JP5151674B2 - Epitaxial wafer manufacturing method - Google Patents
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Description
半導体デバイスを作製する場合、ウエーハ上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャルウエーハを用いる場合がある。エピタキシャルウエーハは、一般的には、例えば、反応炉内にシリコンを含む原料ガス（ＳｉＣｌ４、ＳｉＨＣｌ３等）を導入し、高温に加熱されたシリコン単結晶ウエーハ上にシリコン単結晶層（エピタキシャル層）を成長させることにより製造することができる。 When manufacturing a semiconductor device, an epitaxial wafer in which an epitaxial layer is formed on a wafer may be used. In general, for example, a silicon single crystal layer (epitaxial layer) is formed on a silicon single crystal wafer in which a source gas containing silicon (SiCl 4 , SiHCl 3, etc.) is introduced into a reaction furnace and heated to a high temperature. ) Can be grown.
エピタキシャル層の膜厚均一性は、エピタキシャルウエーハの最も重要な品質項目の一つであり、一般的に、赤外線を用いた光学的な計測方法によって評価される。また、エピタキシャルウエーハ全体の厚さ均一性（フラットネス）は、静電容量や光学変位計を原理とした手法で評価される。
しかしながら、ウエーハの外縁（エッジ）に近い最外周付近における膜厚均一性についてはあまり着目されてなかった。
The film thickness uniformity of the epitaxial layer is one of the most important quality items of the epitaxial wafer, and is generally evaluated by an optical measuring method using infrared rays. Further, the thickness uniformity (flatness) of the entire epitaxial wafer is evaluated by a technique based on the principle of capacitance or an optical displacement meter.
However, much attention has not been paid to the film thickness uniformity in the vicinity of the outermost periphery near the outer edge (edge) of the wafer.
ところが、近年の半導体デバイスの微細化やデバイス作製領域の拡大の観点から、ウエーハの最外周付近でも高い平坦度が要求されるようになり、ウエーハの最外周付近の平坦度や表面変位量に対する関心が高まっている。そして、最近では、ウエーハの最外周の形状を評価するため、例えば、ウエーハ最外周部のダレ量と跳ね上げ量を定量的に表したエッジロールオフ（単にロールオフという場合もある）と呼ばれる指標が用いられている。 However, in recent years, from the viewpoint of miniaturization of semiconductor devices and expansion of the device fabrication area, high flatness is required near the outermost periphery of the wafer, and interest in the flatness and surface displacement near the outermost periphery of the wafer is required. Is growing. And recently, in order to evaluate the shape of the outermost periphery of the wafer, for example, an index called edge roll-off (sometimes referred to simply as roll-off) that quantitatively represents the amount of sag and the amount of flip-up at the outermost periphery of the wafer Is used.
例えば直径３００ｍｍ（半径１５０ｍｍ）のシリコン単結晶ウエーハであれば、ウエーハの中心から１４７〜１４９ｍｍの間の表面の高さ変位量（図５のＢ）をロールオフとしたり、あるいはウエーハの表面形状が加速度的にダレた形状に変化し始める位置から、外縁により近い所定の位置までの表面変位量（図５のＡ、Ｃ）をロールオフとして評価する場合がある。
例えば、図４に示したようにウエーハの周辺部における表面変位量の２階微分の分布を算出し、表面変位量の２階微分が負の値になる位置（ロールオフ開始点）から、ウエーハの中心から１４９ｍｍ、すなわち外縁より１ｍｍ内側の位置までの表面変位量（図５のＡ）をロールオフとして評価する。この場合、ロールオフ開始点の高さを０とし、外縁１ｍｍ内側までダレた形状であれば、その変位量（ロールオフ）は−の値となり、逆に跳ね上げた形状であれば＋の値となる。そしてロールオフの絶対値が小さいほど最外周付近でも平坦度が高いと評価することができる。また、変位量（ロールオフ）の大きさをＲＯＡ（Ｒｏｌｌ Ｏｆｆ Ａｍｏｕｎｔ）という。
For example, in the case of a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm (
For example, as shown in FIG. 4, the distribution of the second derivative of the surface displacement at the periphery of the wafer is calculated, and the wafer is calculated from the position where the second derivative of the surface displacement becomes a negative value (roll-off start point). The surface displacement amount (A in FIG. 5) from the center of 149 mm to the
ロールオフの絶対値が小さいシリコン単結晶ウエーハを製造する方法は種々提案されている。例えば、シリコン単結晶ウエーハを研磨すると、ウエーハの周辺部が過剰に研磨され、図６に示したようにウエーハ１０の周辺部がダレた形状になり易い。そこで、例えば、面取り部にのみシリコンより研磨速度が遅い酸化膜等を形成した上で両面研磨を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。このような方法によれば、ウエーハの周辺部での過剰な研磨を防ぎ、ロールオフが小さいシリコン単結晶ウエーハを製造することができる。
Various methods for manufacturing a silicon single crystal wafer having a small absolute value of roll-off have been proposed. For example, when a silicon single crystal wafer is polished, the peripheral portion of the wafer is excessively polished, and the peripheral portion of the
近年、ロールオフの規格化要求はエピタキシャルウエーハにも及び、エピタキシャル層及びエピタキシャルウエーハの外周形状の制御が望まれている。しかしながら、従来のエピタキシャル成長技術では、図７に示したように最外周付近でエピタキシャル層２１の厚さが薄くなる場合があり、エピタキシャル成長前のシリコンウエーハ１０よりもエピタキシャル成長工程によってロールオフが悪化してしまうという問題がある。
In recent years, the standardization requirement of roll-off extends to the epitaxial wafer, and control of the outer peripheral shape of the epitaxial layer and the epitaxial wafer is desired. However, in the conventional epitaxial growth technique, as shown in FIG. 7, the thickness of the
最外周付近でも平坦度が高いエピタキシャルウエーハを製造する方法として、エピタキシャル成長後、砥石によって縮径面取り加工するか、レーザーによって周辺部を溶断する方法が提案されている（特許文献２参照）。
しかし、このような方法では、エピタキシャル成長後の縮径面取りや溶断によって発塵やワレが生じるおそれがあるほか、エピタキシャル成長後、ウエーハを縮径あるいは溶断する分、ウエーハが小さくなり、実質的に生産性や歩留りが著しく低下してしまうという問題がある。
As a method for manufacturing an epitaxial wafer having high flatness even near the outermost periphery, a method of chamfering the diameter after grinding with an abrasive wheel or a method of fusing the peripheral part with a laser has been proposed (see Patent Document 2).
