KR101120454B1

KR101120454B1 - 막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법, 및 에피택셜 웨이퍼

Info

Publication number: KR101120454B1
Application number: KR1020090049734A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 오쿠보
Original assignee: 가부시키가이샤 사무코
Priority date: 2008-06-10
Filing date: 2009-06-05
Publication date: 2012-03-14
Also published as: KR20090128326A; US8409349B2; US20090305021A1; JP2009302133A; JP5380912B2

Abstract

FTIR (Fourier Transform Infrared) 법에 의해 실리콘 웨이퍼에 있어서의 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 측정하기 위한 막두께 측정 방법으로서, 막두께 변화를 측정하는 면 (S2) 에 측정용 보조막 (A) 을 성막하는 보조막 형성 공정 S01 과, 보조막 (A) 의 막두께를 측정하는 보조막 두께 측정 공정 S02 와, 막두께 변화 후에 막두께 (Tra) 를 측정하는 측정 공정 S04 와, 측정 공정 S04 의 결과 및 보조막 두께 측정 공정 S02 의 결과로부터 막두께 변화를 산출하는 산출 공정 S05 를 갖는다.

막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼, 에피택셜 웨이퍼 제조 방법, FTIR 법, 보조막, 이면 디포짓

Description

막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법, 및 에피택셜 웨이퍼{FILM THICKNESS MEASUREMENT METHOD, PRODUCTION METHOD OF EPITAXIAL WAFER, AND EPITAXIAL WAFER}

본 발명은, 막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼 제조 방법, 및 에피택셜 웨이퍼에 관한 것으로, 특히 이면 (裏面) 디포짓 (deposit) 에 대응 가능한 에피택셜 웨이퍼의 제조에 사용하기에 바람직한 기술에 관한 것이다.

본원은, 2008 년 6 월 10 일에 일본에 출원된 일본 특허출원 2008-151858 호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

실리콘 단결정으로 이루어지는 실리콘 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막한 에피택셜 웨이퍼의 제조에 있어서의 문제점의 하나로서 이면 디포짓의 생성이 있다. 즉, 에피택셜 성장로 (成長爐) 내에 있어서, 에피택셜 성장시키는 실리콘 웨이퍼는, 이면이 서셉터라고 불리는 웨이퍼 지지대 상에서 부분적으로 지지되어 있다. 이 때문에, 이면과 지지대의 비접촉 부분에서는, 에피택셜 성장시에 에피택셜 성장로에 공급되는 반응 가스가 이면으로 돌아 들어가는 경우가 있다.

이와 같이 이면으로 돌아 들어간 반응 가스에 의해, 실리콘 웨이퍼의 표면뿐 만 아니라 이면에 있어서도 에피택셜 성장 또는 폴리실리콘 성장이 발생하고, 결과적으로 웨이퍼 이면측에 성막되는 이른바 이면 디포짓이 형성된다 (일본 공개특허공보 평10-275776 호 0010 단락).

이와 같은 이면 디포짓의 두께는, 예를 들어 0.04㎛ 로 매우 얇은 것이다.

또, 실리콘 웨이퍼의 에피택셜층의 막두께는, 일반적으로 FTIR (Fourier Transform Infrared) 법에 의해 측정된다. 이것은, 웨이퍼 표면에 조사한 적외선에 의해, 웨이퍼와 에피택셜층의 불순물 농도의 차이로부터 에피택셜층의 막두께를 측정하는 것이다 (일본 공개특허공보 2003-109991 호 0002 단락).

그러나, FTIR 법에 의해 에피택셜층의 막두께를 측정하는 경우, 에피택셜층의 표면으로부터의 반사에 의한 영향이 크기 때문에, FTIR 법에 의해 측정할 수 있는 막두께의 하한은 0.3㎛ 이다. 따라서, FTIR 법에서는, 0.04㎛ 로 매우 얇은, 에피택셜 웨이퍼의 이면에 생성한 이면 디포짓의 막두께를 측정할 수는 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 이하의 목적을 달성하고자 하는 것이다.

1. 이면 디포짓의 막두께 측정을 가능하게 하는 것.

2. 이면 디포짓에 의한 평탄도의 편차 해소를 도모하는 것.

3. 이면 디포짓의 영향이 없는 에피택셜 웨이퍼를 판별 가능하게 하는 것.

4. 이면 디포짓의 영향이 없는 에피택셜 웨이퍼를 제공 가능하게 하는 것.

본 발명의 막두께 측정 방법은, FTIR 법에 의해 실리콘 웨이퍼에 있어서의 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 측정하기 위한 막두께 측정 방법으로서,

상기 막두께 변화를 측정하는 면에 소정의 막두께가 되는 측정용 보조막을 성막하는 보조막 형성 공정과,

상기 보조막의 막두께를 측정하는 보조막 두께 측정 공정과,

상기 막두께 변화 후에 상기 보조막의 막두께를 측정하는 측정 공정과,

상기 측정 공정의 결과 및 상기 보조막 두께 측정 공정의 결과로부터 상기 막두께 변화를 산출하는 산출 공정을 가짐으로써 상기 과제를 해결하였다.

