(57)【要約】【課題】  シリコン酸化膜の常圧ＣＶＤにおいて異物の付着を低減させたシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】  Ｓｉウェーハ１１はサセプタ１２下部のヒータで加熱し、常圧ＣＶＤの反応ガスのシラン系ガスおよび酸化性ガスはそれぞれ第１ガス噴出部１７、第２ガス噴出部１９からＳｉウェーハ１１表面側に吹き付ける。そして、未反応ガスおよび反応生成ガスは隔壁部材２０を通りガス吸引部２４から排出させる。ここで、図示の離間距離Ｌｏは離間距離Ｌｓよりも大きくする。また、離間距離Ｌｈは離間距離Ｌｏ以上にする。なお、上記シラン系ガスおよび酸化性ガスは、それぞれに混合すること無く、第１配管２２、第２配管２３、ノズル支持部１５に固定したガス導入部２１、第１ガスノズル１６および第２ガスノズル１８をガス流路とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シラン系ガスを噴出する第１のガス噴出部と、酸化性ガスを噴出する第２のガス噴出部と、これ等の反応ガスから生成される排気ガスを排出するガス吸引部と、を備え、前記第１のガス噴出部および前記第２のガス噴出部がＳｉウェーハの一表面に対面して配置されるガスノズルヘッドを用いたシリコン酸化膜の常圧ＣＶＤにおいて、
前記第１のガス噴出部および前記第２のガス噴出部と前記Ｓｉウェーハの一表面との離間距離をそれぞれＬｓ、Ｌｏとすると、Ｌｓ＜Ｌｏとなるように設定してシリコン酸化膜を前記Ｓｉウェーハの一表面に成膜することを特徴とするシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記第１のガス噴出部および前記第２のガス噴出部と前記ガス吸引部との間に隔壁部材が設けられた前記ガスノズルヘッドにおいて、前記隔壁部材の下端部と前記Ｓｉウェーハの一表面との離間距離をＬｈとすると、Ｌｏ≦Ｌｈとなるように設定してシリコン酸化膜を前記Ｓｉウェーハの一表面に成膜することを特徴とする請求項１に記載のシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記シラン系ガスがＳｉＨ４ガスを含み、前記酸化性ガスがＯ２ガスを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記一表面にシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの他表面を鏡面研磨することを特徴とする請求項１，２又は３に記載のシリコン酸化膜を有するＳｉ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、シリコンウェーハの製造方法に係り、特に片面にシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス製造に使用される多くのシリコン基板は、いわゆるＣＺ法（チョクラルスキー法）により育成したシリコン単結晶インゴットを種々の加工を通してスライス状にしたシリコンウェーハである。そして、ＭＩＳＦＥＴ（絶縁ゲート電界効果トランジスタ）を基本素子とし高集積化した半導体デバイスでは、単結晶シリコンからなるシリコンバルクウェーハと共に、シリコンエピタキシャルウェーハ、貼り合わせＳＯＩウェーハの使用が増加している。
【０００３】
上記シリコンエピタキシャルウェーハには、例えばボロン、リン等の有効不純物（以下、ドーパントという）を添加し、この高濃度のドーパントを添加した下地シリコンウェーハ（以下、シリコン基体ともいう）表面にエピタキシャル層を形成したシリコンエピタキシャルウェーハがある（例えば、特許文献１参照）。ここで、そのエピタキシャル層は、単結晶シリコン層あるいはＳｉＧｅ層を含んだ歪みシリコン層が、いわゆるホモエピタキシャル成長あるいはヘテロエピタキシャル成長される。
【０００４】
しかし、このようなシリコンエピタキシャルウェーハは、例えば１０００〜１２００℃温度におけるＣＶＤ（化学気相成長）法によりエピタキシャル成長する際に、シリコン基体からのドーパントの外方拡散によりエピタキシャル層に高濃度のドーパントがドーピングされる。そこで、シリコン基体の裏面に例えばシリコン酸化膜を成膜し、上記エピタキシャル成長において高濃度のドーパントがシリコン基体から外方拡散するのを防止する方法がとられる。
【０００５】
