JP5444874B2

JP5444874B2 - エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法

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Description

この発明はエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、詳しくはエピタキシャルシリコンウェーハの外周部の表面平坦性が高まるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。

エピタキシャルシリコンウェーハは、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成膜することで製造される。具体的には、エピタキシャル成長装置のチャンバ内に配置されたサセプタにシリコンウェーハを載置し、その後、チャンバ内に成長ガスを流しながら、ヒータの熱を利用し、反応ガスを熱分解または還元する。これにより、シリコンウェーハの表面にシリコンが析出し、エピタキシャル膜が成長される。

近年、デバイスの微細化やデバイス形成領域の拡大の観点から、エピタキシャル膜の表面の外周領域、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハの表面の外周領域に高い平坦性が要求されている。そこで、ウェーハ外周領域のダレ量と跳ね上げ量とを定量的に表したロールオフという指標が注目されている。ロールオフを利用し、エピタキシャル膜の成膜を制御する。この制御方法では、例えばロールオフ開始点の高さを０とし、ウェーハ外周部にダレが生じていれば、ロールオフ（変位量）は−の値となる。反対に、跳ね上げた形状であれば＋の値となる。すなわち、ロールオフの絶対値が小さいほど、エピタキシャルシリコンウェーハの最外周付近でも平坦性が高まることになる。

特開２００７−１４２３２６号公報

ところで、成膜時、シリコンウェーハはその裏面がサセプタにより部分的に支持されている。そのため、ウェーハ裏面とサセプタとの非接触部分では、成長ガスの一部がウェーハ裏面に回り込み、シリコンウェーハの外周部に裏面デポジション（裏面デポ）が現出していた。裏面デポジションとは、エピタキシャル成長時にウェーハ裏面の外周部に成長するシリコンで、主表面のエピ膜厚の約２〜５％程度の、厚さ数１０ｎｍのシリコン析出物である。
また、成膜前のシリコンウェーハは、研磨による鏡面加工が施されている。そのため、ウェーハの外周部には、研磨に起因したロールオフ（研磨ロールオフ）が生じていた。

さらに、前記特許文献１には、このような裏面デポジションや研磨ダレが発生したシリコンウェーハに対して、外周部の表面の平坦性を改善する具体的な対策が開示されていなかった。その結果、このような外周形状のシリコンウェーハに対しては、エピタキシャル膜の外周部の表面平坦性、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハの外周部の表面平坦性が低下していた。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦性適用領域が狭くなり、エピタキシャルシリコンウェーハから製造されるデバイスの歩留まりが小さくなっていた。

そこで、発明者は、鋭意研究の結果、シリコンウェーハの裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値と、シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤ（ＳｉｔｅＦｒｏｎｔｌｅａｓｔｓＱａｕｒｅｓｓｉｔｅＤｅｖｉａｔｉｏｎ）のウェーハ周方向の平均値と、エピタキシャル膜のウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるように、エピタキシャル膜の成膜条件を決定し、エピタキシャル膜のロールオフを制御すれば、これらの課題は全て解消されることを知見し、この発明を完成させた。

この発明は、エピタキシャルシリコンウェーハの外周部の表面平坦性を高めることができ、平坦性適用領域を拡大してデバイスの歩留まりも大きくすることができるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、シリコンウェーハの表面に成長ガスを供給してエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、前記シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値を算出し、前記シリコンウェーハと同一のダミーウェーハを用いてダミーエピタキシャル膜を成膜し、その後、該ダミーウェーハの外周部の裏面に発生した裏面デポジションのダミーウェーハ周方向の厚さの平均値を算出し、前記シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値と、前記ダミーウェーハの外周部の裏面に発生した裏面デポジションのダミーウェーハ周方向の厚さの平均値と、当該シリコンウェーハのシリコンウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるように、このロールオフの平均値を決定し、決定したロールオフの平均値に基づいて、予め得られたエピタキシャル膜の成膜条件を参照することにより、該エピタキシャル膜の成膜条件を決定するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。

請求項１に記載の発明によれば、ウェーハ外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値を算出する。次に、シリコンウェーハと同一のダミーウェーハを用いてダミーエピタキシャル膜を成膜し、その後、ダミーウェーハの外周部の裏面に発生した裏面デポジションのダミーウェーハ周方向の厚さの平均値とを算出する。これらの平均値に基づいてウェーハ周方向のロールオフの平均値を決定する。すなわち、ＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値に、裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値と、エピタキシャル膜のウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるように、当該シリコンウェーハのエピタキシャル膜の成膜条件を決定する。決定したロールオフの値に基づき、予め得られたエピタキシャル膜の成膜条件を参照することにより、当該シリコンウェーはのエピタキシャル膜の製膜条件を決定する。これにより、エピタキシャル膜の外周部の表面平坦性、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハの外周部の表面平坦性を高めることができる。その結果、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハから製造されるデバイスの歩留まりが高まる。

シリコンウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。また、シリコンウェーハの大きさ（直径）は、例えば２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどである。
エピタキシャル成長方法は、成長ガスをチャンバ内に流す気相成長であれば任意である。例えば、常圧気相成長、減圧気相成長などを採用することができる。チャンバの形状による分類としては、例えばシリコンウェーハを１枚ずつ処理する枚葉タイプ、複数枚を纏めて処理するバッチタイプを採用することができる。
成長ガスは、水素ガスなどのキャリアガスと、反応ガスとの混合ガスである。反応ガスとしては、ＳｉＨ_４ガス、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２ガス、ＳｉＣｌ_４ガス、ＳｉＨＣｌ_３ガスなどを採用することができる。また、成長ガスには、所定のドーパントガス（ＰＨ_３ガスまたはＢ_２Ｈ_６ガス）が混入される。このとき、ドーパント濃度は、全てのシリコンウェーハに対するエピタキシャル成長に共通して同一である。

裏面デポジションの測定領域は、例えば、シリコンウェーハ（ダミーウェーハ）の裏面のうち、シリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２〜６ｍｍの環状領域である。
裏面デポジションは、厚さが数１０ｎｍ程度と薄くて厚さにバラツキがある。そのため、ウェーハの最外周付近の表面形状を計測するフーリエ変換赤外分光装置（ＦＴＩＲ：ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍＩｎｆｒａｒｅｄ）などを利用しても、その測定は困難である。ＦＴＩＲとは、例えば、測定対象物がエピタキシャルシリコンウェーハの場合、シリコンウェーハの表面に成膜されたエピタキシャル膜の表面に赤外光を照射し、エピタキシャル膜の表面で反射する反射光と、エピタキシャル膜とシリコンウェーハとの界面（境界）で反射する反射光とを検出器に入射させ、それらの光路差を測定してエピタキシャル膜の膜厚を検出する方法である。

このように、ＦＴＩＲでの測定が困難であるため、例えば以下の方法による裏面デポジションの測定が考えられる。すなわち、まずエピタキシャル膜の成膜前に、ＦＴＩＲにより測定が可能な厚さの補助膜をウェーハ裏面の全域にエピタキシャル成長させ、その厚さをＦＴＩＲにより測定しておく。次に、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜（ダミーエピタキシャル膜）を成膜させるとともに、ウェーハ裏面に裏面デポジションを現出させる。次いで、ＦＴＩＲを使用し、補助膜の上に裏面デポジションが成膜された積層体の厚さを測定する。その後、この積層体の厚さから前記補助膜の厚さを減算することで、裏面デポジションの厚さが簡単に求められる。

裏面デポジションの測定に際しては、シリコンウェーハと補助膜とにＦＴＩＲ法により検出可能な不純物（ボロンなど）の濃度差を与えて、シリコンウェーハと補助膜との界面で光線を反射させる必要がある。具体的には、シリコンウェーハに不純物が５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の高濃度でドープされ、補助膜に不純物が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の低濃度でドープされる。ここで、Ｐ型ウェーハの場合、不純物としてはボロン（Ｂ）などを採用することができる。また、Ｎ型ウェーハの場合、不純物としてはリン（Ｐ）、Ａｓ、Ｓｂなどを採用することができる。

また、補助膜の不純物の濃度は、裏面デポジションの不純物の濃度、つまり、ウェーハ表面に成膜されるエピタキシャル膜の不純物濃度と同じまたはほぼ等しい濃度としておくことが好ましい。これは、裏面デポジション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、被測定物である裏面デポジションと補助膜との境界でＦＴＩＲ法における赤外線の反射を発生させないためである。
補助膜の厚さは、０．３〜５μｍ、好ましくは１〜３μｍ、さらに好ましくは２μｍ程度である。補助膜の膜厚が０．３μｍ未満では、ＦＴＩＲによる合算膜厚の測定が正確に行えないおそれがある。また、補助膜の膜厚が５μｍを超えれば、補助膜の成膜に長時間を要するとともに、補助膜の成長ガスの使用量が増大し、作業効率が低下してコスト高を招く。

「裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値」とは、シリコンウェーハの外周部の裏面において、ウェーハ中心点を基準とし、半径１４８ｍｍ位置および１４４ｍｍ位置を５度毎に全周厚み測定した差分から裏面デポジションを測定し、それを平均した値である。
ここでいう「ＳＦＱＤ」とは、ウェーハ外周部の表面全域を例えば１２０ｍｍ〜１４８ｍｍを５度間隔のセルに分割し、ベストフィット法で求めた基準面と、各セルに発生している凸部または凹部との標高差の最大値を絶対値で表したものをいう。

「ＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値」とは、各セルの前記数値を平均化した値である。
「エピタキシャル膜のウェーハ周方向のロールオフの平均値」とは、エピタキシャル膜の外周部において、ウェーハ中心点を基準とした角度で例えば５°毎に中心から１４８ｍｍ位置と１４４ｍｍ位置のエピ膜厚を測定しその差分を平均した値である。

ここでいう「ロールオフ」とは、ウェーハ外周領域のダレ量と跳ね上げ量とを定量的に表した指標である。エピタキシャル膜の外周部の表面上で、ロールオフ開始点の高さを０とした場合、ウェーハ外周部にダレが生じていれば、ロールオフは−の値となる。反対に、ウェーハ外周部が跳ね上げた形状であれば、ロールオフは＋の値となる。よって、ロールオフの絶対値が小さいほど、エピタキシャル膜（エピタキシャルシリコンウェーハ）の外周部の平坦性は高くなる。
ここでいう「ロールオフ開始点」とは、エピタキシャル膜の外周部の表面において、その外周形状が加速度的に変位（ダレまたは跳ね上げ）した点をいう。

前記合算した値が０となるようにエピタキシャル膜の成膜条件を決定（ロールオフを制御）する方法としては、例えばエピタキシャル膜の成長温度や成長速度を調整する方法などを採用することができる。その他、サセプタ形状を変更し、ウェーハ外周部における成長ガスの流速（接触速度）を変更するという方法でもよい。具体的には、裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値が＋３０ｎｍで、ＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値が−２０ｎｍの場合、これらを加算した値（＋１０ｎｍ）と、エピタキシャル膜のウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるように、エピタキシャル膜のロールオフの目標値は−１０ｎｍとする。

請求項２に記載の発明は、前記エピタキシャル膜の成膜は、エピタキシャル成長装置のチャンバ内に水平設置されたサセプタのザグリに前記シリコンウェーハを収納し、前記シリコンウェーハの表面に平行に前記成長ガスを供給し、前記エピタキシャル膜の成長温度、該エピタキシャル膜の成長速度、前記ザグリの周側壁の高さのうち、少なくとも１つを調整することで行われる請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。

請求項２に記載の発明によれば、サセプタを使用したエピタキシャル膜の成膜方法において、エピタキシャル膜の成膜は、エピタキシャル膜の成長温度、その成長速度、ザグリの周側壁の高さのうち、少なくとも１つを調整することで行われる。これにより、ウェーハ外周部のエピタキシャル膜厚を変化させ、エピタキシャルウェーハを任意のロールオフ量に設定できる。

成長温度を高めれば、ウェーハ外周部へのシリコンの析出が促進され、エピタキシャル膜の外周部は、跳ね上げ傾向（跳ね上げの場合、ロールオフは＋の値）となる。反対に、成長温度を低くすれば、ウェーハ外周部へのシリコンの析出が抑制され、エピタキシャル膜の外周部は、ダレる傾向（ダレの場合、ロールオフは−の値）となる。
成長速度を高めれば、ウェーハ外周部へのシリコンの析出が抑制され、エピタキシャル膜の外周部が、ダレる傾向となる。反対に、成長温度を低くすれば、シリコンの析出が促進され、エピタキシャル膜の外周部は、跳ね上げ傾向となる。
ザグリの周側壁（肩口）を高めれば、ウェーハ外周部へのシリコンの析出が抑制され、エピタキシャル膜の外周部にダレが生じる傾向となる。反対に、ザグリの周側壁を低くすれば、シリコンの析出が促進され、エピタキシャル膜の外周部は跳ね上げ傾向となる。

ロールオフを制御するエピタキシャル膜の成長条件としては、例えば、エピタキシャル膜の成長温度、エピタキシャル膜の成長速度、ザグリの周側壁の高さのうち、選出された何れか１つ、または何れか２つ、もしくはこれらの全てである。
エピタキシャル成長装置としては、例えば、チャンバを本体とし、チャンバの中央部に、１枚または複数枚のシリコンウェーハが載置されるザグリ付きのサセプタが水平配置され、かつチャンバの上下にヒータが配設されたものなどを採用することができる。