본 발명의 막두께 측정 방법은, 상기 막두께 측정 방법에 있어서, 상기 측정 공정에서 측정하는 상기 막두께 변화가, 에피택셜 웨이퍼 제조 시의 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막하는 표면 에피택셜층 형성 공정에 있어서의 웨이퍼 이면 (裏面) 의 이면 디포짓에 의한 막두께 변화가 될 수 있다.

본 발명의 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은, 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막한 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법으로서,

상기 웨이퍼 이면에 소정의 막두께가 되는 측정용 보조막을 성막하는 보조막 형성 공정과,

상기 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 보조막 두께 측정 공정과,

상기 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막하는 표면 에피택셜층 성막 공정과,

상기 표면 에피택셜층 성막 공정 후에 이면 디포짓이 발생된 상기 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 측정 공정과,

상기 측정 공정의 결과 및 상기 보조막 두께 측정 공정의 결과로부터 상기 이면 디포짓에 의한 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 산출하는 산출 공정을 갖는 것이 가능하다.

또, 본 발명에서는, 상기 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 있어서,

상기 측정 공정에 있어서의 상기 막두께 변화의 측정이 웨이퍼 주연부에서, 주연으로부터 직경 방향 1㎜～ 10㎜ 의 범위에서만 실시되는 수단을 채용할 수도 있다.

또, 상기 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 있어서,

상기 측정 공정에 있어서의 상기 막두께 변화의 측정이 웨이퍼 둘레 방향에 있어서, 중심각 15°피치로 실시될 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 어느 하나에 기재된 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 얻어진 이면 디포짓의 막두께 변화에 따라 에피택셜 웨이퍼의 적부적 (適不適) 을 판정하는 판정 공정을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 에피택셜 웨이퍼에 있어서는, 상기 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

상기 측정 공정의 결과 및 상기 보조막 두께 측정 공정의 결과로부터 상기 막두께 변화를 산출하는 산출 공정을 가짐으로써, 종래 FTIR 법에서는 측정할 수 없었던 0.3㎛ 이하의 변화된 막두께 (막두께 변화) 를, 미리 에피택셜 성장에 의해 보조막을 피측정 부분인 막두께 변화가 발생하는 막두께 변화 부분의 전체역에 형성하고, 이 보조막만의 막두께를 측정해 둠으로써, 막두께 변화 발생 후에 이 막두께 변화 부분의 막두께와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정하고, 이 합산 막두께로부터 상기 보조막만의 막두께를 빼고 구함으로써 변화된 막두께를 얻을 수 있다.

이 때, 실리콘 웨이퍼와 보조막은, FTIR 법에 의해 검출 가능한 불순물의 농도차를 갖는 것이 필요하다.

실리콘 단결정으로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 주표면 상에 에피택셜 성장에 의해 실리콘으로 이루어지는 보조막을 형성시켰을 때에는, 예를 들어 FTIR (Fourier Transform Infrared) 법 등에 의해 보조막의 두께 (막두께) 가 측정된다.

도 3 은 본 발명에 있어서의 FTIR 법에서의 막두께 측정을 설명하기 위한 모식도이다.

FTIR 법이란, 도 3 에 나타내는 바와 같이, CZ (초크랄스키) 법 등에 의해 인상 (引上) 된 실리콘 단결정으로부터 슬라이스, 랩핑, 연삭, 에칭, 연마 등의 공정을 거쳐 얻어진 연마 웨이퍼 (기판) (PW) 상에 에피택셜 성장에 의해 형성된 보조막 (A) 을 갖는 웨이퍼의 주표면에 적외광 (L1) 을 조사하고, 보조막 (A) 의 표면 (SA) 에서 반사하는 반사광 (L2) 과, 보조막 (A) 과 기판 (PW) 의 계면 (경계) (S2) 에서 반사하는 반사광 (L3) 을 검출기 (도시 생략) 에 입사시키고, 그들의 광로차를 측정하여 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 를 검출하는 방법이다.

이 FTIR 법에서는, 기판 (PW) 과 보조막 (A) 의 계면 (S2) 에서 광선을 반사 시킬 필요가 있기 때문에, 통상적으로 기판 (PW) 과 보조막 (A) 사이에는 불순물 농도의 차이가 설정된다.

구체적으로는, 기판 (PW) 에 불순물이 5×10¹⁷atoms/㎤ 정도 이상의 고농도로 도핑되는 것이 바람직하다. 또, 보조막 (A) 의 불순물 농도는, 예를 들어 1×10¹⁵atoms/㎤ 정도 이하의 저농도가 될 수 있다.

여기서, p 형 웨이퍼의 경우, 불순물은 B 등이 되고, N 형 웨이퍼의 경우, 불순물은 P, As, Sb 등이 된다.

또한, 구체적으로는 기판 (PW) 은 p++ 타입, p+ 타입이 될 수 있고, 보조막 (A) 은 p- 타입으로 할 수 있다.

여기서, p++ 타입이란 불순물 농도가 10¹⁹atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 10(mΩ?㎝) 이하인 저저항을 의미하고, p+ 타입이란 불순물 농도가 10¹⁸atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 10 ～ 100(mΩ?cm) 정도인 것을 의미하고, p- 타입이란 불순물 농도가 10¹⁵atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 0.1(Ω?cm) 이상인 것을 의미한다.

