(57)【要約】【課題】厚エピウェーハにおいて、エピタキシャル層の厚さ分布に起因して発生していたデバイス露光工程時のエッジショットを施す領域におけるデフォーカス不良を低減する。【解決手段】チャンバ内に設けられた水平状態で回転するサセプタの上に複数枚のオリエンテーションフラット又はノッチ付き半導体ウェーハをサセプタ中心から一定の距離に位置しかつそれぞれ隣り合わせたウェーハの間隔が等間隔となるように水平に載置し、サセプタを回転させながらチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスを供給して、載置した複数枚のウェーハの表面にそれぞれ２０μｍ以上の厚さでエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法の改良であり、ウェーハのオリエンテーションフラットの平坦縁又はノッチがサセプタ中心からの放射状方向に対して±４５度の角度に位置するように複数枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置することを特徴とする。【選択図】図１
2010141068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバ内に設けられた水平状態で回転するサセプタの上に複数枚のオリエンテーションフラット又はノッチ付き半導体ウェーハを前記サセプタ中心から一定の距離に位置しかつそれぞれ隣り合わせたウェーハの間隔が等間隔となるように水平に載置し、前記サセプタを回転させながら前記チャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスを供給して、前記載置した複数枚のウェーハの表面にそれぞれ２０μｍ以上の厚さでエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法において、
前記ウェーハのオリエンテーションフラットの平坦縁又はノッチが前記サセプタ中心からの放射状方向に対して±４５度の角度に位置するように前記複数枚のウェーハを前記サセプタ上にそれぞれ載置する
ことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚の厚いエピタキシャル層が形成され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。
【背景技術】
【０００２】
デバイスの露光工程では、ウェーハ表面と光源との距離が、場所によってばらつくと、露光時のピントが合わずに、パターンが設計通りに形成されない部位ができてしまう。このような症状はデフォーカス不良と呼ばれる。
【０００３】
上記デフォーカス不良を低減するために、ステッパ（露光装置）では、各露光ショット毎に、それぞれの露光対象面が光軸に垂直になるように、局所的な面の傾きの補正を行うレベリング機構が設けられている（例えば、特許文献１参照。）。このレベリング機構により、各露光ショット毎に、ウェーハ厚みの分布（表面形状の傾き）に合わせて、ウェーハを載置したウェーハステージを傾けて、ウェーハ表面と光源との距離のばらつきができるだけ小さくなるような操作を行うことで、デフォーカス不良の発生を防いでいる。
【０００４】
また、使用されるウェーハ側でも、このデフォーカス不良の発生やその他製品歩留まりの低下に繋がる問題を解消するために、それぞれの品種でのデザインルールを満足する平坦度が要求されている。
【特許文献１】特許第３２１１８１０号公報（明細書の段落［０００２］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
エピタキシャルウェーハのうち、シリコンウェーハ上に膜厚の厚いエピタキシャル層が形成された、いわゆる「厚エピ」と呼ばれる品種では、基材となるシリコンウェーハの平坦度よりも、エピタキシャル成長によって形成されるエピタキシャル層の厚さバラツキの方が大きくなることから、エピタキシャルウェーハ全体としての平坦度は、エピタキシャル層の厚さ分布がほぼ支配しており、高平坦度の厚エピウェーハとするためには、エピタキシャル層の厚さ分布の調整が重要となっている。
【０００６】
従来、厚エピウェーハを製造するに際し、箱型形状のチャンバを有し、このチャンバ内に原料ガスが水平方向に流れる構造で、複数枚のウェーハを同時にエピタキシャル成長することが可能なミニバッチ炉と呼ばれるエピタキシャル装置が用いられることがあった。このようなミニバッチ炉では、チャンバ内に設置されたサセプタの上に複数枚のウェーハを等間隔に載置して、チャンバ内を加熱し、サセプタを水平状態で回転させながらチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスを供給することで、複数枚のウェーハを同時にエピタキシャル成長することができる。
【０００７】
そして、このミニバッチ炉を用いて製造した厚エピウェーハについて、厚み分布を観察すると、例えば、図４に示すような、厚み分布になるケースが多く見られる。図４のウェーハ内に描いた細線は等高線であり、ウェーハ面内全体の厚さの変化を示したものである。
【０００８】