エピタキシャル成長（気相成長）時には、サセプタのザグリにシリコンウェーハを１枚または複数枚だけ水平載置し、その後、サセプタにより仕切られたチャンバ内の上部空間に、反応ガスをウェーハ表面に対して平行に流す。この状態のまま、上下のヒータの熱を利用し、反応ガスを熱分解または還元する。その結果、シリコンウェーハの表面にシリコンが析出し、エピタキシャル膜が成膜される。
サセプタとしては、例えば、カーボン製の基材にＳｉＣがコーティングされた円形板材または円環状板材などを採用することができる。
サセプタは、チャンバの通路長さ方向の中間部（中央部）に配置され、その上面にシリコンウェーハが水平配置されるザグリ（ポケット）が、１つまたは複数形成されている。

請求項３に記載の発明は、前記裏面デポジションの測定領域は、前記シリコンウェーハの裏面のうち、該シリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２〜６ｍｍの環状の領域である請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。

請求項３に記載の発明によれば、ウェーハ裏面における裏面デポジションの測定領域を、シリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２〜６ｍｍという環状の領域とした。これにより、適切に裏面デポジション発生領域の測定が実施できるという効果が得られる。

裏面デポジションの測定領域が、シリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２ｍｍ未満では、ＦＴ−ＩＲ計測器の測定スポット（エリア）がウェーハのエッジ部分にかかるため、測定精度が低くなる。また、６ｍｍを超えた領域において、裏面デポジションは現出しないため、測定する必要がない。裏面デポジションの好ましい測定領域は、シリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって４〜２ｍｍである。この範囲であれば、正確な裏面デポジション厚さを測定することができ、かつ測定時間を短縮することが可能である。

請求項１に記載の発明によれば、シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値と、ダミーウェーハの外周部の裏面に発生した裏面デポジションのダミーウェーハ周方向の厚さの平均値と、ダミーエピタキシャル膜のダミーウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるダミーエピタキシャル膜の成膜条件をエピタキシャル膜の成膜条件とする。これにより、エピタキシャル膜の外周部、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハの外周部の表面平坦性を高めることができる。その結果、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦性適用領域を拡大し、デバイスの歩留まりを大きくすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、ロールオフの制御がエピタキシャル膜の成長温度、エピタキシャル膜の成長速度、ザグリの周側壁の高さのうち、少なくとも１つを調整することで行われるので、パラメータ調整という簡易的な手法のため、生産性を損なうことなく調整が可能であるという効果が得られる。

請求項３に記載の発明によれば、裏面デポジションの測定領域をシリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２〜６ｍｍという環状の領域とした。これにより、適切に裏面デポジション発生領域の測定が実施できるという効果が得られる。

この発明の実施例１に係る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シートである。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法におけるシリコンウェーハのＳＦＱＤの全体図を示す平面図である。図２のＡ領域の拡大図である。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法で使用されるエピタキシャル成長装置の縦断面図である。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の補助膜厚さ測定工程を示す要部拡大断面図である。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のダミーエピタキシャル膜成膜工程後のダミーエピタキシャルシリコンウェーハを示す要部拡大断面図である。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の合算膜測定工程を示す要部拡大断面図である。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法におけるエピタキシャル膜の成長温度とエピタキシャル膜のロールオフ量との関係を示すグラフである。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法におけるエピタキシャル膜の成長速度とエピタキシャル膜のロールオフ量との関係を示すグラフである。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法におけるサセプタのザグリの周側壁の高さとエピタキシャル膜のロールオフ量との関係を示す要部拡大縦断面図である。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法におけるサセプタのザグリの周側壁の高さとエピタキシャル膜のロールオフ量との関係を示すグラフである。この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法におけるシリコンウェーハの中心からの距離とエピタキシャル膜のロールオフ量との関係を示すグラフである。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１のフローシートに示すように、この発明の実施例１に係るエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、シリコンウェーハを作製するウェーハ作製工程と、シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値を得るＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ工程と、ダミーウェーハの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、補助膜の膜厚をウェーハ周方向に１０°ピッチで測定する補助膜厚さ測定工程と、ダミーウェーハの表面にエピタキシャル膜を成膜するダミーエピタキシャル膜成膜工程と、ダミーエピタキシャル膜成膜工程後にダミーエピタキシャル膜および補助膜の合算膜厚をウェーハ周方向に１０°ピッチで測定する合算膜測定工程と、合算膜測定工程の結果および補助膜厚さ測定工程の結果からウェーハ周方向に１０°ピッチでの裏面デポジションの厚さを算出する裏面デポ算出工程と、裏面デポ算出工程後、裏面デポジションのウェーハ周方向の厚さの平均値と、シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値（ＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ）と、エピタキシャル膜のウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるように、エピタキシャル膜の成膜条件を決定するロールオフ量決定工程と、ＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ工程後のシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャル膜成膜工程とを備えている。