막두께 변화의 발생 후에 막두께 변화 부분과 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정할 때에도, 상기 서술한 보조막의 막두께 측정과 동일하게 FTIR 법에 의해 측정이 실시된다.

도 4 는 본 발명에 있어서의 FTIR 법에서의 막두께 변화 부분의 막두께 측정을 설명하기 위한 모식도이다.

막두께 변화의 발생 후에, 막두께 변화 부분의 막두께와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정할 때에는, 상기 서술한 보조막의 막두께 측정과 동일하게 FTIR 법에 의해 측정이 실시된다.

즉 합산 막두께는, FTIR 법에 의해, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 보조막 (A) 이 형성된 연마 웨이퍼 (기판) (PW) 에 있어서, 막두께 변화 부분 (R) 이 발생하는 부근에 적외광 (L1) 을 조사하고, 보조막 (A) 상의 막두께 변화 부분 (R) 의 표면 (SR) 에서 반사하는 반사광 (L4) 과, 보조막 (A) 과 기판 (PW) 의 계면 (경계) (S2) 에서 반사하는 반사광 (L5) 을 검출기 (도시 생략) 에 입사시키고, 그들의 광로차를 측정하여 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 및 막두께 변화 부분 (R) 의 막두께 (Tr) 를 합산 막두께 (Tra) 로서 검출하는 방법이다.

그 후, 산출 공정에 있어서, 막두께 변화 부분 (R) 의 막두께 (Tr) 는, 합산 막두께 (Tra) 와 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 의 차이로서 산출된다. 즉,

Tr = Tra - Ta (1)

로서 산출된다.

본 발명의 막두께 측정 방법은, 상기 막두께 측정 방법에 있어서, 상기 측정 공정에서 측정하는 막두께 변화가, 에피택셜 웨이퍼 제조 시에 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막하는 표면 에피택셜층 형성 공정에 있어서의 웨이퍼 이면의 이면 디포짓에 의한 막두께 변화가 됨으로써, 미리 디바이스 영역이 되는 에피택셜층이 형성되는 웨이퍼에 대해 이면 디포짓이 발생하는 웨이퍼 이면에 에피택셜 성장에 의해 보조막을 형성하고, 에피택셜층 성막 공정 이전에 이 보조막만의 막두께를 측정 해 둠으로써, 에피택셜층 성막 후에 발생한 이면 디포짓 막두께와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정하고, 이 합산 막두께로부터 상기 보조막만의 막두께를 빼고 구함으로써, 종래 FTIR 법에서는 측정할 수 없었던 이면 디포짓에 의한 0.3㎛ 이하의 막두께 변화의 값을 정확하게 얻는 것이 가능해진다.

여기서, 보조막의 불순물 농도는, 이면 디포짓의 불순물 농도, 즉, 웨이퍼 표면에 형성되는 에피택셜층의 설정 불순물 농도와 동일하거나 거의 동등한 농도로 설정되는 것이 바람직하고, 이것은, 이면 디포짓 막두께와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정할 때, 피측정물인 이면 디포짓과 보조막의 계면 (경계) 에서 FTIR 법에 있어서의 적외선의 반사가 일어나지 않는 범위의 불순물 농도 범위로 설정되는 것을 의미한다.

또, 미리 형성하는 보조막의 막두께는 0.3㎛～ 5㎛ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1㎛～ 3㎛ 정도, 또는 2㎛ 가 된다. 보조막의 막두께가 이 범위 이하이면, FTIR 법에 의한 합산 막두께의 측정이 정확하게 실시되지 않을 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않고, 보조막의 막두께가 이 범위 이상이면, 보조막 형성 공정에 걸리는 시간이 증대됨과 함께 보조막 성막용에 필요한 성막 가스 등이 증대되어, 작업 효율이 나빠짐과 함께 필요한 비용이 증대되기 때문에 바람직하지 않다.

여기서, FTIR 법에 의한 막두께의 검출 한계가 0.3㎛ 정도인 것을 설명한다.

도 5, 도 6 은 본 발명에 있어서의 FTIR 법에서의 에피택셜층 막두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

FTIR 법에 의한 광로차의 측정 결과는, 도 5 에 나타내는 바와 같이, 최외표면 (SA) 위치를 나타내는 부분이 크고, 에피택셜층과 기판의 계면 (S2) 을 나타내는 부분이 작아진다. 또한, 최외표면 (SA) 부근에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 0.3㎛ 의 깊이까지, 최외표면 (SA) 으로부터의 반사에 의해, 내부에서의 측정 결과가 영향을 받아 결과적으로 불순물 농도차가 존재하는 계면 위치를 정확하게 검출할 수 없다. 따라서, FTIR 법에 의한 막두께의 검출 한계는 0.3㎛ 정도가 된다.

