JP7342815B2 - エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、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おもて面上にシリコンエピタキシャル層を形成したものであり、メモリ素子、ロジック素子、撮像素子等の幅広い半導体素子の用途に使用されている。これらの半導体素子の集積度を向上させるためには、平坦度が良好なエピタキシャルシリコンウェーハが求められる。
ここで、エピタキシャル成長に供するシリコンウェーハは、ポリッシング等を予め施していても、おもて面外周部ではエッジロールオフ等が生じることによって、平坦度が良好ではない場合がある。平坦度が良好ではない場合、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦度もその影響を受けて悪化してしまう。
特許文献１では、本願図４Ａに示すように、シリコンウェーハのエッジロールオフ量をシリコンエピタキシャル層の膜厚分布で相殺することによって、シリコンウェーハの外周部の平坦度を向上させることを試みている。具体的には、シリコンウェーハのおもて面外周部に沿って流す原料ガスの流量をおもて面中心部に沿って流す原料ガスの流量よりも増大させる。これにより、シリコンウェーハのおもて面中心部では、シリコンエピタキシャル層の膜厚が小さくなり、おもて面外周部では、シリコンエピタキシャル層の膜厚が大きくなる。その結果、シリコンウェーハのエッジロールオフ量がシリコンエピタキシャル層の膜厚分布で相殺される。
特許文献２では、シリコンウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段、及び／又は、依存しない方位独立制御手段を備えたエピタキシャル成長装置を用いることによって、シリコンウェーハの外周部の平坦度を向上させることを試みている。
通常、シリコンエピタキシャル層の膜厚は、エピタキシャルシリコンウェーハの仕様に応じて所定の値に決まっており、これに伴って膜厚に影響を及ぼす原料ガスの流量等のエピタキシャル成長条件にも製造上の許容範囲が存在する。以下、所定の膜厚を実現するために製造上許容し得るエピタキシャル成長条件を「通常のエピタキシャル成長条件」とも称する。
特許文献１では、シリコンウェーハのエッジロールオフ量が大きくなりすぎる場合、通常のエピタキシャル成長条件下で成長するシリコンエピタキシャル層の膜厚でこのエッジロールオフ量を十分に相殺することができない。また、特許文献２では、方位依存性を抑制するようにサセプタ等の設計を変更しているが、エピタキシャル成長条件によってはサセプタの設計が機能しない。そのため、エピタキシャルシリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度には改善の余地がある。
本発明は、上記課題に鑑み、おもて面外周部の平坦度が向上し、かつウェーハ毎で外周部の平坦度のばらつきが抑制された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。
本発明者は、エピタキシャル成長直前のシリコンウェーハに施されるエッチングの条件を調査したところ、エッチング条件に応じておもて面外周部でｎｍレベルのエッチング量の違いがあること、及びエッチング量とおもて面外周部の平坦度とが関連することを初めて知見した。
本発明は、上記知見に基づくものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）エピタキシャル成長装置のチャンバ内にシリコンウェーハを搬入し、前記チャンバ内に設けられたサセプタ上に前記シリコンウェーハを載置し、前記チャンバ内で前記シリコンウェーハのおもて面にエッチングを施し、前記エッチングが施された前記おもて面上に所定条件下でシリコンエピタキシャル層を成長させることによってエピタキシャルシリコンウェーハを製造するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記エッチングにおけるエッチング条件は、前記エピタキシャルシリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度の目標値から、前記エッチングを施す前の前記シリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度と前記エピタキシャル成長装置により前記所定条件下で成膜されるシリコンエピタキシャル層のおもて面外周部の平坦度とを減ずることによって算出される目標エッチング量に基づいて決定される、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
（１）エピタキシャル成長装置のチャンバ内にシリコンウェーハを搬入し、前記チャンバ内に設けられたサセプタ上に前記シリコンウェーハを載置し、前記チャンバ内で前記シリコンウェーハのおもて面にエッチングを施し、前記エッチングが施された前記おもて面上に所定条件下でシリコンエピタキシャル層を成長させることによってエピタキシャルシリコンウェーハを製造するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記エッチングにおけるエッチング条件は、前記エピタキシャルシリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度の目標値から、前記エッチングを施す前の前記シリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度と前記エピタキシャル成長装置により前記所定条件下で成膜されるシリコンエピタキシャル層のおもて面外周部の平坦度とを減ずることによって算出される目標エッチング量に基づいて決定される、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
（２）前記エピタキシャル成長装置では、前記チャンバの側面に設けられた第１のガス供給口から前記エッチングガスと第１のキャリアガスとが前記シリコンウェーハのおもて面上側に供給され、前記チャンバの側面であって、前記サセプタよりも低い位置に設けられた第２のガス供給口から第２のキャリアガスが前記サセプタの裏面下側に供給され、
前記目標エッチング量を実現するためのエッチング条件が、前記エッチングガスの流量に対する前記第１のキャリアガスの流量及び／又は前記第２のキャリアガスの流量の比率である、上記（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。