以下、これらの工程を詳細に説明する。
ウェーハ作製工程では、チョクラルスキー法により引き上げられたシリコン単結晶インゴットにブロック切断、外周研削、スライスを順次施し、多数枚のシリコンウェーハを作製する。その後、各シリコンウェーハに対して、面取り、ラッピング、エッチング、研磨を施すことで、表面が鏡面に仕上げされた多数枚のシリコンウェーハが得られる。各シリコンウェーハは、直径が３００ｍｍ、厚さが７７５μｍ、ボロン濃度が３．２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、比抵抗が２０ｍΩ・ｃｍのウェーハである。

ＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ工程では、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＷａｆｅｒＳｉｇｈｔを使用し、シリコンウェーハＷの外周部のＳＦＱＤを、ウェーハ周方向に５°ピッチで測定する（図２および図３）。この場合、ＳＦＱＤが測定されるシリコンウェーハＷの外周部は、ウェーハ中心から半径方向に１２０〜１４８ｍｍのみである。
これにより、シリコンウェーハＷの外周部の表面を扇形状の７２の領域に分割し、表面平坦性を測定する。その後、これらのＳＦＱＤの平均値（−１４ｎｍ）を算出し、ＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎとする。

補助膜形成工程では、シリコンウェーハＷと同一のダミーウェーハＷ１を使用し（図４）、その裏面に測定用の補助膜３０をエピタキシャル成長により成膜する。補助膜３０は、エピタキシャル膜２０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ている。補助膜３０は、厚さが２μｍで、ボロン濃度が１．４×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、比抵抗が１．０Ω・ｃｍのｐ⁻型の膜である。

補助膜３０の成膜においては、図４に示す気相成長用のエピタキシャル成長装置１０が使用される。エピタキシャル成長装置１０は、上下にヒータ１１が配設されたチャンバ１２の中央部に、平面視して円形で、ダミーウェーハＷ１が１枚載置できるサセプタ１３が水平配置されたものである。サセプタ１３は、カーボン製の基材をＳｉＣによりコーティングしたものである。サセプタ１３の上面の内周部には、ダミーウェーハＷ１を横置き状態（表裏面が水平な状態）で収納する凹形状のザグリ１３ａが形成されている。サグリ１３ａの周側壁（肩口）１３ｂの高さは４８０μｍである。

チャンバ１２は、石英からなる上部炉壁１４と石英からなる下部炉壁１５とを有している。チャンバ１２の上方および下方には、ハロゲンランプであるヒータ１１が配設されている。また、チャンバ１２の上方には、放射温度計である非接触式の温度センサ１６が設けられている。温度センサ１６により、上部炉壁１４を通して補助膜３０またはエピタキシャル膜２０の成長温度を測定する。
チャンバ１２の一側部には、チャンバ１２の上部空間に、成長ガスを、ウェーハ表面に対して平行に流すガス供給口１７が配設されている。また、チャンバ１２の他側部には、ガスの排気口１８が形成されている。成長ガスには、所定のキャリアガス（Ｈ_２ガス）と、ソースガス（ＳｉＨＣｌ_３ガス）と、ドーパントガス（Ｂ_２Ｈ_６ガス）との混合ガスが使用されている。

補助膜３０のエピタキシャル成長時には、ウェーハ裏面を上向きにしてダミーウェーハＷ１をザグリに横置きする。次に、ダミーウェーハＷ１の裏面に補助膜３０を成長させる。すなわち、キャリアガスと、ソースガスと、所定濃度のドーパントガス（Ｂ_２Ｈ_６ガス）とを、対応するガス供給口１７を通してチャンバ１２の内部空間（反応室）へ導入する。炉内圧力を１００±２０ＫＰａとし、ヒータ１１により１１３０℃の高温に熱せられたダミーウェーハＷ１上に、ソース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、成長速度３．５μｍ／分で析出させる。これにより、ダミーウェーハＷ１の裏面上に単結晶シリコンの厚さ２μｍ程度の補助膜２０が成長する。このとき、温度センサ１６により、上部炉壁１４を通して補助膜２０の成長温度を測定する。