However, in such a method, there is a possibility that dust generation and cracking may occur due to chamfering and fusing after diameter reduction after epitaxial growth, and the wafer is reduced in size by the amount of diameter reduction or fusing after epitaxial growth, so that productivity is substantially reduced. There is a problem that the yield is significantly reduced.
なお、ロールオフと同様に、ウエーハの最外周の形状を評価するための指標として、ＺＤＤと呼ばれる新しい指標も知られている。
このＺＤＤは、ウエーハ半径に対するウエーハの表面変位量の２階微分を意味する。ＺＤＤが＋の値の場合は、加速度的に跳ね方向に表面が変位していることを指し、反対に−の値の場合は、加速度的にダレ方向に表面が変位していることを指す。
Similar to the roll-off, a new index called ZDD is also known as an index for evaluating the outermost peripheral shape of the wafer.
This ZDD means a second-order derivative of the wafer surface displacement with respect to the wafer radius. When the value of ZDD is +, it indicates that the surface is displaced in the jump direction at an acceleration. On the other hand, when the value is-, it indicates that the surface is displaced in the sagging direction at an acceleration.
上記のような問題に鑑み、本発明は、エピタキシャル成長の際、最外周付近におけるエピタキシャル層の厚さ（あるいはエピタキシャル層のロールオフ、ＺＤＤ）を任意に制御してエピタキシャルウエーハを製造することができる方法を提供することを主な目的とする。 In view of the above problems, the present invention can manufacture an epitaxial wafer by arbitrarily controlling the thickness of the epitaxial layer (or epitaxial layer roll-off, ZDD) in the vicinity of the outermost periphery during epitaxial growth. The main purpose is to provide
上記目的を達成するため、本発明は、被処理ウエーハ上に原料ガスおよびキャリアガスを供給してエピタキシャル層を気相成長させることによりエピタキシャルウエーハを製造する方法において、前記供給するキャリアガスの流量を制御することにより、前記被処理ウエーハの周辺部に形成されるエピタキシャル層の厚さを制御することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a method for producing an epitaxial wafer by supplying a source gas and a carrier gas on a wafer to be processed and vapor-phase-growing an epitaxial layer. by controlling, that provides a method for manufacturing an epitaxial wafer, characterized by controlling the thickness of the epitaxial layer formed in the peripheral portion of the processed wafer.
後述するように、本発明者は、エピタキシャル層を気相成長させるときに供給するキャリアガスの流量と、ウエーハの周辺部に形成されるエピタキシャル層の厚さ（エピタキシャル層のロールオフ）との間に良好な相関関係があることを見出した。そこで、上記のように供給するキャリアガスの流量を制御することにより、被処理ウエーハの周辺部に形成されるエピタキシャル層の厚さを制御すれば、所望の値のロールオフやＺＤＤを有するエピタキシャルウエーハを製造することができる。 As will be described later, the present inventor found that the flow rate of the carrier gas supplied when the epitaxial layer is vapor-grown and the thickness of the epitaxial layer formed on the periphery of the wafer (epitaxial layer roll-off). Has a good correlation. Therefore, if the thickness of the epitaxial layer formed on the periphery of the wafer to be processed is controlled by controlling the flow rate of the carrier gas supplied as described above, the epitaxial wafer having a desired value of roll-off or ZDD can be obtained. Can be manufactured.
より具体的な方法として、本発明は、被処理ウエーハ上に原料ガスおよびキャリアガスを供給してエピタキシャル層を気相成長させることによりエピタキシャルウエーハを製造する方法において、前記供給するキャリアガスの流量と、前記エピタキシャル層の成長前後におけるロールオフまたはＺＤＤの差との相関関係を予め求め、該相関関係に基づいて、製品となる被処理ウエーハ上にエピタキシャル層を成長させるときに供給するキャリアガスの流量を制御することにより、該エピタキシャル層の成長後におけるロールオフまたはＺＤＤを制御することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法を提供する。 As a more specific method, the present invention relates to a method of manufacturing an epitaxial wafer by supplying a source gas and a carrier gas on a wafer to be processed and vapor-phase-growing an epitaxial layer. The flow rate of the carrier gas supplied when the epitaxial layer is grown on the wafer to be processed as a product based on the correlation obtained in advance with the roll-off or ZDD difference before and after the growth of the epitaxial layer. by controlling, that provides a method for manufacturing an epitaxial wafer, characterized by controlling the roll-off or ZDD after the growth of the epitaxial layer.