前記目標エッチング量を実現するためのエッチング条件が、前記エッチングガスの流量に対する前記第１のキャリアガスの流量及び／又は前記第２のキャリアガスの流量の比率である、上記（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。
（３）前記目標エッチング量を実現するためのエッチング条件が、エッチングガスの流量、エッチングにおけるプロセス温度、及びエッチング時間の少なくとも一つである、上記（１）又は（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。
（４）前記平坦度は、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎである、上記（１）～（３）のいずれか一つに記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
（５）前記平坦度は、ＥＳＦＱＲ－ｍａｘである、上記（１）～（３）のいずれか一つに記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
（６）前記サセプタは、前記シリコンウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段を有する、上記（１）～（５）のいずれか一つに記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
本発明によれば、おもて面外周部の平坦度が向上し、かつウェーハ毎で外周部の平坦度のばらつきが抑制されたエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。
（エピタキシャル成長装置）
図１を参照して、本発明の一実施形態において用いることができるエピタキシャル成長装置１００を説明する。エピタキシャル成長装置１００は、チャンバ１０と、サセプタ２０と、サセプタサポートシャフト３０と、３本のリフトピン４０と、昇降シャフト５０と、加熱ランプ６０と、を備える。
図１を参照して、本発明の一実施形態において用いることができるエピタキシャル成長装置１００を説明する。エピタキシャル成長装置１００は、チャンバ１０と、サセプタ２０と、サセプタサポートシャフト３０と、３本のリフトピン４０と、昇降シャフト５０と、加熱ランプ６０と、を備える。
［チャンバ］
チャンバ１０は、上部ドーム１１、下部ドーム１２、及びドーム取付体１３を含む。チャンバ１０は、シリコンエピタキシャル層の成長室を区画するとともに、サセプタ２０によって上側と下側の空間に仕切られている。チャンバ１０の側面には、原料ガス、エッチングガス、及び第１のキャリアガスをシリコンウェーハＷのおもて面上側に供給する第１のガス供給口１４が設けられている。また、チャンバ１０の側面には、第１のガス供給口１４と対向する位置に、原料ガス、エッチングガス、及び第１のキャリアガスをチャンバ１０外へ排出する第１のガス排出口１５が設けられている。さらに、チャンバ１０の側面には、サセプタ２０よりも低い位置に、第２のキャリアガスをサセプタ２０の裏面下側に供給する第２のガス供給口１６が設けられている。
チャンバ１０は、上部ドーム１１、下部ドーム１２、及びドーム取付体１３を含む。チャンバ１０は、シリコンエピタキシャル層の成長室を区画するとともに、サセプタ２０によって上側と下側の空間に仕切られている。チャンバ１０の側面には、原料ガス、エッチングガス、及び第１のキャリアガスをシリコンウェーハＷのおもて面上側に供給する第１のガス供給口１４が設けられている。また、チャンバ１０の側面には、第１のガス供給口１４と対向する位置に、原料ガス、エッチングガス、及び第１のキャリアガスをチャンバ１０外へ排出する第１のガス排出口１５が設けられている。さらに、チャンバ１０の側面には、サセプタ２０よりも低い位置に、第２のキャリアガスをサセプタ２０の裏面下側に供給する第２のガス供給口１６が設けられている。
［サセプタ］
サセプタ２０は、チャンバ１０内でシリコンウェーハＷを載置する円盤状の部材である。ここで、サセプタ２０の表面のうち、上部ドーム１１側の面をサセプタ２０のおもて面とし、その反対側の面をサセプタ２０の裏面とする。サセプタ２０は、そのおもて面から裏面に向けてサセプタ２０を貫通する３つの貫通孔２１（１つは不図示）を周方向に１２０°の等間隔で有する。各貫通孔２１には、後述するリフトピン４０がそれぞれ挿通される。なお、サセプタ２０は、シリコンウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段を有してもよい。方位依存制御手段として、例えば特開２００７－２９４９４２号公報に開示のものを好適に採用することができる。
サセプタ２０は、チャンバ１０内でシリコンウェーハＷを載置する円盤状の部材である。ここで、サセプタ２０の表面のうち、上部ドーム１１側の面をサセプタ２０のおもて面とし、その反対側の面をサセプタ２０の裏面とする。サセプタ２０は、そのおもて面から裏面に向けてサセプタ２０を貫通する３つの貫通孔２１（１つは不図示）を周方向に１２０°の等間隔で有する。各貫通孔２１には、後述するリフトピン４０がそれぞれ挿通される。なお、サセプタ２０は、シリコンウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段を有してもよい。方位依存制御手段として、例えば特開２００７－２９４９４２号公報に開示のものを好適に採用することができる。
［サセプタサポートシャフト］
サセプタサポートシャフト３０は、チャンバ１０内でサセプタ２０を下方から支持するものであり、主柱３１と、３本のアーム３２（１本は不図示）と、３本の支持ピン３３（１本は不図示）と、を有する。主柱３１は、サセプタ２０の中心と同軸上に配置される。３本のアーム３２は、主柱３１からサセプタ２０の周縁部下方に放射状に延びる。各アーム３２は、その延在方向に垂直な断面の形状が矩形であり、アーム３２の４つの面のうち、サセプタ２０側の面をアーム３２の上面とし、その反対側の面をアーム３２の下面とする。各アーム３２は、その上面から下面に向けてアーム３２を貫通する貫通孔３４を有する。各貫通孔３４には、後述するリフトピン４０がそれぞれ挿通される。各支持ピン３３は、各アーム３２の先端においてサセプタ２０を直接支持する。サセプタサポートシャフト３０は、鉛直方向に沿って上下動することにより、サセプタ２０を上下方向に昇降させる。なお、本明細書において「サセプタの周縁部」とは、サセプタ２０の中心からサセプタ半径の８０％以上外側の領域を意味する。また、エピタキシャル成長装置１００におけるアーム３２の数は３本であるが、これに限定されない。