この厚み分布では、厚みの変化がなだらかな領域と厚みの変化が急激な領域がそれぞれ存在している。特に、ウェーハのオリエンテーションフラットを下側に配置したとき、ウェーハの四隅に位置する太枠で囲まれた領域のうち、右上側及び右下側の太枠が含まれる外周部付近は、厚みの変化が急激な領域が多く発生していることが確認できる。
【０００９】
このようにウェーハ面内の領域によって厚みの変化が異なるのは、原料ガスをチャンバ内に水平方向に流れるように供給しているが、この原料ガスの流れには、遅く流れるところ、速く流れるところがあり、不均一な流れの影響によってウェーハ面内で成長のむらが生じたことに起因するものと推察される。
【００１０】
一方、デバイス露光工程時にステッパでレベリング機構を用いて局所的な面の傾きの補正を行う際には、ウェーハ厚みの分布（表面形状の傾き）を計算しながらステージの傾きを設定して露光対象面の傾きを補正している。しかし、ステッパでは、該当の露光ショット領域でのステージ傾き計算ができない領域が存在し、この領域では、隣接するショット領域におけるステージ傾き計算値により、ステージ傾きを設定するショットとなる。このショットはエッジショットと呼ばれる。
【００１１】
図４に示すように、ウェーハのオリエンテーションフラットを下側に配置したとき、ウェーハの四隅に位置する太枠で示した領域は、ちょうど、エッジショットを施す領域と重なる領域であるが、このうち、右上側及び右下側の太枠で示される領域は、それぞれエピ厚みの変化が急激な領域であるため、隣接するショット領域との厚み傾斜差が大きく、隣接するショット領域におけるステージ傾き計算値により、ウェーハステージを傾けて露光処理を行うと、適切なステージ傾きとはならないため、露光時のピントが合わず、デフォーカス不良が生じてしまう問題があった。
【００１２】
このようなデフォーカス不良が生じると、その領域の箇所は不良チップとなり、製品歩留まりが低下する原因となる。
【００１３】
本発明の目的は、膜厚の厚いエピタキシャルウェーハにおいて、エピタキシャル層の厚さ分布に起因して発生していたデバイス露光工程時のエッジショットを施す領域におけるデフォーカス不良を低減し得る、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。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、チャンバ内に設けられた水平状態で回転するサセプタの上に複数枚のオリエンテーションフラット又はノッチ付き半導体ウェーハをサセプタ中心から一定の距離に位置しかつそれぞれ隣り合わせたウェーハの間隔が等間隔となるように水平に載置し、サセプタを回転させながらチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスを供給して、載置した複数枚のウェーハの表面にそれぞれ２０μｍ以上の厚さでエピタキシャル層を形成するエピタキシャルウェーハの製造方法の改良である。その特徴ある構成は、ウェーハのオリエンテーションフラットの平坦縁又はノッチがサセプタ中心からの放射状方向に対して±４５度の角度に位置するように複数枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置するところにある。
【００１５】
請求項１に係る発明では、２０μｍ以上の厚さでエピタキシャル成長する際に、ウェーハのオリエンテーションフラットの平坦縁又はノッチがサセプタ中心からの放射状方向に対して±４５度の角度に位置するように複数枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置することにより、従来の方法で厚エピウェーハを製造していたときに発生していたエピ厚みの変化が急激な領域が形成されていた位置をずらす。
【００１６】
この方法により得られた厚エピウェーハでは、エピ厚みの変化が急激な領域と、デバイス露光工程時にステッパでエッジショットを施す際の領域とが重ならない。
【００１７】
従って、この方法により得られたエピタキシャルウェーハを用いることで、デバイス露光工程時のエッジショットを施す領域は、厚みの変化がなだらかな領域に相当するため、結果として、デフォーカス不良を低減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、エピ厚みの変化が急激な領域と、デバイス露光工程時にステッパでエッジショットを施す際の領域とが重ならないように、複数枚のウェーハを特定の角度に位置するようにサセプタ上にそれぞれ載置してエピタキシャル成長するものである。
【００１９】
この方法により得られた厚エピウェーハでは、エピ厚みの変化が急激な領域と、デバイス露光工程時にステッパでエッジショットを施す際の領域とが重ならず、デバイス露光工程時のエッジショットを施す領域は、厚みの変化がなだらかな領域に相当するため、結果として、デフォーカス不良を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
本発明は、エピタキシャル成長により、複数枚のシリコンウェーハの表面に、膜厚の厚いエピタキシャル層を同時に形成する、厚エピウェーハを製造する方法である。
【００２２】