このように、まず、供給するキャリアガスの流量とエピタキシャル成長前後におけるロールオフまたはＺＤＤの差との相関関係を予め求め、この相関関係に基づいて、製品となる被処理ウエーハ上にエピタキシャル層を成長させるときに供給するキャリアガスの流量を制御して、エピタキシャル成長後におけるロールオフまたはＺＤＤを制御することで、従来に比べて確実に所望の値のロールオフまたはＺＤＤを有するエピタキシャルウエーハを製造することができ、ロールオフまたはＺＤＤの品質の安定化を図ることができる。 In this way, first, a correlation between the flow rate of the supplied carrier gas and the difference between roll-off or ZDD before and after epitaxial growth is obtained in advance, and an epitaxial layer is grown on the wafer to be processed as a product based on this correlation. By controlling the flow rate of the carrier gas sometimes supplied to control roll-off or ZDD after epitaxial growth, an epitaxial wafer having a desired value of roll-off or ZDD can be manufactured more reliably than before. In addition, the roll-off or ZDD quality can be stabilized.
この場合、前記ロールオフを、前記被処理ウエーハ又はエピタキシャルウエーハの表面変位量の２階微分が負の値になる位置から該被処理ウエーハ又はエピタキシャルウエーハの外縁より１ｍｍ内側の位置までの表面変位量とすることができる。
外縁に向かってダレている場合、ロールオフを上記のような範囲における表面変位量として制御すれば、エピタキシャル層の外周形状をより確実に制御することができ、所望の値のロールオフを有するエピタキシャルウエーハを製造することができる。
In this case, the roll-off is performed by changing the surface displacement from the position where the second derivative of the surface displacement of the wafer to be processed or the epitaxial wafer is a negative value to the
When the roll-off is controlled toward the outer edge, if the roll-off is controlled as the surface displacement in the above range, the outer peripheral shape of the epitaxial layer can be controlled more reliably, and an epitaxial having a roll-off of a desired value can be controlled. Wafers can be manufactured.
また、前記ＺＤＤを、前記被処理ウエーハ又はエピタキシャルウエーハのウエーハ半径に対する表面変位量の２階微分とすることができる。
外縁に向かってダレている場合、ＺＤＤを上記のようなものとして制御すれば、エピタキシャル層の外周形状をより確実に制御することができ、所望の値のＺＤＤを有するエピタキシャルウエーハを製造することができる。
Further, the ZDD, the Ru can be second-order derivative of the surface displacement amount with respect to the wafer radius of the processed wafer or epitaxial wafer.
In the case of sagging toward the outer edge, if the ZDD is controlled as described above, the outer peripheral shape of the epitaxial layer can be controlled more reliably, and an epitaxial wafer having a desired value of ZDD can be manufactured. it can.
また、前記原料ガスをトリクロロシランとし、前記キャリアガスを水素とすることができる。
このように原料ガスをトリクロロシランとし、キャリアガスを水素とすれば、被処理ウエーハ上に高品質のシリコン単結晶層を積層することができる。
Further, the raw material gas and trichlorosilane, the carrier gas Ru can be hydrogen.
Thus, if the source gas is trichlorosilane and the carrier gas is hydrogen, a high-quality silicon single crystal layer can be stacked on the wafer to be processed.
また、前記被処理ウエーハとして、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウエーハを用いることができる。
本発明は、特に近年要求される３００ｍｍ以上の大直径のシリコン単結晶ウエーハに対して有効である。エピタキシャル成長後、縮径加工等を行う必要がないため、３００ｍｍ以上の大直径であって、ロールオフが所望の値のエピタキシャルウエーハを提供することができる。
Further, examples of the treatment target wafer, diameter Ru can be used over a silicon single crystal wafer 300 mm.
The present invention is particularly effective for a silicon single crystal wafer having a large diameter of 300 mm or more, which is recently required. Since it is not necessary to perform diameter reduction after epitaxial growth, an epitaxial wafer having a large diameter of 300 mm or more and a desired roll-off value can be provided.
本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法であれば、従来に比べて確実にロールオフまたはＺＤＤが所望の値のエピタキシャルウエーハを製造することができ、エピタキシャルウエーハのロールオフまたはＺＤＤの品質を安定化させることができる。 With the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, it is possible to reliably manufacture an epitaxial wafer having a desired roll-off or ZDD value as compared with the conventional method, and to stabilize the roll-off or ZDD quality of the epitaxial wafer. Can do.
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明により、被処理ウエーハとして用意したシリコン単結晶ウエーハを用いてエピタキシャルウエーハを製造する場合について具体的に説明する。
本発明者は、シリコン単結晶ウエーハを用いてエピタキシャルウエーハを製造する場合において、エピタキシャル成長条件とエピタキシャル層の外周形状について調査及び研究を重ねた。その結果、エピタキシャル層を気相成長させるときに供給するキャリアガスの流量と、ロールオフまたはＺＤＤ（周辺部のエピタキシャル層の厚さ）との間に良好な相関関係があることを見出した。
Hereinafter, a case where an epitaxial wafer is manufactured using a silicon single crystal wafer prepared as a wafer to be processed according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The present inventor has repeatedly investigated and studied the epitaxial growth conditions and the outer peripheral shape of the epitaxial layer when manufacturing an epitaxial wafer using a silicon single crystal wafer. As a result, it was found that there is a good correlation between the flow rate of the carrier gas supplied when the epitaxial layer is vapor-phase grown and the roll-off or ZDD (peripheral epitaxial layer thickness).