그 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 보조막 두께 측정 공정과,

그 표면 에피택셜층 성막 공정 후에 이면 디포짓이 발생된 상기 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 측정 공정과,

그 측정 공정의 결과 및 상기 보조막 두께 측정 공정의 결과로부터 상기 이면 디포짓에 의한 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 산출하는 산출 공정을 가짐으로써, 미리 디바이스 영역이 되는 에피택셜층이 형성되는 웨이퍼에 대해 이면 디포짓이 발생하는 웨이퍼 이면에 에피택셜 성장에 의해 보조막을 형성하고, 에피택셜층 성막 공정 이전에 이 보조막만의 막두께를 측정해 둠으로써, 에피택셜층 성막 후에 발생한 이면 디포짓 막두께와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정하고, 이 합산 막두께로부터 상기 보조막만의 막두께를 빼고 구함으로써, 종래 FTIR 법에서는 측정할 수 없었던 이면 디포짓에 의한 0.3㎛ 이하의 막두께 변화의 값을 정확하게 얻는 것이 가능해진다.

도 4 는 본 발명에 있어서의 FTIR 법에서의 이면 디포짓의 막두께 변화 측정을 설명하기 위한 모식도이다.

에피택셜막 성막 후에 발생한 이면 디포짓의 막두께 (막두께 변화 부분) 와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정할 때에는, 상기 서술한 막두께 측정과 동일하게 FTIR 법에 의해 측정이 실시된다.

즉, 합산 막두께는, FTIR 법에 의해, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 이면 (S2) 에 보조막 (A) 이 형성된 연마 웨이퍼 (기판) (PW) 의 표면 (S1) 에 에피택셜 성장에 의해 형성된 디바이스 영역이 되는 에피택셜층 (E) 을 갖는 웨이퍼에 있어서, 이면 디포짓이 발생하는 웨이퍼 이면 (S2) 의 주연부 (F) 에 적외광 (L1) 을 조사하고, 보조막 (A) 상의 이면 디포짓 (R) 의 표면 (SR) 에서 반사하는 반사광 (L4) 과, 보조막 (A) 과 기판 (PW) 의 계면 (경계) (S2) 에서 반사하는 반사광 (L5) 을 검출기 (도시 생략) 에 입사시키고, 그들의 광로차를 측정하여 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 및 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 를 합산 막두께 (Tra) 로서 검출하는 방법이다.

그 후, 산출 공정에 있어서, 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 는, 합산 막두께 (Tra) 와 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 의 차이로서 산출된다. 즉, 이하의 식 (1)

Tr = Tra - Ta (1)

로서 산출된다.

상기 측정 공정에 있어서의 막두께 변화의 측정이 웨이퍼 주연부에서, 주연으로부터 직경 방향 1㎜～ 10㎜ 의 범위에서만 실시됨으로써, 이면 디포짓이 발생할 가능성이 있는 웨이퍼 주연부만을 측정함으로써 측정 공정에 필요로 하는 작업 시간을 단축할 수 있음과 함께, 이면 디포짓의 발생을 확실하게 검출하는 것이 가능해진다. 또 이 때, 보조막 두께 측정 공정에 있어서의 보조막의 막두께 측정도, 상기 웨이퍼 주연부만으로 하는 것이 바람직하고, 보조막 두께 측정 공정에 필요로 하는 작업 시간을 단축할 수 있다.

또, 상기 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 있어서,

상기 측정 공정에 있어서의 막두께 변화의 측정이 웨이퍼 둘레 방향에 있어서, 중심각 15°피치로 실시됨으로써, 후공정인 디바이스 공정에 있어서 이면 디포짓의 영향을 충분히 예측할 수 있는 검출 정밀도로 할 수 있게 됨과 함께, 측정 공정에 필요한 작업 시간을 단축하고, 에피택셜 웨이퍼 제조의 토탈 시간을 단축하여 비용을 삭감할 수 있다.

여기서, 중심각 15°피치란, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 측정점 (P) 을, 웨이퍼 주연부에 있어서 웨이퍼 중심에서 본 각도로 15°마다 설정하는 것을 의미한다. 이로써, 직경 300㎜ 의 에피택셜 웨이퍼에 있어서, 가로 세로 20㎜～ 30㎜, 바람직하게는 가로 세로 25㎜ 의 디바이스 제조에 대해 각 디바이스에 상당하는 지점에서 필요한 이면 디포짓을 측정하는 것이 가능해진다.

또 이 때, 보조막 두께 측정 공정에 있어서의 보조막의 막두께 측정도, 상기 중심각 피치만으로 하는 것이 바람직하고, 이로써 보조막 두께 측정 공정에 필요로 하는 작업 시간을 단축할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 어느 하나에 기재된 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 얻어진 이면 디포짓의 막두께 변화에 따라 에피택셜 웨이퍼의 적부적을 판정하는 판정 공정을 가짐으로써, 상기 (1) 식에 의해 산출한 이면 디포짓의 막두께 (Tr) 가 0.04㎛ 이상인 것은 부적합, 이것 이하이면 적합, 또는 보다 바람직하게는 이면 디포짓의 막두께 (Tr) 가 0.02㎛ 이상인 것은 부적합, 이것 이하이면 적합으로 할 수 있다. 또한, 에피택셜 웨이퍼의 적부적을 판단하는 이면 디포짓의 막두께 (Tr) 는, 적응하는 디바이스에 따라 상이한데, 0.01㎛～ 0.2㎛ 사이에서 설정하는 것이 가능하다.