上記Ｓｉウェーハの片面へのシリコン酸化膜の成膜には、その処理能力に優れ低コスト化が容易な常圧ＣＶＤ法が用いられる。これについて図３を参照して説明する。図３はその常圧ＣＶＤに用いられる装置を模式的に示した断面図である。図３に示すように、Ｓｉウェーハ１１１をサセプタ１１２上に載置し、サセプタ１１２の下部に配置したヒータ（不図示）により所定の温度（例えば４００℃）に加熱する。そして、サセプタ１１２に対向配置したガスノズルヘッド１１３がＳｉウェーハ１１１の表面に反応ガスを吹き付ける。ここで、ガスノズルヘッド１１３は、ガイドレールおよび駆動装置（不図示）により、Ｓｉウェーハ１１１の表面に対して僅かな間隔を置き、移動方向１１４に示すようにサセプタ１１２表面に沿いその一端と他端との間を予め設定した速度で往復運動する。
【０００６】
上記反応ガスは、例えば窒素（Ｎ２）希釈のモノシラン（ＳｉＨ４）ガスおよび酸素（Ｏ２）ガスであり、ガスノズルヘッド１１３のガス噴出部１１５からＳｉウェーハ１１１表面にいわゆるポストミックスにより吹き付けられる。ここで、ガス噴出部１１５は、上記反応ガスに対しそれぞれに分散機構を有し、それぞれのガス噴出口から反応ガスを吐出する。そして、この吐出した反応ガスはＳｉウェーハ１１１表面で化学反応しシリコン酸化膜となってその表面に堆積する。この成膜において、ガス噴出部１１５の両端部で突設した隔壁部材１１６がＳｉウェーハ１１１表面におけるシリコン酸化膜の均一性を向上させるようになっている。ここで、隔壁部材１１６の下端面はガス噴出部１１５の下端面よりも下方側に位置し、未反応ガスあるいは反応生成ガス（例えば空間で反応生成したＳｉＯ２）は、ガス吸引部１１７から排出される。
【０００７】
なお、上記反応ガスのＳｉＨ４ガスは、第１配管１１８、ガス導入部１１９、ノズル支持部１２０および第１ガスノズル１２１を通りガス噴出部１１５に供給されるようになっている。同様にＯ２ガスは、第２配管１２２、ガス導入部１１９、ノズル支持部１２０および第２ガスノズル１２３を通りガス噴出部１１５に供給されるようになっている。ここで、これ等の反応ガスは、ガス噴出部１１５から吐出するまでは混合しないようになっている。そして、上記ガス噴出部１１５に連通するガス流路は例えばＮ２ガスパージできるようになっている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６５４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したシリコン酸化膜を片面に有するＳｉウェーハ１１１では、常圧ＣＶＤの工程において、例えばその寸法が１μｍ程度になる異物がシリコン酸化膜に付着することがある。そして、このような異物があると、Ｓｉウェーハ１１１のシリコン酸化膜が形成されていない他面を鏡面研磨する工程において、上記異物と同程度のくぼみがＳｉウェーハ１１１の研磨面に形成されるという問題があった。
【００１０】
図４はその様子を模式的に示している。シリコン酸化膜１２４を片面に形成したＳｉウェーハ１１１をウェーハ研磨用プレート１２５に貼り付けて例えば鏡面研磨する。しかし、このＳｉウェーハの貼り付けにおいて、上記異物１２６に対向したＳｉウェーハ１１１の他面側の箇所が盛り上がる。そして、その盛り上がった所が余分に研磨されるために、研磨後において研磨面に上記くぼみが形成され、このようなＳｉウェーハは不良品となる。なお、上記異物は、常圧ＣＶＤにおいて、主に、上記隔壁部材１１６（図３参照）の下端面に付着した反応生成物が剥離しＳｉウェーハ１１１の片面に再付着したものである。
【００１１】
そこで、常圧ＣＶＤで付着した上記異物をスクラブ工程あるいは洗浄工程において除去するが、除去できない場合は成膜したシリコン酸化膜を除去し常圧ＣＶＤの再処理を行う必要がある。あるいは、再処理できない場合は、そのＳｉウェーハは廃棄される。このために、シリコン酸化膜の常圧ＣＶＤにおいて上記異物が付着すると、シリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの生産性が低下し、その製造コストが増大するという問題があった。
【００１２】
この片面にシリコン酸化膜１２４を有するＳｉウェーハ１１１は、いわゆる張り合わせＳＯＩウェーハを製造する場合において支持基板用ウェーハとして使用される場合があり、上記鏡面研磨した後に形成されるくぼみは、このＳｉウェーハ１１１の鏡面側に熱酸化膜を挟んで張り合わされ形成されるＳＯＩ層にも転写されることから同様な問題が生じる。
【００１３】