そして、本発明者は、エピタキシャル成長時に供給するキャリアガスの流量を制御することにより、エピタキシャル層の最外周付近の形状、すなわちエピタキシャル層の厚さ、エピタキシャル層の成長後のロールオフまたはＺＤＤを制御することができることを見出し、本発明を完成させた。 The inventor controls the shape of the epitaxial layer near the outermost periphery, that is, the thickness of the epitaxial layer, the roll-off after the growth of the epitaxial layer, or ZDD by controlling the flow rate of the carrier gas supplied during the epitaxial growth. The present invention has been completed.
ここで、本発明のエピタキシャルウエーハの製造方法を実施するときに用いることができるエピタキシャル成長装置について説明する。使用するエピタキシャル成長装置は、供給するキャリアガスの流量を任意に制御することができれば特に限定されないが、例えば、図１に示したような枚葉式のエピタキシャル成長装置１を好適に使用することができる。このエピタキシャル成長装置１は、反応炉２の上下に加熱用ランプ３、４、回転可能なサセプタ５等を備えている。エピタキシャル成長の際には、サセプタ５上にシリコン単結晶ウエーハ６等の被処理ウエーハを載置し、トリクロロシラン等の原料ガスを、水素ガスをキャリアガスとして炉内に導入し、上下の加熱用ランプ３、４によってシリコン単結晶ウエーハ６を所定の温度に加熱することで、シリコン単結晶ウエーハ６上にエピタキシャル層を形成することができる。
Here, an epitaxial growth apparatus that can be used when carrying out the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention will be described. The epitaxial growth apparatus to be used is not particularly limited as long as the flow rate of the carrier gas to be supplied can be arbitrarily controlled. For example, a single wafer
このような枚葉式のエピタキシャル成長装置１は、直径が２００ｍｍ以上、特に３００ｍｍ以上となる大型のシリコン単結晶ウエーハを用いてエピタキシャル成長を行う場合にも対応できる点でも有利に使用することができる。
Such a single wafer type
さて、本発明によってエピタキシャルウエーハを製造する場合、まず、キャリアガスの流量と、エピタキシャル層の成長前後におけるロールオフの差との相関関係を求める。
この相関関係を求めるにあたって、まず、被処理ウエーハとして用意した直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウエーハの周辺部の表面の変位量を測定した。この測定にはＤｙｎａｓｅａｒｃｈ（Ｒａｙｔｅｘ社製）を用いた。
そして、上記のようなエピタキシャル成長装置を用い、原料ガスをトリクロロシラン、キャリアガスを水素ガスとし、この水素ガスを、異なる流量で、用意したシリコン単結晶ウエーハ上にそれぞれシリコン単結晶層を気相成長させた。キャリアガスの流量は、３５ｓｌｍ、４０ｓｌｍ、４５ｓｌｍ、４８ｓｌｍ、５５ｓｌｍ、６０ｓｌｍの６パターンとした。このとき使用したエピタキシャル成長装置をＣＨ−Ａとする。
エピタキシャル成長後、エピタキシャルウエーハの周辺部の表面の変位量を測定した。
When manufacturing an epitaxial wafer according to the present invention, first, the correlation between the flow rate of the carrier gas and the difference in roll-off before and after the growth of the epitaxial layer is obtained.
In obtaining this correlation, first, the displacement amount of the surface of the peripheral portion of a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm prepared as a wafer to be processed was measured. For this measurement, Dynasearch (manufactured by Raytex) was used.
Then, using the epitaxial growth apparatus as described above, the raw material gas is trichlorosilane, the carrier gas is hydrogen gas, and this hydrogen gas is vapor-grown on each of the prepared silicon single crystal wafers at different flow rates. I let you. The flow rate of the carrier gas was 6 patterns of 35 slm, 40 slm, 45 slm, 48 slm, 55 slm, and 60 slm. The epitaxial growth apparatus used at this time is CH-A.
After the epitaxial growth, the displacement amount of the surface of the peripheral portion of the epitaxial wafer was measured.
そして、上記のようにしてエピタキシャル成長前後のシリコンウエーハの周辺部における表面変位量の２階微分を求め、その値が負の値になる位置（ロールオフ開始点）から、ウエーハの外縁より１ｍｍ内側の位置までの変位量（ロールオフ）を、エピタキシャル成長前後においてそれぞれ得た。 Then, as described above, the second-order differential of the surface displacement amount in the peripheral portion of the silicon wafer before and after the epitaxial growth is obtained, and from the position where the value becomes a negative value (roll-off start point), 1 mm inside from the outer edge of the wafer. A displacement amount (roll-off) to the position was obtained before and after the epitaxial growth.
そして、エピタキシャル成長前後におけるロールオフ量（Ｒｏｌｌ−Ｏｆｆ Ａｍｏｕｎｔ：ＲＯＡ）の差（ΔＲＯＡ）を求めた。
図２のＣＨ−Ａのデータが、このときのキャリアガス（水素ガス）の各流量に対するΔＲＯＡである。
And the difference ((DELTA) ROA) of the roll-off amount (Roll-Off Amount: ROA) before and behind epitaxial growth was calculated | required.
The CH-A data in FIG. 2 is ΔROA for each flow rate of the carrier gas (hydrogen gas) at this time.
また、ＣＨ−Ａのデータを得たときに用いたエピタキシャル成長装置とは別のエピタキシャル成長装置を他に３台（ＣＨ−Ｂ、ＣＨ−Ｃ、ＣＨ−Ｄ）用意して、上記と同様にしてキャリアガスの流量を変化させてエピタキシャル成長を行い、キャリアガス（水素ガス）の各流量とΔＲＯＡとの関係を得た。それぞれの結果を図２に示す。 In addition, three other epitaxial growth apparatuses (CH-B, CH-C, CH-D) other than the epitaxial growth apparatus used when obtaining the CH-A data were prepared, and the carrier was prepared in the same manner as described above. Epitaxial growth was performed by changing the gas flow rate, and the relationship between each flow rate of the carrier gas (hydrogen gas) and ΔROA was obtained. Each result is shown in FIG.