サセプタサポートシャフト３０は、チャンバ１０内でサセプタ２０を下方から支持するものであり、主柱３１と、３本のアーム３２（１本は不図示）と、３本の支持ピン３３（１本は不図示）と、を有する。主柱３１は、サセプタ２０の中心と同軸上に配置される。３本のアーム３２は、主柱３１からサセプタ２０の周縁部下方に放射状に延びる。各アーム３２は、その延在方向に垂直な断面の形状が矩形であり、アーム３２の４つの面のうち、サセプタ２０側の面をアーム３２の上面とし、その反対側の面をアーム３２の下面とする。各アーム３２は、その上面から下面に向けてアーム３２を貫通する貫通孔３４を有する。各貫通孔３４には、後述するリフトピン４０がそれぞれ挿通される。各支持ピン３３は、各アーム３２の先端においてサセプタ２０を直接支持する。サセプタサポートシャフト３０は、鉛直方向に沿って上下動することにより、サセプタ２０を上下方向に昇降させる。なお、本明細書において「サセプタの周縁部」とは、サセプタ２０の中心からサセプタ半径の８０％以上外側の領域を意味する。また、エピタキシャル成長装置１００におけるアーム３２の数は３本であるが、これに限定されない。
［リフトピン］
各リフトピン４０は、サセプタ２０の各貫通孔２１とアーム３２の各貫通孔３４にそれぞれ挿通され、後述する昇降シャフト５０によって上下方向に昇降される。なお、エピタキシャル成長装置１００におけるリフトピン４０の数は３本であるが、これに限定されない。
各リフトピン４０は、サセプタ２０の各貫通孔２１とアーム３２の各貫通孔３４にそれぞれ挿通され、後述する昇降シャフト５０によって上下方向に昇降される。なお、エピタキシャル成長装置１００におけるリフトピン４０の数は３本であるが、これに限定されない。
［昇降シャフト］
昇降シャフト５０は、サセプタサポートシャフトの主柱３１と回転軸を共にする昇降シャフトの主柱５１と、昇降シャフトの主柱５１の先端で分岐する３本の支柱５２と、を有する。なお、昇降シャフトの主柱５１は、サセプタサポートシャフトの主柱３１を収容する中空を区画する。また、各支柱５２の先端では、各リフトピン４０の下端がそれぞれ支持される。昇降シャフト５０は、シリコンウェーハＷの搬入及び搬出の際に、鉛直方向に沿って上下動することにより、各リフトピン４０を上下方向に昇降させる。
昇降シャフト５０は、サセプタサポートシャフトの主柱３１と回転軸を共にする昇降シャフトの主柱５１と、昇降シャフトの主柱５１の先端で分岐する３本の支柱５２と、を有する。なお、昇降シャフトの主柱５１は、サセプタサポートシャフトの主柱３１を収容する中空を区画する。また、各支柱５２の先端では、各リフトピン４０の下端がそれぞれ支持される。昇降シャフト５０は、シリコンウェーハＷの搬入及び搬出の際に、鉛直方向に沿って上下動することにより、各リフトピン４０を上下方向に昇降させる。
［加熱ランプ］
加熱ランプ６０は、チャンバ１０の上側領域及び下側領域に配置される。加熱ランプ６０には、昇降温速度が速く、かつ温度制御に優れるハロゲンランプ又は赤外ランプを用いることが好ましい。
加熱ランプ６０は、チャンバ１０の上側領域及び下側領域に配置される。加熱ランプ６０には、昇降温速度が速く、かつ温度制御に優れるハロゲンランプ又は赤外ランプを用いることが好ましい。
（外部サーバ）
外部サーバ２００は、制御部２０１と、記憶部２０２と、を備える。外部サーバ２００は、任意の通信インタフェース等を介して、エピタキシャル成長装置１００と相互に通信可能である。
外部サーバ２００は、制御部２０１と、記憶部２０２と、を備える。外部サーバ２００は、任意の通信インタフェース等を介して、エピタキシャル成長装置１００と相互に通信可能である。
［制御部］
制御部２０１は、データ処理用の任意のプログラムを用いて、種々のデータに基づいて、後述するエッチング条件及びエピタキシャル成長条件を設定し、プロセスレシピをエピタキシャル成長装置１００に送信する。これによって、エピタキシャル成長装置１００は、例えば調整弁の開閉を制御することができる。制御部２０１は、コンピュータ内部の中央演算処理装置（ＣＰＵ）等によって実現することができる。
制御部２０１は、データ処理用の任意のプログラムを用いて、種々のデータに基づいて、後述するエッチング条件及びエピタキシャル成長条件を設定し、プロセスレシピをエピタキシャル成長装置１００に送信する。これによって、エピタキシャル成長装置１００は、例えば調整弁の開閉を制御することができる。制御部２０１は、コンピュータ内部の中央演算処理装置（ＣＰＵ）等によって実現することができる。
［記憶部］
記憶部２０２には、おもて面外周部の平坦度の測定値等が格納される。記憶部２０２は、ハードディスク、ＲＯＭ又はＲＡＭを用いて実現することができる。
記憶部２０２には、おもて面外周部の平坦度の測定値等が格納される。記憶部２０２は、ハードディスク、ＲＯＭ又はＲＡＭを用いて実現することができる。
（エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法）
図１、２を参照して、上述したエピタキシャル成長装置１００及び外部サーバ２００を用いて行うことが可能なエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の一例を説明する。
図１、２を参照して、上述したエピタキシャル成長装置１００及び外部サーバ２００を用いて行うことが可能なエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の一例を説明する。
本実施形態では、チャンバ１０内には、常時、第１のガス供給口１４から第１のキャリアガスが供給され、第２のガス供給口１６から第２のキャリアガスが供給される。また、本実施形態では、おもて面外周部の平坦度としてＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎを用いる場合を例にして説明するが、これに限定されず、例えばＥＳＦＱＲ－ｍａｘ等、平坦度を示す任意の指標を好適に用いてよい。本明細書において「ＥＳＦＱＤ」とは、ＳＥＭＩ規格Ｍ６７に規定されるＥＳＦＱＤ（Edge Site flatness Front reference least sQuare Deviation）を意味し、ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの範囲に設定された環状の領域を周方向に７２分割して得られるサイトを対象とし、サイト内の厚さ分布から最小二乗法により求められた基準面からの最大変位量のプラス側とマイナス側との大きいほうの値として定義される。ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎは、上記７２サイトのＥＳＦＱＤの平均値を意味する。