본 발명의 에피택셜 웨이퍼에 있어서는, 상기 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 함으로써, 이면 디포짓의 영향을 저감시킨 에피택셜 웨이퍼를 제조하는 것이 가능해진다.

본 발명에 의하면, 종래 FTIR 법에서는 측정할 수 없었던 0.3㎛ 이하의 변화된 막두께 (막두께 변화) 를, 미리 에피택셜 성장에 의해 보조막을 피측정 부분인 막두께 변화가 발생하는 웨이퍼면의 전체면에 형성하고, 이 보조막만의 막두께를 측정해 둠으로써, 막두께 변화의 발생 후에 이 막두께 변화 부분의 막두께와 보조막의 막두께를 동시에 합산 막두께로서 측정하고, 이 합산 막두께로부터 상기 보조막만의 막두께를 빼고 구함으로써 변화된 막두께를 얻을 수 있다는 효과를 발휘할 수 있다.

이하, 본 발명에 관련된 막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법, 및 에피택셜 웨이퍼의 일 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태에 있어서의 막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법을 나타내는 플로우차트이고, 도 2 는 각 공정에 있어서의 웨이퍼를 나타내는 모식 단면도이고, 도면에 있어서 부호 W 는 웨이퍼이다.

본 실시형태의 막두께 측정 방법에 있어서는, 피측정 부분인 막두께 변화 부분으로서, 에피택셜 웨이퍼 제조시에 발생하는 이면 디포짓의 막두께를 측정하는 것으로 하고, 이것을 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법으로서 설명한다.

본 실시형태의 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법은, 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막한 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법으로서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상기 웨이퍼 이면에 소정의 막두께가 되는 측정용 보조막을 성막하는 보조막 형성 공정 S01 과, 그 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 보조막 두께 측정 공정 S02 와, 상기 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막하는 표면 에피택셜층 성막 공정 S03 과, 그 표면 에피택셜층 성막 공정 후에 이면 디포짓이 발생된 상기 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 측정 공정 S04 와, 그 측정 공정의 결과 및 상기 보조막 두께 측정 공정의 결과로부터 상기 이면 디포짓에 의한 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 산출하는 산출 공정 S05 와, 얻어진 이면 디포짓의 막두께 변화에 따라 에피택셜 웨이퍼의 적부적을 판정하는 판정 공정 S06 을 갖는다.

먼저, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, CZ (초크랄스키) 법 등에 의해 인상된 실리콘 단결정으로부터 슬라이스, 랩핑, 연삭, 에칭, 연마 등의 공정을 거쳐 얻어진 연마 웨이퍼 (기판) (PW) 를 준비한다. 여기서, 연마 웨이퍼 (PW) 는, 디바이스 영역이 되는 에피택셜층을 성막하는 표면 (S1) 이 적어도 연마되어 있는 편면 연마 웨이퍼이면 된다. 본 실시형태에 있어서는, 연마 웨이퍼 (PW) 로서 표면 (S1), 이면 (S2) 모두 연마된 양면 연마 웨이퍼로 한다.

여기서, 연마 웨이퍼 (PW) 로는, 예를 들어 p 형 웨이퍼로서 FTIR 법으로 계면 검출 가능한 불순물 농도를 갖는 것이 되고, 불순물로서의 보론이 5×10¹⁷atoms/㎤ 정도 이상의 고농도로 도핑된 것이 바람직하고, p++ 타입, 또는 p+ 타입으로 할 수 있다.

여기서, p++ 타입이란 보론 농도가 10¹⁹atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 10(mΩ?㎝) 이하인 저저항을 의미하고, p+ 타입이란 보론 농도가 10¹⁸atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 10 ～ 100(mΩ?cm) 정도인 것을 의미한다.

보조막 형성 공정 S01 에 있어서는, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 연마 웨이퍼 (PW) 의 이면 (S2) 에 측정용 보조막 (A) 을 에피택셜 성장에 의해 성막한 다.

이 보조막 (A) 은, 후술하는 에피택셜층 (E) 과 동형의 불순물을 함유함과 함께, 거의 동일한 불순물 농도로 설정되고, 또는 연마 웨이퍼 (PW) 와 동형이고 상이한 농도의 불순물을 함유하는 것이 된다. 이 보조막 (A) 의 불순물 농도는, FTIR 법으로 계면 검출 가능한 불순물 농도를 갖는 것, 예를 들어 1×10¹⁵atoms/㎤ 정도 이하의 저농도로 도핑된 p- 타입으로 할 수 있다. 여기서, p- 타입이란 보론 농도가 10¹⁵atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 0.1(Ω?㎝) 이상인 것을 의미한다.

또, 보조막 형성 공정 S01 에 있어서 미리 형성하는 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 는 0.3㎛～ 5㎛ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1㎛～ 3㎛ 정도가 되고, 구체적으로는 2㎛ 정도가 된다. 보조막 (A) 의 막두께가 이 범위 이하이면, 후술하는 FTIR 법에 의한 합산 막두께 (Tra) 의 측정이 정확하게 실시되지 않을 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않고, 보조막 (A) 의 막두께가 이 범위 이상이면, 보조막 형성 공정 S01 에 필요로 하는 시간이 증대됨과 함께 보조막 성막용에 필요한 성막 가스 등이 증대되어, 작업 효율이 나빠짐과 함께 필요한 비용이 증대되기 때문에 바람직하지 않다.