ΔＲＯＡは、エピタキシャルウエーハのロールオフからエピタキシャル成長前のシリコンウエーハのロールオフを差し引いた値であり、ΔＲＯＡが正（＋）であれば、エピタキシャル工程で外周形状が跳ね上げたことを表し、負（−）であれば、エピタキシャル工程で外周形状がダレたことを表す。また、ΔＲＯＡが０に近ければ、エピタキシャル成長前後でのロールオフの変化量が小さく、すなわち、最外周付近でのエピタキシャル層の膜厚均一性が高いことを表す。 ΔROA is a value obtained by subtracting the roll-off of the silicon wafer before the epitaxial growth from the roll-off of the epitaxial wafer. ) Indicates that the outer peripheral shape is sag in the epitaxial process. Further, if ΔROA is close to 0, the change amount of roll-off before and after epitaxial growth is small, that is, the film thickness uniformity of the epitaxial layer near the outermost periphery is high.
その結果、図２に示すように、キャリアガスである水素ガスの流量とΔＲＯＡとの間にそれぞれ良好な相関関係が見られる。すなわち、図２では、水素ガスの流量を高くすれば高くするほどΔＲＯＡが大きくなり、周辺でのエピタキシャル層の厚さを厚くすることができることがわかる。
また図２に示すように、使用するエピタキシャル成長装置によって上記のキャリアガスおよびΔＲＯＡとの相関関係には差が見られるので、使用するエピタキシャル成長装置ごとに相関関係を予め調べておく。
As a result, as shown in FIG. 2, there is a good correlation between the flow rate of hydrogen gas as the carrier gas and ΔROA. That is, in FIG. 2, it can be seen that ΔROA increases as the flow rate of hydrogen gas increases, and the thickness of the epitaxial layer in the periphery can be increased.
Also, as shown in FIG. 2, there is a difference in the correlation between the carrier gas and ΔROA depending on the epitaxial growth apparatus used, so the correlation is examined in advance for each epitaxial growth apparatus used.
このようにしてエピタキシャル成長装置ごとのキャリアガスの流量とエピタキシャル層の成長前後におけるロールオフの差との相関関係を求めた後、実際に製品となる被処理ウエーハ上にエピタキシャル層を気相成長させる。このとき、上記のようにして求めた相関関係に基づいて、供給するキャリアガスの流量を制御することにより、エピタキシャル層の成長後におけるロールオフを所望の値となるように制御する。
このときキャリアガスの流量をどのような値に制御するかは、目標とするエピタキシャル層の成長後におけるロールオフの値に応じてその都度決定することができる。
In this way, after obtaining the correlation between the flow rate of the carrier gas for each epitaxial growth apparatus and the difference in roll-off between before and after the growth of the epitaxial layer, the epitaxial layer is vapor-phase grown on the wafer to be actually processed. At this time, the roll-off after the growth of the epitaxial layer is controlled to a desired value by controlling the flow rate of the supplied carrier gas based on the correlation obtained as described above.
At this time, what value the carrier gas flow rate is controlled to can be determined each time according to the roll-off value after the growth of the target epitaxial layer.
以下に具体的手段を説明する。
まず、製品となる被処理ウエーハ（直径３００ｍｍのシリコンウエーハ）を用意し、その周辺部の表面の変位量を測定してロールオフを求める。
この求めたロールオフと、目標とするエピタキシャル層の成長後のロールオフとを比べ、ウエーハ周辺部の形状変化の方向（エピタキシャル成長によって跳ね上げるのか、ダレさせるのか）と必要な変化量（すなわち、ΔＲＯＡ）を見積もる。
この見積もりのようにエピタキシャル層を成長させるために、予め求めておいた図２のような相関関係に基づいて、キャリアガスである水素ガスの必要な流量を決定する。
そして、実際に、エピタキシャル成長時に水素ガスを決定された流量で制御することで、ウエーハ周辺部において成長するエピタキシャル層の厚さを制御し、エピタキシャル層成長後のロールオフを制御する。
Specific means will be described below.
First, a wafer to be processed (a silicon wafer having a diameter of 300 mm) as a product is prepared, and a roll-off is obtained by measuring a displacement amount of the surface of the peripheral portion.
The calculated roll-off is compared with the roll-off after the growth of the target epitaxial layer, and the shape change direction (whether it is flipped up or sagged by epitaxial growth) and the required change amount (ie, ΔROA) ).
In order to grow the epitaxial layer as in this estimation, the required flow rate of the hydrogen gas as the carrier gas is determined based on the correlation shown in FIG.
And actually, by controlling the hydrogen gas at the determined flow rate at the time of epitaxial growth, the thickness of the epitaxial layer grown at the wafer peripheral portion is controlled, and the roll-off after the epitaxial layer growth is controlled.
