラフィ成分が所定の高さ以下となるように前記第２のエピタキシャル成長条件を調整する、請求項９に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。

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