なお、上述した問題は、Ｓｉウェーハ１１１上に成膜するシリコン酸化膜１２４が、半導体デバイスに使用される配線間の層間絶縁膜として用いられる場合においても同様に起こってくる。
【００１４】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、シリコン酸化膜の常圧ＣＶＤにおいて異物の付着を低減させ、生産性が高く低コストのシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明にかかるシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法は、シラン系ガスを噴出する第１のガス噴出部と、酸化性ガスを噴出する第２のガス噴出部と、これ等の反応ガスから生成される排気ガスを排出するガス吸引部と、を備え、前記第１のガス噴出部および前記第２のガス噴出部がＳｉウェーハの一表面に対面して配置されるガスノズルヘッドを用いたシリコン酸化膜の常圧ＣＶＤにおいて、前記第１のガス噴出部および前記第２のガス噴出部と前記Ｓｉウェーハの一表面との離間距離をそれぞれＬｓ、Ｌｏとすると、Ｌｓ＜Ｌｏとなるように設定してシリコン酸化膜を前記Ｓｉウェーハの一表面に成膜する、という構成になっている。
【００１６】
そして、好適な一態様では、上記発明において、前記第１のガス噴出部および前記第２のガス噴出部と前記ガス吸引部との間に隔壁部材が設けられた前記ガスノズルヘッドにおいて、前記隔壁部材の下端部と前記Ｓｉウェーハの一表面との離間距離をＬｈとすると、Ｌｏ≦Ｌｈとなるように設定してシリコン酸化膜を前記Ｓｉウェーハの一表面に成膜する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構成により、シリコン酸化膜の常圧ＣＶＤにおいて異物の付着が低減し、生産性が高く低コストのシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法を提供することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態においてシリコン酸化膜の常圧ＣＶＤに用いられる装置を模式的に示した断面図である。
【００１９】
図１に示すように、この常圧ＣＶＤ装置では、従来の技術で説明したのと同様に、Ｓｉウェーハ１１が例えばＳｉＣから成るサセプタ１２上に載置されるようになっている。サセプタ１２は、その下部のヒータブロック（不図示）内に配設したヒータにより所定の温度（例えば４００℃）に加熱される。そして、ガスノズルヘッド１３がサセプタ１２の上方部に対向して配置される。従来の技術で説明したように、このガスノズルヘッド１３は、ガイドレールおよび駆動装置（不図示）により、Ｓｉウェーハ１１の表面に対して僅かな間隔を置き、移動方向１４に示すように、サセプタ１２表面に沿ってその一端と他端との間を予め設定した所定速度で往復運動するようになっている。ここで、逆に、Ｓｉウェーハ１１を載置するサセプタ１２側がガスノズルヘッド１３に対して相対的に往復運動する構造になっていても構わない。
【００２０】
ガスノズルヘッド１３では、図１に示すように、ノズル支持部１５の下端部に、第１ガスノズル１６とその先端部の第１ガス噴出部１７、第２ガスノズル１８とその先端部の第２ガス噴出部１９がそれぞれ固定して取り付けられている。また、これ等のガスノズルおよびガス噴出部を外側から取り囲むようにして一対の隔壁部材２０が形設してある。ここで、第１ガス噴出部１７および第２ガス噴出部１９を含むガスノズルヘッド１３は、図１の紙面の垂直方向に延在するように設けられている。そして、シリコン酸化膜の成膜における反応ガスであるＮ２希釈のモノシランのようなシラン系ガスは、第１ガスノズル１６を通り第１ガス噴出部１７からＳｉウェーハ１１側に噴出するようになっている。一方、酸素のような酸化ガスは、第２ガスノズル１８を通り第２ガス噴出部１９から噴出するようになっている。
【００２１】
上記ＣＶＤ装置において特徴的なことは、図１に示すように、Ｓｉウェーハ１１の一表面から第１ガス噴出部１７の下端面および第２ガス噴出部１９の下端面までの離間距離をそれぞれＬｓおよびＬｏとすると、Ｌｓ＜Ｌｏが成り立つようにこれ等の噴出部が配置されることである。更に、Ｓｉウェーハ１１の一表面から隔壁部材２０の下端面までの離間距離をＬｈとして、Ｌｏ≦Ｌｈが成り立つように形成すると好適になる。
【００２２】