例えば、周辺部にダレや跳ねが生じていないエピタキシャルウエーハを製造することを目標とし、周辺部にダレが生じているシリコン単結晶ウエーハを用いてそのエピタキシャルウエーハを製造する際、意図的にエピタキシャル層の外周形状を跳ね上げる必要がある。ここで、エピタキシャル成長装置（ＣＨ−Ａ）を用いる場合であれば、図２のＣＨ−Ａの関係に基づき、キャリアガスである水素ガスの流量を５０ｓｌｍ程度以上の成長条件でエピタキシャル成長を行えばよい。このような成長条件のもとエピタキシャル成長を行うことで周辺部におけるエピタキシャル層の厚みを増すことができ、外周形状がよりフラットなエピタキシャルウエーハを製造することができる。 For example, when an epitaxial wafer is produced using a silicon single crystal wafer having a sagging in the peripheral part, the objective is to produce an epitaxial wafer having no sagging or splashing in the peripheral part. It is necessary to flip up the outer peripheral shape of the. Here, if an epitaxial growth apparatus (CH-A) is used, epitaxial growth may be performed under a growth condition of a flow rate of hydrogen gas as a carrier gas of about 50 slm or more based on the relationship of CH-A in FIG. By performing epitaxial growth under such growth conditions, the thickness of the epitaxial layer in the peripheral portion can be increased, and an epitaxial wafer with a flatter outer peripheral shape can be manufactured.
また、周辺部が跳ねているシリコン単結晶ウエーハを用いて、意図的にエピタキシャル層の外周形状をダレさせるのであれば、図２の関係に基づいて、水素ガスの流量を４８ｓｌｍ程度以下の成長条件でエピタキシャル成長を行えば良い。周辺部でのエピタキシャル層の厚みを他の部分に比べて薄くすることができ、結果として、やはり外周形状がよりフラットなエピタキシャルウエーハを製造することが可能である。 In addition, if the peripheral shape of the epitaxial layer is intentionally sagged using a silicon single crystal wafer whose peripheral portion is bounced, a growth condition in which the flow rate of hydrogen gas is about 48 slm or less based on the relationship shown in FIG. Epitaxial growth may be performed. The thickness of the epitaxial layer at the peripheral portion can be reduced as compared with other portions, and as a result, it is possible to manufacture an epitaxial wafer having a flatter outer shape.
なお、ここでは、ロールオフという指標を用いた場合について説明したが、ＺＤＤという指標を用いた場合でも、同様に、エピタキシャル成長前後のＺＤＤの差とキャリアガスの流量の関係を予め求めておき、その関係に基づいて、実際にキャリアガス流量を制御し、エピタキシャル成長後におけるＺＤＤを所望のように制御することができる。このとき、ＺＤＤの測定は、例えばＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて行うことができる。 Here, the case where the index of roll-off is used has been described, but even when the index of ZDD is used, similarly, the relationship between the ZDD difference before and after epitaxial growth and the flow rate of the carrier gas is obtained in advance. Based on the relationship, the carrier gas flow rate is actually controlled, and the ZDD after epitaxial growth can be controlled as desired. At this time, the measurement of ZDD can be performed using, for example, WaferSight (manufactured by KLA-Tencor).
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウエーハを用意し、平坦度・ナノトポグラフィー測定装置としてＤｙｎａｓｅａｒｃｈ（Ｒａｙｔｅｘ社製）を用いてウエーハ周辺部における表面の高さ変位量（図５のＡ）を測定し、ロールオフを求めた。
エピタキシャル成長装置を用い、原料ガスをトリクロロシラン、キャリアガスを水素ガスとして、このウエーハにエピタキシャル成長を行った。
そして、エピタキシャル成長後、エピタキシャルウエーハの周辺部の表面の変位量を測定した。
これを、３５ｓｌｍ、４０ｓｌｍ、４５ｓｌｍ、４８ｓｌｍ、５５ｓｌｍ、６０ｓｌｍの水素ガスの流量でそれぞれ実施し、使用したエピタキシャル成長装置における、水素ガスの流量とエピタキシャル層の成長前後におけるロールオフの差との相関関係を求めた。
この結果、図２のＣＨ−Ａと同様の相関関係が得られた。
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
A silicon single crystal wafer with a diameter of 300 mm was prepared, and the surface height displacement (A in FIG. 5) at the wafer periphery was measured using Dynasearch (manufactured by Raytex) as a flatness / nanotopography measuring device, and a roll Sought off.
Using an epitaxial growth apparatus, epitaxial growth was carried out on this wafer using trichlorosilane as a source gas and hydrogen gas as a carrier gas.
And after epitaxial growth, the displacement amount of the surface of the peripheral part of an epitaxial wafer was measured.
This is carried out at a flow rate of hydrogen gas of 35 slm, 40 slm, 45 slm, 48 slm, 55 slm, and 60 slm, respectively. In the used epitaxial growth apparatus, the correlation between the hydrogen gas flow rate and the difference in roll-off before and after the growth of the epitaxial layer is shown. Asked.
As a result, the same correlation as that of CH-A in FIG. 2 was obtained.
次に、製品となる直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウエーハを別に用意し、上記と同様にしてウエーハ周辺部における表面の高さ変位量を測定した。
そして、ウエーハ周辺部における表面の高さ変位量のデータから、ロールオフ開始点からウエーハの外縁から１ｍｍ内側までのロールオフの量を求めたところ、外縁に向かってダレており２７３ｎｍであった。
Next, a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm as a product was separately prepared, and the amount of surface height displacement at the periphery of the wafer was measured in the same manner as described above.
The amount of roll-off from the roll-off start point to the 1 mm inner side from the outer edge of the wafer was determined from the data on the surface height displacement at the wafer periphery, and it was 273 nm.