보조막 (A) 의 성막에 있어서는, 배치식 매엽 에피택셜 성장로를 사용하고, 가열 온도 1130℃, 원료 가스로서 트라이클로로실란, 도펀트 가스로서 다이보란 (B₂H₆) 을, 캐리어 가스로서의 수소와 함께 매엽 에피택셜 성장로 내에 탑재한 연마 웨이퍼 (PW) 이면 (S2) 상에 소정 시간 유통시킨다.

이어서, 보조막 두께 측정 공정 S02 에 있어서, 도 2(c) 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 보조막 형성 공정 S01 에서 성막한 보조막 (A) 의 막두께를 측정한다.

도 3 은 본 실시형태에 있어서의 FTIR 법에서의 보조막 두께 측정 공정 S02 를 설명하기 위한 모식도이다.

보조막 두께 측정 공정 S02 에 있어서는, 도 2(c) 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 보조막 (A) 을 갖는 연마 웨이퍼 (PW) 의 이면 (S2) 측에 적외광 (L1) 을 조사하고, 보조막 (A) 의 표면 (SA) 에서 반사하는 반사광 (L2) 과, 보조막 (A) 과 기판 (PW) 의 계면 (경계) (S2) 에서 반사하는 반사광 (L3) 을 검출기 (도시 생략) 에 입사시키고, 그들의 광로차를 측정하여 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 를 검출한다. 이 때의 보조막 (A) 의 막두께 측정은, 후술하는 바와 같이 웨이퍼 (W) 의 주연부 (F) 에서만 실시되는데, 다른 검사 등과 동시에 실시하고, 웨이퍼 (W) 전체면 또는 주연부 (F) 를 포함하는 대부분에서 실시해도 된다.

검출기로부터 출력된 막두께 (Ta) 의 데이터는, 도시되지 않은 제어 수단에 의해, 예를 들어 웨이퍼 (W) 에 레이저 마크 등으로 형성되거나 또는 웨이퍼 가공 플로우 제어 장치 내에서 관리되고 있는 것으로 웨이퍼 (W) 를 특정하는 정리 번호 등과 함께 도시되지 않은 기억 수단에 저장된다.

이어서, 표면 에피택셜층 성막 공정 S03 에 있어서, 도 2(d) 에 나타내는 바와 같이, 연마 웨이퍼 (PW) 를 반전시키고, 그 표면 (S1) 에 디바이스 영역이 되는 에피택셜층 (E) 을 성막한다.

이 에피택셜층 (E) 은, 예를 들어 연마 웨이퍼 (PW) 와 동형의 불순물을 함유하는 것이 되는데, 제품으로서의 에피택셜 웨이퍼의 사양에 입각하여 형성된다. 따라서, 이 에피택셜층 (E) 의 불순물 농도에 대해, 전술한 보조막 (A) 의 불순물 농도가 거의 동일해지도록 설정되어 있다.

본 실시형태에 있어서는, 에피택셜층 (E) 의 불순물 농도는, 예를 들어 1×10¹⁵atoms/㎤ 정도 이하의 저농도로 도핑된 p- 타입으로 할 수 있다. 여기서, p- 타입이란 보론 농도가 10¹⁵atoms/㎤ 정도이고, 저항값이 0.1(Ω?㎝) 이상인 것을 의미한다.

또, 표면 에피택셜층 성막 공정 S03 에 있어서 형성하는 에피택셜층 (E) 의 막두께는 예를 들어 2㎛～ 10㎛ 정도가 되고, 이 막두께가 되도록, 배치식 매엽 에피택셜 성장로 내에서, 가열 온도 1130℃, 원료 가스로서 트라이클로로실란, 도펀트 가스로서 다이보란 (B₂H₆) 을, 캐리어 가스로서의 수소와 함께 연마 웨이퍼 (PW) 표면 (S1) 상에 소정 시간 유통시킨다.

표면 에피택셜층 성막 공정 S03 에 있어서는, 연마 웨이퍼 (PW) 이면 (S2) 측에도, 에피택셜층 (E) 성막 중에 원료 가스가 이면으로 돌아 들어가는 것 등에 의해, 보조막 (A) 상에 이면 디포짓 (R) 이 형성되는 경우가 있다.

이어서, 측정 공정 S04 에 있어서, 도 2(e) 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 표면 에피택셜층 성막 공정 S03 에 있어서 형성된 이면 디포짓 (R) 과 보조막 (A) 의 막두께를 합산 막두께 (Tra) 로서 FTIR 법에 의해 측정한다.

도 4 는, 본 실시형태에 있어서의 FTIR 법에서의 측정 공정 S04 를 설명하기 위한 모식도이다.