［エッチング前のシリコンウェーハのＥＳＦＱＤの測定］
図２を参照して、ステップＳ１０では、エピタキシャル成長に供するシリコンウェーハのＥＳＦＱＤを測定し、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎを算出する。本工程は、公知の平坦度測定装置を用いて行うことができる。ここで、本工程に供するシリコンウェーハとして、単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスして得られたシリコンウェーハに、ラッピング及びポリッシングを施して得られたシリコンウェーハを用いることができる。なお、ＥＳＦＱＤの測定値及びＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの算出値は、記憶部２０２に送信され格納される。
図２を参照して、ステップＳ１０では、エピタキシャル成長に供するシリコンウェーハのＥＳＦＱＤを測定し、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎを算出する。本工程は、公知の平坦度測定装置を用いて行うことができる。ここで、本工程に供するシリコンウェーハとして、単結晶シリコンインゴットをワイヤーソー等でスライスして得られたシリコンウェーハに、ラッピング及びポリッシングを施して得られたシリコンウェーハを用いることができる。なお、ＥＳＦＱＤの測定値及びＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの算出値は、記憶部２０２に送信され格納される。
［エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値の設定］
続いて、ステップＳ２０では、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値を設定する。本実施形態では、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値を０ｎｍに設定するが、これに限定されない。なお、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値は、記憶部２０２に送信され格納される。
続いて、ステップＳ２０では、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値を設定する。本実施形態では、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値を０ｎｍに設定するが、これに限定されない。なお、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値は、記憶部２０２に送信され格納される。
［目標エッチング量の算出］
続いて、ステップＳ３０では、ステップＳ２０で設定したエピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値から、ステップＳ１０で測定・算出したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎと、エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとを減じることによって、目標エッチング量を算出する。例えば、制御部２０１は、ステップＳ２０で設定したエピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値から、ステップＳ１０で測定・算出したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとエピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとを減じることによって、目標エッチング量を算出することができる。本実施形態において、「エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ」は、以下のようにして予め求めることができる。すなわち、予め、エピタキシャル成長装置１００を用いて、所定のエピタキシャル成長条件（ステップＳ７０でエピタキシャルシリコンウェーハの製造に適用するエピタキシャル成長条件）の下で、テスト用ウェーハ上にエピタキシャル成長を行う。そして、エピタキシャル成長前のテスト用ウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとエピタキシャル成長後のウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとの差分を「エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ」と定義する。例えば、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値が０ｎｍ、ステップＳ１０で測定・算出したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎが１０ｎｍ、予め求めた「エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ」が３０ｎｍである場合、０－１０－３０＝－４０ｎｍであることから、目標エッチング量は４０ｎｍとなる。なお、算出された目標エッチング量は、記憶部２０２に送信され格納される。