ここで、このロールオフの量を改善し、エピタキシャル成長後のロールオフを２００ｎｍ（ダレ）とすることを目標とした。したがって、ロールオフの変化量は正の方向に約７０ｎｍで絶対値が小さくなる。そこで、図２のＣＨ−Ａの相関関係に基づいて、実際にエピタキシャル成長を行うときの水素ガスの流量を、ΔＲＯＡが７０ｎｍ程度となる６０ｓｌｍに設定してエピタキシャル成長を行った。 Here, the amount of roll-off was improved, and the goal was to set the roll-off after epitaxial growth to 200 nm (sag). Therefore, the absolute value of the change amount of roll-off becomes small at about 70 nm in the positive direction. Therefore, based on the correlation of CH-A in FIG. 2, the epitaxial growth was performed by setting the flow rate of hydrogen gas during actual epitaxial growth to 60 slm at which ΔROA is about 70 nm.
エピタキシャル成長後のウエーハについてロールオフを測定したところ、その量は２０１ｎｍ（ダレ）であった。すなわち、本発明によって、ほぼ狙い通りの値にロールオフを制御することができた。 When the roll-off of the wafer after epitaxial growth was measured, the amount was 201 nm (sag). That is, according to the present invention, the roll-off can be controlled to a value almost as intended.
（実施例２）
実施例１とは逆に、ロールオフの量を大きくして、エピタキシャル成長後のロールオフを３２０ｎｍ（ダレ）とすることを目標（ロールオフの変化量は負の方向に約５０ｎｍで絶対値が大きくなる）とし、図２のＣＨ−Ａの相関関係に基づいて、水素ガスの流量を、ΔＲＯＡが−５０ｎｍ程度となる４０ｎｍに設定してエピタキシャル成長を行った。
(Example 2)
Contrary to Example 1, the goal is to increase the roll-off amount and set the roll-off after epitaxial growth to 320 nm (sag) (the amount of change in roll-off is about 50 nm in the negative direction and the absolute value is large) The epitaxial growth was performed with the flow rate of hydrogen gas set to 40 nm at which ΔROA was about −50 nm based on the CH-A correlation of FIG.
エピタキシャル成長後のウエーハについてロールオフを測定したところ３２０ｎｍ（ダレ）であり、ダレを大きくする場合についても目標を達成することができた。 When the roll-off of the wafer after the epitaxial growth was measured, it was 320 nm (sag), and the target could be achieved even when the sag was increased.
（実施例３）
直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウエーハを用意して、ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いてウエーハ周辺部（ウエーハの中心から１４８ｍｍ）における表面変位量の２階微分（ＺＤＤ）を求めた。
エピタキシャル成長装置を用い、原料ガスをトリクロロシラン、キャリアガスを水素ガスとして、このウエーハにエピタキシャル成長を行った。
そして、エピタキシャル成長後に、成長前と同様に、エピタキシャルウエーハの周辺部（ウエーハ中心から１４８ｍｍ）におけるＺＤＤを求めた。ＺＤＤが正の側は、エピタキシャル成長によってウエーハ周辺部の形状が跳ねあがったことを示しており、逆に、負の側は、エピタキシャル成長によってウエーハ周辺部の形状がダレたことを示している。
これを、３５ｓｌｍ、４０ｓｌｍ、５０ｓｌｍ、６０ｓｌｍ、７２ｓｌｍ、８０ｓｌｍの水素ガスの流量でそれぞれ実施し、使用したエピタキシャル成長装置における、水素ガスの流量とエピタキシャル層の成長前後におけるＺＤＤの差との相関関係を求めた。
この結果、図３に示す相関関係が得られた。
(Example 3)
A silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm was prepared, and the second derivative (ZDD) of the surface displacement at the wafer periphery (148 mm from the center of the wafer) was obtained using WaferSight (manufactured by KLA-Tencor).
Using an epitaxial growth apparatus, epitaxial growth was carried out on this wafer using trichlorosilane as a source gas and hydrogen gas as a carrier gas.
Then, after the epitaxial growth, the ZDD in the peripheral portion of the epitaxial wafer (148 mm from the wafer center) was obtained in the same manner as before the growth. The positive side of ZDD indicates that the shape of the peripheral portion of the wafer has jumped due to epitaxial growth, and the negative side indicates that the shape of the peripheral portion of the wafer has been damaged due to epitaxial growth.
This is performed at the flow rates of hydrogen gas of 35 slm, 40 slm, 50 slm, 60 slm, 72 slm, and 80 slm, respectively, and the correlation between the flow rate of hydrogen gas and the difference in ZDD before and after the growth of the epitaxial layer is obtained in the used epitaxial growth apparatus. It was.
As a result, the correlation shown in FIG. 3 was obtained.
図３に示すように、キャリアガスの流量を大きくするほどΔＺＤＤの値が大きくなっており、キャリアガスの流量が７２ｓｌｍ、８０ｓｌｍでは、ΔＺＤＤが０ｎｍ／ｍｍ２より大きく、ウエーハ周辺部の形状がエピタキシャル成長前に比べて跳ね上がっていることがわかる。このように、キャリアガスの流量により、エピタキシャル外周形状が変化することがわかる。 As shown in FIG. 3, as the carrier gas flow rate increases, the value of ΔZDD increases. When the carrier gas flow rate is 72 slm and 80 slm, ΔZDD is larger than 0 nm / mm 2 and the shape of the periphery of the wafer is epitaxially grown. You can see that it jumped up compared to before. Thus, it can be seen that the epitaxial outer peripheral shape changes depending on the flow rate of the carrier gas.
次に、製品となる直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウエーハを別に用意し、上記と同様にしてウエーハ周辺部（ウエーハ中心から１４８ｍｍ）におけるＺＤＤを求めたところ、その値は−１０５ｎｍ／ｍｍ２（すなわちダレている）であった。 Next, a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm as a product was separately prepared, and the ZDD at the wafer peripheral portion (148 mm from the wafer center) was obtained in the same manner as described above. The value was −105 nm / mm 2 (ie, sagging). It was).