ここで、「厚エピ」とは、エピタキシャル層の厚さが２０〜２００μｍのものを指す。エピタキシャル層を形成する基材となるシリコンウェーハは、エピタキシャル成長させる装置の大きさ等の実用的な面を考慮すると、直径５〜８インチ（１２５〜２００ｍｍ）の大きさが好ましい。また、シリコンウェーハは、オリエンテーションフラット又はノッチを有するものが使用される。更に、シリコンウェーハは結晶方位が（１００）のものを使用することが好ましい。
【００２３】
本発明の製造方法に使用するエピタキシャル装置は、複数枚のウェーハを同時にエピタキシャル成長することが可能なミニバッチ炉と呼ばれる装置である。このエピタキシャル装置は、箱形形状のチャンバ、複数枚のウェーハを載置することができるサセプタ、原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給手段、キャリアガスをチャンバ内に供給するキャリアガス供給手段及びチャンバ内を加熱する加熱手段を備えている。サセプタの形状は円盤形状であり、水平状態で回転するようにチャンバ内に設置される。また、サセプタには、複数枚のウェーハがサセプタの中心から一定の距離に位置しかつそれぞれ隣り合わせたウェーハの間隔が等間隔となるように、ウェーハを載置する位置に凹みが設けられている。現在市販されているミニバッチ炉では、６インチのウェーハを８枚載置するものや、８インチのウェーハを５枚載置するものがある。また、原料ガス供給手段からは、原料ガスがチャンバ内に供給され、キャリアガス供給手段からは、キャリアガスがチャンバ内に供給される。原料ガスとしてはＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ4又はＳｉＣｌ4等が、キャリアガスとしてはＨ2が挙げられる。また、原料ガス供給手段及びキャリアガス供給手段のそれぞれの供給口の向きは、供給される原料ガス及びキャリアガスがチャンバ内に水平方向に流れるような向きに固定されている。更に、加熱手段は、チャンバ内を１０００〜１２００℃まで加熱することが可能な構成となっている。
【００２４】
本発明の製造方法を上記構成を有するエピタキシャル装置を用いて説明する。
【００２５】
先ず、チャンバ内に設けられたサセプタの上に複数枚のオリエンテーションフラット付きウェーハをサセプタに設けられた凹みに水平に載置する。
【００２６】
本発明では、図１に示すように、ここで、ウェーハのオリエンテーションフラットの平坦縁がサセプタ中心からの放射状方向に対して±４５度の角度に位置するように複数枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置する。また、ノッチを有するウェーハを用いる場合、ウェーハのノッチ部分におけるウェーハ外周縁の接線がサセプタ中心からの放射方向に対して±４５度の角度に位置するように複数枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置する。このように全てのウェーハの角度をサセプタ中心からの放射状方向に対して一定の角度に位置するように載置することで、従来の方法で厚エピウェーハを製造していたときに発生していたエピ厚みの変化が急激な領域が形成されていた位置をずらすことができる。また、ウェーハのオリエンテーションフラット又はノッチを、サセプタの回転方向に対して風下側に位置させウェーハを載置する方が、オリエンテーションフラット又はノッチにより原料及びキャリアガスの流れを乱すことがないため、好ましい。
【００２７】
次いで、チャンバ内をエピタキシャル成長に適した１０００〜１２００℃の温度範囲に加熱する。次に、ウェーハが載置されたサセプタを３〜４０ｒｐｍの速度で時計回りに水平状態で回転させる。そして、その状態でチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスとキャリアガスとを一定の割合で供給して、ウェーハの表面にそれぞれ所定の膜厚となるまでエピタキシャル層を形成する。原料ガスとキャリアガスの供給割合は１２：８８〜３０：７０が好ましい。
【００２８】
以上、本発明の製造方法により得られた厚エピウェーハでは、エピ厚みの変化が急激な領域と、デバイス露光工程時にステッパでエッジショットを施す際の領域とが重ならないように、エピタキシャル成長時のサセプタ上に載置するウェーハの角度を特定の角度に位置するようにしたので、デバイス露光工程時のエッジショットを施す領域は、厚みの変化がなだらかな領域に相当するため、結果として、デフォーカス不良を低減することができる。
【実施例】
【００２９】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
【００３０】
＜実施例１＞
先ず、直径６インチ（約１５０ｍｍ）で、オリエンテーションフラットを有する結晶方位が（１００）のシリコンウェーハを８枚用意した。
【００３１】