補助膜厚さ測定工程では、補助膜３０の外周部の膜厚をウェーハ周方向に１０°ピッチでＦＴＩＲによって測定し、その平均値２．００μｍを算出する（図５）。ダミーウェーハＷ１の裏面に成膜された補助膜３０に赤外光Ｌ１を照射し、補助膜３０の表面ＳＡで反射する反射光Ｌ２と、補助膜３０とダミーウェーハＷ１との界面Ｓ２で反射する反射光Ｌ３とを検出器に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜３０の膜厚Ｔａを検出する。この場合、補助膜３０の膜厚測定は、ダミーウェーハＷ１の外周部（ウェーハ中心から半径方向に１４４〜１４８ｍｍ）のみである。

ダミーエピタキシャル膜成膜工程では、ダミーウェーハＷ１を反転させて補助膜３０を裏面としてサセプタ１３のザグリ１３ａに載置し、その表面にダミーエピタキシャル膜２０Ａを成膜する（図６および図１２）。
ダミーエピタキシャル膜２０Ａの厚さは目的とする製品と同等とし、補助膜３０と同一のボロン濃度が１．４×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で、比抵抗が１．０Ω・ｃｍのｐ⁻型の膜である。
ダミーエピタキシャル膜２０Ａは、厚さ３μｍとなるように、前記エピタキシャル成長装置１０のチャンバ１２内で、成長温度１１３０℃、キャリアガス（Ｈ_２ガス）と、ソースガス（ＳｉＨＣｌ_３ガス）と、ドーパントガス（Ｂ_２Ｈ_６ガス）とを混合した成長ガスをダミーウェーハＷ１の表面上に所定時間流す。ダミーエピタキシャル膜成膜工程では、ダミーウェーハＷ１の裏面にも成長ガスが回り込み、補助膜３０上に環状の薄い裏面デポジション４０が現出する。

合算膜測定工程では、ダミーエピタキシャル膜成膜工程後にダミーエピタキシャル膜２０Ａおよび補助膜３０の合算膜厚Ｔｒａを、補助膜３０の場合と同じ測定位置となるように、ウェーハ周方向に１０°ピッチでＦＴＩＲ（ＭｅａｓｕｒｅｄｂｙＦＴＩＲナノメトリクス社製）によって３６点を測定し、その平均値２．０３μｍを算出する（図７）。
すなわち、ダミーウェーハＷ１において、裏面デポジション４０が発生するウェーハ外周部に赤外光Ｌ１を照射し、補助膜３０上の裏面デポジション４０の表面ＳＡで反射する反射光Ｌ４と、補助膜３０とダミーウェーハＷ１との界面Ｓ２で反射する反射光Ｌ５とを検出器に入射させ、それらの光路差を測定して補助膜３０の膜厚Ｔａおよび裏面デポジション４０の膜厚Ｔｒとを加算したものを合算膜厚Ｔｒａとして検出する。

補助膜３０とダミーエピタキシャル膜２０Ａとの不純物濃度がほぼ同じであるので、補助膜３０と裏面デポジション４０との不純物濃度も差がない状態、いわゆるＦＴＩＲ法で「見えない」状態となっており、補助膜３０と裏面デポジション４０との界面では、検出用の赤外光Ｌ１が反射しない。したがって、補助膜３０と裏面デポジション４０との合算膜厚Ｔｒａを測定することが可能となる。
合算膜厚Ｔｒａの測定領域は、補助膜３０の膜厚測定の場合と同じ領域である。これにより、直径３００ｍｍのエピタキシャルシリコンウェーハ５０（図１０）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シリコンウェーハに対して、各デバイスに相当する箇所において必要な裏面デポジション４０の測定を行うことができるとともに、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できる。

裏面デポ算出工程では、制御手段によりメモリ（記憶手段）から補助膜３０の膜厚Ｔａの平均値（２．００μｍ）と合算膜厚Ｔｒａ（２．０３μｍ）の平均値とを読み出し、裏面デポジション４０の膜厚Ｔｒの平均値として、合算膜厚Ｔｒａの平均値と補助膜３０の膜厚Ｔａの平均値との差（０．０３μｍ）を算出する。
ロールオフ量決定工程では、裏面デポ算出工程後、裏面デポジション４０のウェーハ周方向の厚さの平均値Ｔｒと、ＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値と、エピタキシャル膜２０のウェーハ周方向のロールオフＲの平均値とを合算した値が０となるように、エピタキシャル膜２０の成膜条件を決定する。すなわち、裏面デポジション４０のウェーハ周方向の厚さの平均値（＋３０ｎｍ）とＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値（−１４ｎｍ）とを加算し、その加算値の符号（＋，−）を変えた値（−１６ｎｍ）がエピタキシャル膜２０のウェーハ周方向のロールオフＲの平均値となるように、エピタキシャル膜２０Ａの成膜条件を決定する。