続いて、ステップＳ３０では、ステップＳ２０で設定したエピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値から、ステップＳ１０で測定・算出したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎと、エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとを減じることによって、目標エッチング量を算出する。例えば、制御部２０１は、ステップＳ２０で設定したエピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値から、ステップＳ１０で測定・算出したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとエピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとを減じることによって、目標エッチング量を算出することができる。本実施形態において、「エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ」は、以下のようにして予め求めることができる。すなわち、予め、エピタキシャル成長装置１００を用いて、所定のエピタキシャル成長条件（ステップＳ７０でエピタキシャルシリコンウェーハの製造に適用するエピタキシャル成長条件）の下で、テスト用ウェーハ上にエピタキシャル成長を行う。そして、エピタキシャル成長前のテスト用ウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとエピタキシャル成長後のウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎとの差分を「エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ」と定義する。例えば、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値が０ｎｍ、ステップＳ１０で測定・算出したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎが１０ｎｍ、予め求めた「エピタキシャル成長装置１００により成膜されるシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ」が３０ｎｍである場合、０－１０－３０＝－４０ｎｍであることから、目標エッチング量は４０ｎｍとなる。なお、算出された目標エッチング量は、記憶部２０２に送信され格納される。
［エッチング条件の決定］
続いて、ステップＳ４０では、ステップＳ３０で算出した目標エッチング量に実現するためのエッチング条件を決定する。ここで、シリコンウェーハのおもて面外周部（ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの環状の領域）のエッチング量は、エッチングガスの流量、第１のキャリアガスの流量、及び第２のキャリアガスの流量に応じて変化する。図３Ａに示すように、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量の比率を変化させると、ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの領域（図３Ａの横軸１２０～１４８ｍｍの範囲）において、エッチング量をｎｍ単位で高精度に変化させることができる。同様に、図３Ｂに示すように、エッチングガスの流量に対する第２のキャリアガスの流量の比率を変化させると、ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの領域（図３Ｂの横軸１２０～１４８ｍｍの範囲）において、エッチング量をｎｍ単位で高精度に変化させることができる。このようにエッチング量をｎｍ単位で制御することにより、ＤＲ（Design Rule）１０ｎｍ以下の製品群に求められる平坦性を得ることができる。したがって、エッチング量は、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量の比率を調整することによって制御され得る。ステップＳ４０では、制御部２０１が、ステップＳ３０で算出した目標エッチング量を実現することができる、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量の比率を決定し、こうして決定した比率（エッチング条件）をエピタキシャル成長装置１００に送信する。より具体的には、エッチング量と、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量の比率との対応関係が記憶部２０２にマトリクスとして予め格納されており、制御部２０１がこれを適宜参照することによって、エッチング条件が決定される。なお、上記対応関係は、エッチングガスの流量を固定した状態で、第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量が所定の値となる条件下で、シリコンウェーハをエッチングしたときのエッチング量を測定するという動作を複数回繰り返すことによって、予め把握される。なお、目標エッチング量は、シリコンウェーハのおもて面外周部の最外端におけるエッチング量（本実施形態では、図３Ａ，Ｂにおける横軸１４８ｍｍの位置でのエッチング量）と対応させることが好ましい。例えば、目標エッチング量４０ｎｍを実現するためには、図３Ａの情報に基づくと、第１キャリアガスの流量を３０ｓｌｍとすればよいことが分かる。
続いて、ステップＳ４０では、ステップＳ３０で算出した目標エッチング量に実現するためのエッチング条件を決定する。ここで、シリコンウェーハのおもて面外周部（ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの環状の領域）のエッチング量は、エッチングガスの流量、第１のキャリアガスの流量、及び第２のキャリアガスの流量に応じて変化する。図３Ａに示すように、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量の比率を変化させると、ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの領域（図３Ａの横軸１２０～１４８ｍｍの範囲）において、エッチング量をｎｍ単位で高精度に変化させることができる。同様に、図３Ｂに示すように、エッチングガスの流量に対する第２のキャリアガスの流量の比率を変化させると、ウェーハ最外周から径方向に沿って２～３０ｍｍの領域（図３Ｂの横軸１２０～１４８ｍｍの範囲）において、エッチング量をｎｍ単位で高精度に変化させることができる。このようにエッチング量をｎｍ単位で制御することにより、ＤＲ（Design Rule）１０ｎｍ以下の製品群に求められる平坦性を得ることができる。