また、複数枚のウェーハを同時にエピタキシャル成長することが可能なエピタキシャル装置を用意した。このエピタキシャル装置は、チャンバ、複数枚のウェーハを載置するサセプタ、原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給手段、キャリアガスをチャンバ内に供給するキャリアガス供給手段及びチャンバ内を加熱する加熱手段を備える。サセプタは円盤形状であり、水平状態で回転するようにチャンバ内に設置されている。また、６インチのウェーハが８枚載置可能な大きさを有し、８枚のウェーハがサセプタ中心から一定の距離に位置しかつそれぞれ隣り合わせたウェーハの間隔が等間隔となるように、ウェーハを載置する位置に凹みが設けられている。また、原料ガス供給手段及びキャリアガス供給手段のそれぞれの供給口の向きは、供給される原料ガス及びキャリアガスがチャンバ内に水平方向に流れるような向きに固定されている。
【００３２】
次に、図１に示すように、オリエンテーションフラットの平坦縁がサセプタ中心からの放射状方向に対して±４５度の角度に位置するように用意した８枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置した。
【００３３】
そして、チャンバ内を１０００〜１２００℃に加熱し、ウェーハが載置されたサセプタを８ｒｐｍの速度で時計回りに水平状態で回転させ、その状態でチャンバ内に水平方向に流れるように原料ガスであるトリクロロシランと水素とをそれぞれ３０ｓｌｍと１５０ｓｌｍの割合で供給して、ウェーハの表面にそれぞれ１００μｍの厚さとなるようにエピタキシャル層を形成して、厚エピウェーハを得た。
【００３４】
＜比較例１＞
オリエンテーションフラットの平坦縁がサセプタ中心からの放射状方向に対して０度の角度に位置するように用意した８枚のウェーハをサセプタ上にそれぞれ載置した以外は実施例１と同様にしてエピタキシャルを形成して、厚エピウェーハを得た。
【００３５】
＜比較試験１＞
実施例１及び比較例１でそれぞれ得られた厚エピウェーハのうち、それぞれ１枚ずつを使用し、オリエンテーションフラットの平坦縁が下方に位置するように配置したとき、ウェーハ中心から右上側（時計として見立てて、１時方向）、右下側（平坦縁の角を含んだ、５時方向）、左上側（１１時方向）及び左下側（平坦縁の角を含んだ、７時方向）のエッジショットを施す領域までのエピタキシャル層の厚さをＦＴＩＲ（Fourier transform infrared spectroscopy）にて測定した。その結果を図２及び図３にそれぞれ示す。
【００３６】
図３から明らかなように、比較例１の厚エピウェーハでは、ウェーハ中心から６０ｍｍまでの距離では、ほぼ所望の厚さで推移しているが、６０ｍｍを越えると右上側及び右下側の厚さが急激に増加し、エッジショットを施す領域あたりでは、その隣接するショット領域との厚み傾斜差が大きくなっている。この急激に厚さが増加する位置の領域幅は時計として見立てて±３０分の幅にある。このようなウェーハをデバイス製造に用いた場合では、デバイス露光工程時にエッジショットをするとき、隣接するショット領域との厚み傾斜差が大きく、結果としてエッジショットを施す領域におけるデフォーカス不良が発生する確率が高くなるものと推察される。
【００３７】
一方、図２から明らかなように、実施例１の厚エピウェーハでは、ウェーハ中心からエッジショットを施す領域まで、極端な厚みの変化は生じていなかった。このようなウェーハをデバイス製造に用いた場合では、デバイス露光工程時にエッジショットをするときでも隣接するショット領域との厚み傾斜差が小さいため、エッジショットを施す領域におけるデフォーカス不良の発生は少なくなるものと推察される。
【００３８】
なお、実施例１及び比較例１でそれぞれ得られた残りの厚エピウェーハについても、同様にＦＴＩＲ測定してエピタキシャル層の厚さを調べたところ、図２及び図３に示す結果と同じような傾向が見られた。
【００３９】
また、ノッチを有するシリコンウェーハを用いて実施例１及び比較例１と同様にエピタキシャル層を形成して厚エピウェーハを得て、これら厚エピウェーハのエピタキシャル層の厚さをＦＴＩＲで測定したところ、実施例１及び比較例１の厚エピウェーハと同様の傾向が見られた。この結果から、本発明の製造方法は、オリエンテーションフラットを有するウェーハだけでなく、ノッチを有するウェーハに対しても有効であることが判った。
【００４０】
以上のことから、本発明の製造方法が、厚エピウェーハにおいて、デバイス露光工程時のエッジショットでのデフォーカス不良を低減するのに有効であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の方法で複数枚のウェーハをエピタキシャル成長させるときのサセプタ上にウェーハを載置した状態を示す図。
【図２】実施例１でのウェーハ中心からエッジショットを施す領域までのエピタキシャル層の厚さを示す図。
【図３】比較例１でのウェーハ中心からエッジショットを施す領域までのエピタキシャル層の厚さを示す図。
【図４】従来の方法により複数枚のウェーハにエピタキシャル成長させたときのウェーハ厚み面内分布を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１１  ウェーハ
１１ａ  オリエンテーションフラット
１２  サセプタ
【図１】
2010141068.tif 000003
【図２】
2010141068.tif 000004
【図３】
2010141068.tif 000005
【図４】
2010141068.tif 000006