そして、第１ガスノズル１６は、ガス導入部２１を介して第１配管２２に連通している。同様に、第２ガスノズル１８は、ガス導入部２１を介して第２配管２３に連通する。ここで、第１配管２２および第２配管２３からガス導入部２１に導入される反応ガスは、Ｓｉウェーハ１１側へ吐出するまでは混合しないようになっている。そして、Ｓｉウェーハ１１側における未反応ガスあるいは反応生成ガスは、ガス吸引部２４から排出されるようになっている。また、上記ガス流路は例えばＮ２ガスによりガスパージできるようになっている。
【００２３】
次に、上記常圧ＣＶＤ装置を用いた本実施形態におけるシリコン酸化膜の成膜方法について説明する。Ｓｉウェーハ１１はサセプタ１２側から例えば４００℃程度にヒータ加熱した状態にする。そして、成膜用の反応ガスとして、例えばＮ２希釈のＳｉＨ４ガスは第１配管２２、第１ガスノズル１６を通り第１ガス噴出部１７からＳｉウェーハ１１表面側に吹き付ける。同時に、Ｏ２ガスは第２配管２３、第２ガスノズル１８を通り第２ガス噴出部１９からＳｉウェーハ１１表面側に吹き付ける。また、ガスノズルヘッド１３は、上述したようにＳｉウェーハ１１表面上に沿って所定の速度で往復運動させる。
【００２４】
このようにして、Ｓｉウェーハ１１の片面に所望の厚さのシリコン酸化膜を成膜する。この成膜において、図１に示したように離間距離Ｌｏが離間距離Ｌｓよりも大きくなるために、隔壁部材２０の下端面においては、第２ガス噴出部１９からのＯ２ガスの量が、第１ガス噴出部１７からのＳｉＨ４ガスの量よりも多くなる。また、第２ガス噴出部１９から吐出しガス吸引部２４側に流れるＯ２ガスはガスカーテンの機能を果たし、第１ガス噴出部１７から吐出しガス吸引部２４側に流れるＳｉＨ４ガスを隔壁部材２０の下端面から遮蔽するように作用をする。これ等のことから、上記反応生成物が隔壁部材２０の下端面に例えばダストとして付着する頻度が大幅に低減する。例え付着しても、その反応生成物の寸法が従来の場合よりも小さくなる。そして、この隔壁部材２０の下端面に付着した反応生成物のＳｉウェーハ１１への再付着は低減し、シリコン酸化膜の成膜におけるＳｉウェーハ１１への異物付着の問題は大幅に改善される。
【００２５】
また、上記成膜において、図１に示したように離間距離Ｌｈが離間距離Ｌｏ以上になるようにすると、隔壁部材２０の下端面に達するＳｉＨ４ガスが更に低減する。また、隔壁部材２０の下端面は、サセプタ１２下のヒータから遠ざかり、ヒータによる加熱温度が低下する。このようにして、上記反応生成物が隔壁部材２０の下端面に付着する頻度が大幅に低減するようになる。そして、上記効果は更に顕著なものになる。
【００２６】
上述したように、本実施形態では、Ｓｉウェーハ１１のシリコン酸化膜に異物が付着し難くなる。また、例え付着しても異物の寸法は小さなものになる。このために、図２に示すように、シリコン酸化膜２５を片面に形成したＳｉウェーハ１１をウェーハ研磨用プレート２６に貼り付けて例えば鏡面研磨しても、従来の技術で説明したようなくぼみの形成は低減する。そして、極めて高品質の鏡面１１ａが形成される。ここで、半導体デバイスの微細化と共に上記問題となる異物の寸法は小さくなるが、このようになっても本実施形態のシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造方法は極めて効果的になる。
【００２７】
上記実施形態では、シリコン酸化膜の成膜において、反応ガスのシラン系ガスと酸化ガスとを異なるガス噴出部からＳｉウェーハ１１側に吐出させ、しかも離間距離Ｌｏが離間距離Ｌｓよりも大きくなるようにする。また、上述したように離間距離Ｌｈが離間距離Ｌｏ以上になるようにする。これ等のために、逆に、Ｓｉウェーハ１１表面でのシリコン酸化膜の膜厚分布が従来の成膜の場合よりも悪くなり易いが、上述したシリコンエピタキシャルウェーハ用あるいは張り合わせＳＯＩウェーハ用に使用されるＳｉウェーハとしては、全く問題は生じない。これは、例えば膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜の成膜においてＳｉウェーハ１１表面上の膜厚バラツキが±５０％になったとしても、このバラツキに起因するＳｉウェーハ１１の平坦度（ＴＴＶ）への影響は１μｍ以下と小さなものになるからである。
【００２８】