したがって、エッチング量は、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量の比率を調整することによって制御され得る。ステップＳ４０では、制御部２０１が、ステップＳ３０で算出した目標エッチング量を実現することができる、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量の比率を決定し、こうして決定した比率（エッチング条件）をエピタキシャル成長装置１００に送信する。より具体的には、エッチング量と、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量の比率との対応関係が記憶部２０２にマトリクスとして予め格納されており、制御部２０１がこれを適宜参照することによって、エッチング条件が決定される。なお、上記対応関係は、エッチングガスの流量を固定した状態で、第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量が所定の値となる条件下で、シリコンウェーハをエッチングしたときのエッチング量を測定するという動作を複数回繰り返すことによって、予め把握される。なお、目標エッチング量は、シリコンウェーハのおもて面外周部の最外端におけるエッチング量（本実施形態では、図３Ａ，Ｂにおける横軸１４８ｍｍの位置でのエッチング量）と対応させることが好ましい。例えば、目標エッチング量４０ｎｍを実現するためには、図３Ａの情報に基づくと、第１キャリアガスの流量を３０ｓｌｍとすればよいことが分かる。
第１のキャリアガスとして、水素ガスや不活性ガス等を用いることができる。第１のキャリアガスの流量は、３０～１００ｓｌｍ、好ましくは３０～７０ｓｌｍから適宜選択することができる。第２のキャリアガスとして、水素ガスや不活性ガス等を用いることができる。第２のキャリアガスの流量は、１０～２５ｓｌｍ、好ましくは１５～２５ｓｌｍから適宜選択することができる。エッチングガスとして、塩化水素ガス等が用いることができる。エッチングガスの流量は、０．５～２．０ｓｌｍから適宜選択することができる。なお、本実施形態では、エッチングガスの流量、エッチングにおけるプロセス温度、及びエッチング時間は固定されるが、これに限定されない。すなわち、目標エッチング量を実現するためのエッチング条件が、エッチングガスの流量、エッチングにおけるプロセス温度、及びエッチング時間の少なくとも一つであってもよい。
［シリコンウェーハの搬入］
続いて、ステップＳ５０では、加熱ランプ６０によって６００℃以上９００℃以下に予め加熱したチャンバ１０内に、搬送ブレードを用いてシリコンウェーハＷを搬入する。その後、シリコンウェーハＷを搬送ブレードから各リフトピン４０に受け渡す。その後、シリコンウェーハＷをサセプタ２０上に載置する。なお、サセプタ２０のおもて面より上側に第１のガス供給口１４及び第１のガス排出口１５が位置し、サセプタ２０の裏面より下側に第２のガス供給口１６が位置する。
続いて、ステップＳ５０では、加熱ランプ６０によって６００℃以上９００℃以下に予め加熱したチャンバ１０内に、搬送ブレードを用いてシリコンウェーハＷを搬入する。その後、シリコンウェーハＷを搬送ブレードから各リフトピン４０に受け渡す。その後、シリコンウェーハＷをサセプタ２０上に載置する。なお、サセプタ２０のおもて面より上側に第１のガス供給口１４及び第１のガス排出口１５が位置し、サセプタ２０の裏面より下側に第２のガス供給口１６が位置する。
［エッチング］
続いて、ステップＳ６０では、ステップＳ４０で決定したエッチング条件下で、シリコンウェーハのおもて面をエッチングする。ステップＳ６０は、加熱ランプ６０によってチャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下に昇温させた後、ステップＳ４０で決定したエッチング条件となるように、第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量を調整するための調整弁の開閉をエピタキシャル装置１００が制御することによって、シリコンウェーハのおもて面がエッチングされる。
続いて、ステップＳ６０では、ステップＳ４０で決定したエッチング条件下で、シリコンウェーハのおもて面をエッチングする。ステップＳ６０は、加熱ランプ６０によってチャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下に昇温させた後、ステップＳ４０で決定したエッチング条件となるように、第１のキャリアガスの流量及び／又は第２のキャリアガスの流量を調整するための調整弁の開閉をエピタキシャル装置１００が制御することによって、シリコンウェーハのおもて面がエッチングされる。
［エピタキシャル成長］
続いて、ステップＳ７０では、シリコンウェーハのおもて面上にシリコンエピタキシャル層を成長させる。ステップＳ７０は、以下のようにして行うことができる。加熱ランプ６０によってチャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下に昇温させる。その後、トリクロロシラン又はジクロロシラン等の原料ガスを第１のガス供給口１４からチャンバ１０内に供給する。これにより、原料ガスがシリコンウェーハＷのおもて面に沿って層流状態で流れ、シリコンウェーハＷ上にシリコンエピタキシャル層が成長する。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハＷが得られる。なお、原料ガスとしてトリクロロシランを用いる場合、トリクロロシランの流量は、３～１５ｓｌｍから適宜設定されるが、これに限定されない。また、ウェーハ中心におけるエピタキシャル層の膜厚は、２～８μｍから適宜設定されるが、これに限定されない。また、成膜時間については、エピタキシャル層の成長速度と膜厚の目標値とから適宜調整すればよい。
続いて、ステップＳ７０では、シリコンウェーハのおもて面上にシリコンエピタキシャル層を成長させる。ステップＳ７０は、以下のようにして行うことができる。加熱ランプ６０によってチャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下に昇温させる。その後、トリクロロシラン又はジクロロシラン等の原料ガスを第１のガス供給口１４からチャンバ１０内に供給する。これにより、原料ガスがシリコンウェーハＷのおもて面に沿って層流状態で流れ、シリコンウェーハＷ上にシリコンエピタキシャル層が成長する。これにより、エピタキシャルシリコンウェーハＷが得られる。なお、原料ガスとしてトリクロロシランを用いる場合、トリクロロシランの流量は、３～１５ｓｌｍから適宜設定されるが、これに限定されない。また、ウェーハ中心におけるエピタキシャル層の膜厚は、２～８μｍから適宜設定されるが、これに限定されない。また、成膜時間については、エピタキシャル層の成長速度と膜厚の目標値とから適宜調整すればよい。