측정 공정 S04 에 있어서는, 표면 (S1) 에 에피택셜층 (E) 이 형성된 에피택셜 웨이퍼 (웨이퍼) (W) 를 반전시키고 이면 (S2) 을 상측으로 하여 측정 가능한 상태로 한 후, FTIR 법에 의해, 도 2(e) 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 (W) 에 있어서, 이면 디포짓 (R) 이 발생하는 웨이퍼 주연부 (F) 에 적외광 (L1) 을 조사하고, 보조막 (A) 상의 이면 디포짓 (R) 의 표면 (SR) 에서 반사하는 반사광 (L4) 과, 보조막 (A) 과 기판 (PW) 의 계면 (경계) (S2) 에서 반사하는 반사광 (L5) 을 검출기 (도시 생략) 에 입사시키고, 그들의 광로차를 측정하여 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 및 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 를 합산 막두께 (Tra) 로서 검출하는 방법이다.

여기서, 보조막 (A) 과 에피택셜층 (E) 의 불순물 농도의 설정이 거의 동일하게 되어 있으므로, 보조막 (A) 과 이면 디포짓 (R) 의 불순물 농도도 차이가 없는 상태, 이른바 FTIR 법으로 「보이지 않는」 상태로 되어 있고, 이 보조막 (A) 과 이면 디포짓 (R) 의 계면에서는 검출용 적외선이 반사되지 않는다. 따라서, 보조막 (A) 과 이면 디포짓 (R) 의 합산 막두께 (Tra) 를 측정하는 것이 가능해진다.

검출기로부터 출력된 합산 막두께 (Tra) 의 데이터는, 도시되지 않은 제어 수단에 의해, 예를 들어 웨이퍼 (W) 에 레이저 마크 등으로 형성되거나 또는 웨이 퍼 가공 플로우 제어 장치 내에서 관리되고 있는 것으로 웨이퍼 (W) 를 특정하는 정리 번호 등과 함께 도시되지 않은 기억 수단에 저장된다.

측정 공정 S04 에 있어서의 측정은, 도 4 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 이면 디포짓 (R) 이 발생할 가능성이 있는 웨이퍼 (W) 주연부 (F) 가 된다. 주연부 (F) 는, 도 7 에 파선의 외측에서 나타내는 바와 같이, 주연으로부터 직경 방향 1㎜～ 10㎜ 의 범위만이 된다.

또, 이 주연부 (F) 내에서의 측정은, 웨이퍼 전체 둘레에 걸친 그 둘레 방향에 있어서, 복수의 측정점 (P) 마다 실시된다. 또한, 측정점 (P) 은, 도 7 에 있어서 우측 아래 4 등분한 원의 부분만을 나타내고 있다.

측정점 (P) 은, 웨이퍼 주연부 (F) 에 있어서, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 중심 C 에 대한 중심각이 15°가 되도록 중심각 15°피치로서 설정된다. 이로써, 직경 300㎜ 의 에피택셜 웨이퍼에 있어서, 가로 세로 20㎜～ 30㎜, 바람직하게는 가로 세로 25㎜ 의 디바이스 제조용 에피택셜 웨이퍼 (W) 에 대해 각 디바이스에 상당하는 지점에서 필요한 이면 디포짓 (R) 을 측정하는 것이 가능해짐과 함께, 측정 작업의 번잡함을 저감시켜 측정에 걸리는 작업 시간을 단축하는 것이 가능해진다.

그 후, 산출 공정 S05 에 있어서, 제어 수단에 의해 기억 수단으로부터 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 와 합산 막두께 (Tra) 를 판독하고, 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 로서 합산 막두께 (Tra) 와 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 의 차이를 산출한다. 즉, 이하의 식 (1)

Tr = Tra - Ta (1)

로서 산출된다.

판정 공정 S06 에 있어서는, 산출 공정 S05 에서 얻어진 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 즉 막두께 변화에 따라 에피택셜 웨이퍼 (W) 의 적부적을 판정한다.

여기서, 판정 기준으로서의 막두께 (Tr) 의 값은 0.01㎛～ 0.2㎛ 사이에서 설정할 수 있는데, 이것은 제품으로서의 에피택셜 웨이퍼의 사양에 입각하여 결정된다.

예를 들어, 판정 기준으로서, 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 가 0.055㎛ 이상인 것은 부적합, 이것 이하이면 적합, 또는 보다 바람직하게는, 이면 디포짓의 막두께 (Tr) 가 0.02㎛ 이상인 것은 부적합, 이것 이하이면 적합으로 할 수 있다.

이 판정 공정 S06 에 있어서는, 제조된 에피택셜 웨이퍼 (W) 를 판정하고, 부적합이라고 판단된 것은 제조 라인으로부터 배제된다.

이로써, 이면 디포짓의 영향을 저감시킨 에피택셜 웨이퍼 (W) 를 제조하는 것이 가능해진다.

<실시예>

이하 본 발명에 관련된 실시예에 대해 설명한다.

본 실시예에 있어서는, 불순물 (구체적으로는 보론) 농도: 1×10¹⁷atoms/㎤ 의, p+ 타입 또는 p++ 타입의 양면 연마 실리콘 웨이퍼 (연마 웨이퍼) (PW) 를 준비하고, 이하의 공정에서 이면 디포짓의 막두께를 측정하였다.

(1) 연마 웨이퍼 (PW) 의 이면 (S2) 에, 불순물 (구체적으로는 보론) 농도: 1×10¹⁵atoms/㎤ 로 목표 막두께 2㎛ 의 보조막 (A) 을 에피택셜 성장시킨다.