具体的には、図８のグラフを参照してエピタキシャル膜２０の成長温度を１１００℃〜１１３０℃の範囲とするか、図９のグラフを参照してエピタキシャル膜２０の成長速度を２．１〜３．１μｍ／分の範囲とするか、図１０および図１１のグラフを参照してサセプタ１３の周側壁１３ｂの高さを４８０〜１１００μｍの範囲で適宜調整する。これらのグラフに則れば、ロールオフＲの平均値−１６ｎｍを実現するには、エピタキシャル膜２０の成長温度のみを１１００℃とするか、エピタキシャル膜２０の成長速度のみを２．７μｍ／分とするか、サセプタ１３の周側壁１３ｂの高さのみを約９７０μｍとすればよい。もちろん、これらの３つの条件のうち、何れか２つまたはすべての条件を適宜調整してもよい。

エピタキシャル膜成膜工程では、エピタキシャル成長装置１０を使用したロールオフＲの制御を伴うエピタキシャル膜２０の成膜が行われる。ここでは、ロールオフＲの平均値−１６ｎｍを実現するため、エピタキシャル膜２０の成長温度を１０００℃とする方法を採用する（図８）。
具体的には、図４に示すように、ウェーハ表面を上向きにしてシリコンウェーハＷをザグリ１３ａに横置きする。次に、シリコンウェーハＷの表面にエピタキシャル膜２０を成長させる。すなわち、キャリアガスと、ソースガスと、所定濃度のドーパントガス（Ｂ_２Ｈ_６ガス）とからなる成長ガスを、対応するガス供給口１７を通してチャンバ１２の内部空間（反応室）へ導入する。炉内圧力を１００±２０ＫＰａとし、ヒータ１１により成長温度を１１１０℃の高温に熱せられたシリコンウェーハＷ上に、ソース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、成長速度２．５μｍ／分で析出させる。これにより、シリコンウェーハＷの表面上に単結晶シリコンの厚さ３μｍ程度、ロールオフＲの平均値が−１６ｎｍのエピタキシャル膜２０が成長し、エピタキシャルシリコンウェーハ５０（図１０）が製造される。

このように、裏面デポジション４０のウェーハ周方向の平均値とＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値とに、エピタキシャル膜２０のウェーハ周方向のロールオフＲの平均値とを合算した値が０となるように、エピタキシャル膜２０の成膜条件を決定し、エピタキシャル膜２０のロールオフＲを制御する。これにより、エピタキシャル膜２０の外周部の表面平坦性、ひいてはエピタキシャルシリコンウェーハの外周部の表面平坦性を高めることができる。その結果、１枚のエピタキシャルシリコンウェーハ５０から製造されるデバイスの歩留まりが高まる。
また、このようにロールオフＲの制御がエピタキシャル膜２０の成長温度、エピタキシャル膜２０の成長速度、ザグリ１３ａの周側壁１３ｂの高さのうち、少なくとも１つを調整することで行われるので、パラメータ調整という簡易的な手法のため、生産性を損なうことなく調整が可能である。
さらに、裏面デポジション４０の測定領域をシリコンウェーハＷの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２〜６ｍｍという環状の領域としたので、適切に裏面デポジション発生領域の測定が実施できるという効果が得られる。

ここで、実際に実施例１に記載された方法に基づき、エピタキシャルシリコンウェーハを製造した試験結果を、比較例とともに報告する。
（試験例１）
単結晶シリコンからなり、かつウェーハ表面が＜１００＞の直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコンウェーハを使用し、実施例１の枚葉式のエピタキシャル成長装置を使用し、シリコンウェーハの表面に厚さ３μｍ、比抵抗が１Ω・ｍを目標として、エピタキシャル成長を行った。
このとき、シリコンウェーハのロット平均のＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値は−４０ｎｍ、ダミーウェーハを使用した事前計測による裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値は＋６０ｎｍであった。これにより、ロールオフの目標値を−２０μｍとし、それを実現するため、エピタキシャル膜の成膜条件を、サセプタの周側壁の高さを４８０μｍ（図１０，図１１）、成長温度を１１１０℃（図８）、成長速度を２．９μｍ／分（図９）とした。