［ウェーハの搬出］
続いて、ステップＳ８０では、チャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下から６００℃以上９００℃以下に降温させる。その後、サセプタ２０を下方向に移動させて、エピタキシャルシリコンウェーハＷを各リフトピン４０で一旦支持する。その後、エピタキシャルシリコンウェーハＷを各リフトピン４０から搬送ブレードに受け渡し、搬送ブレードと共にチャンバ１０外へ搬出する。
続いて、ステップＳ８０では、チャンバ１０内の温度を１０００℃以上１２００℃以下から６００℃以上９００℃以下に降温させる。その後、サセプタ２０を下方向に移動させて、エピタキシャルシリコンウェーハＷを各リフトピン４０で一旦支持する。その後、エピタキシャルシリコンウェーハＷを各リフトピン４０から搬送ブレードに受け渡し、搬送ブレードと共にチャンバ１０外へ搬出する。
以下では、本実施形態の作用効果について説明する。従来、シリコンウェーハの平坦度に応じてエピタキシャル成長条件を変更して、シリコンウェーハの平坦度をシリコンエピタキシャル層の膜厚で補償することによって、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦化を試みていた。例えば、図４Ａに示すように、シリコンウェーハのエッジがロールオフしている場合には、シリコンウェーハのエッジロールオフ量をシリコンエピタキシャル層の膜厚で相殺することにより、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦化を試みていた。また、図４Ｂに示すように、シリコンウェーハのエッジがロールアップしている場合には、シリコンウェーハのエッジロールアップ量をシリコンエピタキシャル層の膜厚で相殺することにより、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦化を試みていた。ところが、上述したように、エピタキシャル成長条件には、エピタキシャルシリコンウェーハの仕様に応じて製造上の許容範囲が存在する。そのため、エピタキシャル成長に供する前のシリコンウェーハが所望の品質から乖離している場合には、製造上許容し得るエピタキシャル成長条件でシリコンエピタキシャル層を成長させても、シリコンウェーハの平坦度をシリコンエピタキシャル層の膜厚で十分に相殺することができない。例えば、シリコンウェーハのエッジ部分の形状を良好にするためにエピタキシャル成長条件を調整すると、エピタキシャルシリコンウェーハのグローバル形状が良好ではなくなったり、エッジ部分の結晶方位依存性によってはシリコンエピタキシャル層の膜厚が均一ではなくなったりする。これに対して、本実施形態によれば、エピタキシャル成長に供する前のシリコンウェーハが所望の品質から乖離している場合でも、エピタキシャル成長条件を製造上許容し得る範囲から変更することなく、上述した方法によってＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎが良好なエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。すなわち、本実施形態は、エピタキシャル成長に供する前のシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎに応じてエピタキシャル成長条件を調整するのではなく、エピタキシャル成長の直前に、エッチングによってシリコンウェーハのおもて面の形状を予め作り込むという従来とは異なる技術思想に基づくものである。これにより、エピタキシャル成長条件を製造上許容し得る範囲から変更しなくとも、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎが良好なエピタキシャルシリコンウェーハが得られるのである。さらに、本実施形態によれば、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎが０ｎｍとなるので、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＲも良好となる。なお、本明細書における「ＥＳＦＱＲ」とは、ＳＥＭＩ規格Ｍ６７に規定されるＥＳＦＱＲ（Edge Site Front least sQuares Range）を意味し、ウェーハ最外周から径方向に沿って２ｍｍ～３０ｍｍの環状の領域を周方向に７２分割して得られるサイトを対象とし、サイト内の厚さ分布から最小二乗法により求められた基準面からのプラス側とマイナス側の各最大変位量の絶対値の和として定義される。
以上、本実施形態を例にして、本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明したが、本発明は、これに限定されず、特許請求の範囲において適宜変更を加えることができる。
図１に示すエピタキシャル成長装置を用いて、図２に示す手順に従って、エピタキシャルシリコンウェーハを８９枚作製した。
単結晶シリコンインゴットを切り出して得られた直径：３００ｍｍのシリコンウェーハのＥＳＦＱＤを平坦度測定装置（ＫＬＡテンコール社製：Wafersight）を用いて測定し、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎを算出した（ステップＳ１０）。図５Ａに８９枚分の測定結果（ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの平均値を示すプロット、及びばらつき（標準偏差：σ）を示すバー）を示す。
次に、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値を０ｎｍに設定した（ステップＳ２０）。