(2) 상기 보조막 (A) 의 막두께 (Ta) 를 FTIR 법에 의해 측정한 결과, 막두께는 2.01㎛ 이었다.

(3) 보조막 (A) 을 성장시킨 이면 (S2) 과 반대의 표면 (S1) 이 성장면이 되도록 연마 웨이퍼 (PW) 를 반전시킨다.

(4) 반전시킨 연마 웨이퍼 (PW) 의 표면에 불순물 (구체적으로는 보론) 농도: 1×10¹⁵atoms/㎤ 로 목표 막두께 2㎛ 의 에피택셜층 (E) 을 성장시킨다.

(5) 다시 이면 (S2) 에 성장시킨 보조막 (A) 과 이면 디포짓 (R) 의 합산 막두께 (Tra) 를 FTIR 법에 의해 측정한 결과, 합산 막두께 (Tra) 는 2.04㎛ 이었다.

(6) 상기 식 (1) 로부터, 이면 디포짓 (R) 의 막두께 (Tr) 는 Tra - Ta = 0.03㎛ 가 된다.

상기 결과로부터, 0.3㎛ 이하의 이면 디포짓 (R) 의 막두께를 정확하게 측정할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 이 이면 디포짓 (R) 에 의한 웨이퍼의 두께 변화에 따라, 에피택셜 웨이퍼 (W) 의 합격 여부를 판단하는 것이 가능해진다.

이에 대하여, 도 5, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 0.3㎛ 이하의 막두께는 검출 신호가 흐트러져 정확하게 측정할 수 없는 것을 알 수 있다.

여기서, 도 5 는, 막두께별 간섭무늬 (interferogram) 를 나타내는 것이며, 세로축은 반사 강도, 가로축은 임의값을 나타낸다.

또, 도 6 은, 5.32㎛ 의 간섭무늬를 나타내는 것이며, 세로축은 반사 강도, 가로축은 막두께를 나타낸다.

도 1 은, 본 발명에 관련된 막두께 측정 방법, 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법의 일 실시형태를 나타내는 플로우차트이다.

도 2 는, 도 1 의 각 공정에 있어서의 웨이퍼를 나타내는 모식 단면도이다.

도 3 은, 도 1 에 있어서의 보조막 두께 측정 공정 S02 를 설명하기 위한 모식도이다.

도 4 는, 도 1 에 있어서의 측정 공정 S04 를 설명하기 위한 모식도이다.

도 5 는, 본 발명에 있어서의 FTIR 법에서의 막두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6 은, 본 발명에 있어서의 FTIR 법에서의 막두께 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

도 7 은, 본 발명에 관련된 일 실시형태에 있어서의 측정 공정 S04 의 측정점 (P) 을 설명하기 위한 모식도이다.

Claims

FTIR (Fourier Transform Infrared) 법에 의해 실리콘 웨이퍼에 있어서의 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 측정하기 위한 막두께 측정 방법으로서,

웨이퍼의 일방의 면에 측정용 보조막을 형성하는 보조막 형성 공정과,

상기 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 제 1 막두께 측정 공정과,

상기 보조막 상에 막두께 변화 부분을 형성하여 막두께 변화를 발생시키는 공정과,

상기 보조막 및 상기 막두께 변화 부분을 합계한 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 제 2 막두께 측정 공정과,

상기 제 1, 제 2 막두께 측정 공정의 결과로부터 상기 막두께 변화를 산출하는 산출 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 막두께 측정 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 산출 공정에서 산출되는 막두께 변화가, 에피택셜 웨이퍼 제조 시의 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막하는 표면 에피택셜층 형성 공정에 있어서의 웨이퍼 이면 (裏面) 의 이면 디포짓 (deposit)인, 막두께 측정 방법.
웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막한 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법으로서,

웨이퍼 이면 (裏面) 에 소정의 막두께가 되는 측정용 보조막을 성막하는 보조막 형성 공정과,

상기 보조막의 막두께를 FTIR (Fourier Transform Infrared) 법에 의해 측정하는 보조막 두께 측정 공정과,

상기 웨이퍼 표면에 에피택셜층을 성막하는 표면 에피택셜층 성막 공정과,

상기 표면 에피택셜층 성막 공정 후에 이면 디포짓 (deposit) 이 발생된 상기 보조막의 막두께를 FTIR 법에 의해 측정하는 측정 공정과,

상기 측정 공정의 결과 및 상기 보조막 두께 측정 공정의 결과로부터 상기 이면 디포짓에 의한 0.3㎛ 이하의 막두께 변화를 산출하는 산출 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 측정 공정에 있어서의 막두께 변화의 측정이 웨이퍼 주연부에서, 주연으로부터 직경 방향 1㎜～ 10㎜ 의 범위에서만 실시되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
제 4 항에 있어서,

상기 측정 공정에 있어서의 막두께 변화의 측정이 웨이퍼 둘레 방향에 있어서, 중심각 15°피치로 실시되는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 얻어진 이면 디포짓의 막두께 변화에 따라 에피택셜 웨이퍼의 적부적 (適不適) 을 판정하는 판정 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법.
제 6 항에 기재된 에피택셜 웨이퍼의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 에피택셜 웨이퍼.