ここで、このＺＤＤの値を改善し、エピタキシャル成長後のＺＤＤを−９０ｎｍ／ｍｍ２とすることを目標とした。したがって、ＺＤＤは正の方向に約１５ｎｍ／ｍｍ２で絶対値が小さくなる。そこで、図３の相関関係に基づいて、実際にエピタキシャル成長を行うときの水素ガスの流量を、ΔＺＤＤが１５ｎｍ／ｍｍ２程度となる８０ｓｌｍに設定してエピタキシャル成長を行った。 Here, the ZDD value was improved, and the target was to set the ZDD after epitaxial growth to -90 nm / mm 2 . Therefore, the absolute value of ZDD becomes small at about 15 nm / mm 2 in the positive direction. Therefore, based on the correlation shown in FIG. 3, the epitaxial growth was performed by setting the flow rate of hydrogen gas during actual epitaxial growth to 80 slm at which ΔZDD is about 15 nm / mm 2 .
エピタキシャル成長後のウエーハについてＺＤＤを測定したところ、−９１ｎｍ／ｍｍ２であった。すなわち、本発明によって、ほぼ狙い通りの値にＺＤＤを制御することができた。 It was -91 nm / mm < 2 > when ZDD was measured about the wafer after epitaxial growth. That is, according to the present invention, ZDD could be controlled to a value almost as intended.
このように、本発明のように、エピタキシャル成長時のキャリアガスの流量を制御することにより、被処理ウエーハの周辺部に形成されるエピタキシャル層の厚さ、つまりはエピタキシャル層の成長後のロールオフまたはＺＤＤを制御することができる。
特には、使用するエピタキシャル成長装置ごとに、予め、キャリアガスの流量と、エピタキシャル層の成長前後のロールオフまたはＺＤＤの差との相関関係を求めておき、この相関関係に基づいてキャリアガスの流量を設定することにより、所望の値のロールオフまたはＺＤＤを有するエピタキシャルウエーハを得ることができる。
すなわち、本発明によって、エピタキシャルウエーハのロールオフやＺＤＤの品質を安定化させることができる。
As described above, by controlling the flow rate of the carrier gas during epitaxial growth as in the present invention, the thickness of the epitaxial layer formed in the peripheral portion of the wafer to be processed, that is, roll-off after the growth of the epitaxial layer or ZDD can be controlled.
In particular, for each epitaxial growth apparatus to be used, a correlation between the carrier gas flow rate and the roll-off or ZDD difference before and after the growth of the epitaxial layer is obtained in advance, and the carrier gas flow rate is determined based on this correlation. By setting, an epitaxial wafer having a desired value of roll-off or ZDD can be obtained.
That is, according to the present invention, the roll-off of the epitaxial wafer and the quality of ZDD can be stabilized.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and the present invention has the same configuration as that of the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
例えば、枚葉式エピタキシャル装置を使用してエピタキシャル成長を行う場合について説明したが、使用できる装置はこのタイプのものに限定されず、キャリアガスの流量を適切に制御することができれば、バッチ方式であるシリンダー型やパンケーキ型等の他のタイプの装置を使用することができる。
また、被処理ウエーハの大きさも３００ｍｍのものに限定されず、ウエーハの大きさは要求に応じて適宜選択すれば良い。
さらには、キャリアガスや原料ガスも、当然、目的に合わせて適宜適切なものを選択できる。
For example, the case where epitaxial growth is performed using a single wafer type epitaxial apparatus has been described. However, the apparatus that can be used is not limited to this type, and is a batch system if the flow rate of the carrier gas can be appropriately controlled. Other types of equipment such as cylinder type or pancake type can be used.
Further, the size of the wafer to be processed is not limited to that of 300 mm, and the size of the wafer may be appropriately selected according to demand.
Furthermore, as a matter of course, appropriate carrier gas and source gas can be selected according to the purpose.
１…エピタキシャル成長装置、 ２…反応炉、 ３，４…加熱用ランプ、 ５…サセプタ、 ６、１０…シリコン単結晶ウエーハ、 ２１…エピタキシャル層。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記供給するキャリアガスの流量を制御することにより、前記被処理ウエーハである直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウエーハの周辺部に形成されるエピタキシャル層の厚さを制御するとき、
前記原料ガスをトリクロロシランとし、前記キャリアガスを水素とし、かつ、
該水素ガスの流量と、前記エピタキシャル層の成長前後におけるロールオフまたはＺＤＤの差との相関関係を予め求め、
該相関関係に基づいて、製品となる被処理ウエーハ上にエピタキシャル層を成長させるときに供給する水素ガスの流量を制御することにより、該エピタキシャル層の成長後におけるロールオフまたはＺＤＤを制御することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。 In a method of manufacturing an epitaxial wafer by supplying a source gas and a carrier gas on a wafer to be processed and vapor-growing an epitaxial layer,
By controlling the flow rate of the carrier gas to be supplied, when controlling the thickness of the epitaxial layer formed on the periphery of the silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm or more, which is the wafer to be processed ,
The source gas is trichlorosilane, the carrier gas is hydrogen, and
A correlation between the flow rate of the hydrogen gas and the difference in roll-off or ZDD before and after the growth of the epitaxial layer is obtained in advance,
Controlling roll-off or ZDD after growth of the epitaxial layer by controlling the flow rate of hydrogen gas supplied when growing the epitaxial layer on the wafer to be processed as a product based on the correlation. A method for producing an epitaxial wafer, which is characterized.
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