（試験例２）
シリコンウェーハのロット平均のＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値が−８０ｎｍ、ダミーウェーハを使用した事前計測による裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値は＋６０ｎｍであった。これにより、ロールオフの目標値を＋２０μｍとし、それを実現するため、エピタキシャル膜の成膜条件を、サセプタの周側壁の高さが４８０μｍ（図１０，図１１）、成長温度を１１３０℃（図８）、成長速度を２．７μｍ／分（図９）とした。その他は、試験例１と同じ条件とした。

（試験例３）
シリコンウェーハのロット平均のＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値が＋２０ｎｍ、裏面デポジションのウェーハ周方向の平均値は＋６０ｎｍであった。これにより、ロールオフの目標値を−８０μｍとし、それを実現するため、エピタキシャル膜の成膜条件を、サセプタの周側壁の高さが９００μｍ（図１０，図１１）、成長温度が１１１０℃（図８）、成長速度が２．９μｍ／分（図９）とした。その他は、試験例１と同じ条件とした。

（比較例１〜３）
単結晶シリコンからなり、かつウェーハ表面が＜１００＞の直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコンウェーハを使用し、実施例１の枚葉式のエピタキシャル成長装置を使用し、シリコンウェーハの表面に厚さ３μｍ、比抵抗が１Ω・ｍを目標として、エピタキシャル成長を行った。
このとき、シリコンウェーハのロット平均のＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値は比較例１が−４０ｎｍ、比較例２が−８０ｎｍ、比較例３が＋２０ｎｍとした。ただし、試験例１〜３のようなサセプタの周側壁の高さ、裏面デポジション量を考慮せず、エピタキシャル膜の成長温度および成長速度のみで制御を行った。

試験例１〜３は合計２４枚を処理し、エピタキシャル膜の成膜後のＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値を測定した。その結果、平均値５ｎｍ、ばらつき（ｓｔｄ）は３ｎｍつまり、全体は平均＋３ｓｔｄ＝最大＋１４〜最少−４ｎｍの分布であった。
これに対して、比較例では合計２４枚を処理し、エピタキシャル膜の成膜後のＥＳＦＱＤ−ｍｅａｎ値を測定した。その結果、平均値２０ｎｍ、ばらつき（ｓｔｄ）は２２ｎｍつまり、全体は平均＋３ｓｔｄ＝最大＋８６〜最少−４６ｎｍの分布であった。

この発明は、メモリ、ＬＳＩ向けの狭小デザインルールのデバイスに用いられるエピタキシャルシリコンウェーハを製造する際に有用である。

１０エピタキシャル成長装置、
１２チャンバ、
１３サセプタ、
１３ａザグリ、
２０エピタキシャル膜、
４０デポジション、
Ｗシリコンウェーハ。

Claims

シリコンウェーハの表面に成長ガスを供給してエピタキシャル膜を成膜するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法において、
前記シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値を算出し、
前記シリコンウェーハと同一のダミーウェーハを用いてダミーエピタキシャル膜を成膜し、その後、該ダミーウェーハの外周部の裏面に発生した裏面デポジションのダミーウェーハ周方向の厚さの平均値を算出し、
前記シリコンウェーハの外周部のＳＦＱＤのウェーハ周方向の平均値と、前記ダミーウェーハの外周部の裏面に発生した裏面デポジションのダミーウェーハ周方向の厚さの平均値と、当該シリコンウェーハのシリコンウェーハ周方向のロールオフの平均値とを合算した値が０となるように、このロールオフの平均値を決定し、
決定したロールオフの平均値に基づいて、予め得られたエピタキシャル膜の成膜条件を参照することにより、該エピタキシャル膜の成膜条件を決定するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記エピタキシャル膜の成膜は、エピタキシャル成長装置のチャンバ内に水平設置されたサセプタのザグリに前記シリコンウェーハを収納し、前記シリコンウェーハの表面に平行に前記成長ガスを供給し、前記エピタキシャル膜の成長温度、該エピタキシャル膜の成長速度、前記ザグリの周側壁の高さのうち、少なくとも１つを調整することで行われる請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
前記裏面デポジションの測定領域は、前記シリコンウェーハの裏面のうち、該シリコンウェーハの外周からウェーハ半径方向の中心点へ向かって２〜６ｍｍの環状の領域である請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。