以上、本実施形態にかかる片面にシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハは、常圧ＣＶＤにおける反応生成物の付着による異物の付着頻度が低減する。例え付着したとしても異物の寸法は小さなものになる。このために、その製造歩留まりが向上しその低コスト化が容易になる。そして、シリコンエピタキシャルウェーハ、張り合わせＳＯＩウェーハのような高品質のＳｉウェーハが製造できるようになる。
【００２９】
以下、本発明の実施例についてその効果を含め具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。
【実施例】
【００３０】
以下のようにして、片面にシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハを作製した。Ｓｉウェーハの寸法は６インチφとし、それぞれの条件において５０枚のＳｉウェーハに常圧ＣＶＤで目標膜厚が６８０ｎｍのシリコン酸化膜を成膜した。ここで、成膜温度は４００℃、Ｎ２希釈のＳｉＨ４ガスおよびＯ２ガスのガス圧力は１．５ｋｇ／ｃｍ２、ガス流量はそれぞれ４６０ｓｃｃｍ、９３０ｓｃｃｍと一定にした。そして、図１に示した離間距離Ｌｓ＝１０ｍｍ、Ｌｏ＝Ｌｈ＝２０ｍｍの場合と、離間距離Ｌｓ＝１０ｍｍ、Ｌｏ＝２０ｍｍ、Ｌｈ＝２５ｍｍの場合についてそれぞれシリコン酸化膜を成膜した。また、比較例として図３で説明した従来の常圧ＣＶＤでシリコン酸化膜を成膜した。
【００３１】
そして、上記常圧ＣＶＤで成膜したシリコン酸化膜における異物の付着状態を光学顕微鏡で調べた。その結果、寸法１μｍ以上の異物が付着する頻度は、上記離間距離Ｌｓ＝１０ｍｍ、Ｌｏ＝Ｌｈ＝２０ｍｍとした常圧ＣＶＤの場合、上記異物の付着した頻度は４％であった。そして、離間距離Ｌｓ＝１０ｍｍ、Ｌｏ＝２０ｍｍ、Ｌｈ＝２５ｍｍとした常圧ＣＶＤの場合、上記異物の付着した頻度は２％に低減した。これに対して、従来の常圧ＣＶＤで成膜した比較例の場合は、上記異物の付着した頻度は７％であった。
【００３２】
以上のように、本実施形態を適用した常圧ＣＶＤによりシリコン酸化膜を成膜することで、反応生成物に起因する異物の付着頻度が低減し、歩留まりが向上したシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの形成できることが確認された。
【００３３】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものでない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。
【００３４】
例えば、上記シリコン酸化膜の成膜に使用する反応ガスは、シラン系ガスとしてＳｉＨ４の他に、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４等の無機シランガス、あるいはＴＥＯＳ等の有機シランガスであってもよい。また、酸化性ガスとして、Ｏ２の他にＯ３、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ等の酸化ガスであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態にかかる片面にシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造に用いられる常圧ＣＶＤ装置を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＳｉウェーハの鏡面研磨の様子を模式的に示した断面図である。
【図３】従来の技術における片面にシリコン酸化膜を有するＳｉウェーハの製造に用いられる常圧ＣＶＤ装置を模式的に示した断面図である。
【図４】従来の技術におけるＳｉウェーハの鏡面研磨の様子を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１  Ｓｉウェーハ
１１ａ  鏡面
１２  サセプタ
１３  ガスノズルヘッド
１４  移動方向
１５  ノズル支持部
１６  第１ガスノズル
１７  第１ガス噴出部
１８  第２ガスノズル
１９  第２ガス噴出部
２０  隔壁部材
２１  ガス導入部
２２  第１配管
２３  第２配管
２４  ガス吸引部
２５  シリコン酸化膜
２６  ウェーハ研磨用プレート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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