次に、ステップＳ２０で設定したエピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの目標値から、ステップＳ１０で測定したシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎと予め求めておいたシリコンエピタキシャル層のＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ（本実施例では３０ｎｍ）とを減じることによって、目標エッチング量を算出した（ステップＳ３０）。
次に、ステップＳ３０で算出した目標エッチング量に対応するエッチング条件を、エッチングガスの流量に対する第１のキャリアガスの流量及び第２のキャリアガスの流量を調整することで決定した（ステップＳ４０）。エッチングガスとして塩化水素ガスを用い、第１のキャリアガス及び第２のキャリアガスとして水素ガスを用いた。なお、比較例では、第１のキャリアガスの流量を５０ｓｌｍに固定し、第２のキャリアガスの流量を２５ｓｌｍに固定した。
次に、シリコンウェーハをチャンバ内に搬入した（ステップＳ５０）。
次に、ステップＳ４０で決定したエッチング条件で、シリコンウェーハのおもて面をエッチングした（ステップＳ６０）。エッチング後のシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎを平坦度測定装置（ＫＬＡテンコール社製：Wafersight）を用いて測定した。図５Ａに８９枚分の測定結果（ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎの平均値を示すプロット、及びばらつきを示すバー）を示す。
次に、シリコンウェーハのおもて面上にシリコンエピタキシャル層を成長させて、エピタキシャルシリコンウェーハを得た（ステップＳ７０）。なお、エピタキシャル成長条件は以下の条件とした。
原料ガス：トリクロロシラン
原料ガスの流量：１０ｓｌｍ
チャンバ内の温度：１１３０℃
原料ガス：トリクロロシラン
原料ガスの流量：１０ｓｌｍ
チャンバ内の温度：１１３０℃
次に、チャンバ外にエピタキシャルシリコンウェーハを搬出した（ステップＳ８０）。その後、エピタキシャルシリコンウェーハのＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎ及びＥＳＦＱＲ－ｍａｘを平坦度測定装置（ＫＬＡテンコール社製：Wafersight）を用いて測定した。図５Ａ、Ｂに８９枚分の測定結果（平均値を示すプロット、及びばらつきを示すバー）をそれぞれ示す。
本発明によれば、おもて面外周部の平坦度が向上し、かつウェーハ毎で外周部の平坦度のばらつきが抑制されたエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
１００ エピタキシャル成長装置
１０ チャンバ
１１ 上部ドーム
１２ 下部ドーム
１３ ドーム取付体
１４ 第１のガス供給口
１５ 第１のガス排出口
１６ 第２のガス供給口
２０ サセプタ
３０ サセプタサポートシャフト
３１ 主柱
３２ アーム
３３ 支持ピン
３４ アームの貫通孔
４０ リフトピン
５０ 昇降シャフト
５１ 昇降シャフトの主柱
５２ 支柱
６０ 加熱ランプ
２００ 外部サーバ
２０１ 制御部
２０２ 記憶部
Ｗ シリコンウェーハ（エピタキシャルシリコンウェーハ）
１０ チャンバ
１１ 上部ドーム
１２ 下部ドーム
１３ ドーム取付体
１４ 第１のガス供給口
１５ 第１のガス排出口
１６ 第２のガス供給口
２０ サセプタ
３０ サセプタサポートシャフト
３１ 主柱
３２ アーム
３３ 支持ピン
３４ アームの貫通孔
４０ リフトピン
５０ 昇降シャフト
５１ 昇降シャフトの主柱
５２ 支柱
６０ 加熱ランプ
２００ 外部サーバ
２０１ 制御部
２０２ 記憶部
Ｗ シリコンウェーハ（エピタキシャルシリコンウェーハ）
Claims (6)
- エピタキシャル成長装置のチャンバ内にシリコンウェーハを搬入し、前記チャンバ内に設けられたサセプタ上に前記シリコンウェーハを載置し、前記チャンバ内で前記シリコンウェーハのおもて面にエッチングを施し、前記エッチングが施された前記おもて面上に所定条件下でシリコンエピタキシャル層を成長させることによってエピタキシャルシリコンウェーハを製造するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法であって、
前記エッチングにおけるエッチング条件は、前記エピタキシャルシリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度の目標値から、前記エッチングを施す前の前記シリコンウェーハのおもて面外周部の平坦度と前記エピタキシャル成長装置により前記所定条件下で成膜されるシリコンエピタキシャル層のおもて面外周部の平坦度とを減ずることによって算出される目標エッチング量に基づいて決定される、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成長装置では、前記チャンバの側面に設けられた第１のガス供給口から前記エッチングガスと第１のキャリアガスとが前記シリコンウェーハのおもて面上側に供給され、前記チャンバの側面であって、前記サセプタよりも低い位置に設けられた第２のガス供給口から第２のキャリアガスが前記サセプタの裏面下側に供給され、
前記目標エッチング量を実現するためのエッチング条件が、前記エッチングガスの流量に対する前記第１のキャリアガスの流量及び／又は前記第２のキャリアガスの流量の比率である、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。 - 前記目標エッチング量を実現するためのエッチング条件が、エッチングガスの流量、エッチングにおけるプロセス温度、及びエッチング時間の少なくとも一つである、請求項１又は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。
- 前記平坦度は、ＥＳＦＱＤ－ｍｅａｎである、請求項１～３のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 前記平坦度は、ＥＳＦＱＲ－ｍａｘである、請求項１～３のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 前記サセプタは、前記シリコンウェーハの結晶方位に依存する方位依存制御手段を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
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