(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを構成するポリッシング後の基板表面の平坦度を測定し、中央部が高く周辺部がだれた形状を呈する前記基板表面の凹凸に応じて、該基板の表面に気相エピタキシャル法により場所によって膜厚の異なる半導体層を形成させる際に、
前記半導体基板の側方に備えられた複数の原料ガス供給ノズルから供給する原料ガスの流量を各ノズルによって異ならせることで、前記基板の表面に沿って流す原料ガスの流量を基板上の場所によって異ならせ、前記基板表面のうち凹となった周辺部箇所には原料ガス流量を大きく、前記基板表面のうち凸となった中央部箇所には原料ガス流量を小さくなるようにし、これに加えて、
前記基板の周辺部の温度と中心部の温度を異ならせ、前記基板表面のうち凹となった周辺部箇所の温度を凸となった中央部箇所の温度に比べて高くして前記半導体層の成長速度を大きくすることにより、
前記基板表面のうち凹となった箇所には厚く、凸となった箇所には薄くなるように前記半導体層を成長させ、該半導体層の膜厚で前記基板表面の平坦度分布を補償して表面が平坦化された半導体ウェーハを製造するとともに、
前記基板の回転速度を大きくする手段により、前記基板の周辺部でさらに厚くなるように前記半導体層を成長させることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法を用いて製造されたことを特徴とする半導体ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハの製造方法に関し、特に基板表面の平坦度に優れた半導体ウェーハの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハの製造分野においては、基板の表面にシリコンエピタキシャル層を形成した、いわゆるエピタキシャルウェーハ（以下、エピウェーハと略す）が従来から知られている。この技術によれば、基板上に任意の膜厚や抵抗率を持つ単結晶シリコン層を形成できるので、高性能の半導体デバイスを製造することができる。例えばバイポーラトランジスタの分野では高速化の目的で、ＣＭＯＳメモリの分野ではソフトエラー、ラッチアップ等の不良対策として、エピウェーハの使用が極めて有効であることが認識されており、需要が高まっている。
【０００３】
この種のエピウェーハにおいて、通常、シリコンエピタキシャル層の膜厚は規定されており、規格管理されたものが出荷されている。例えば、厚いエピタキシャル層が要求される用途では数μｍ〜２０μｍ程度、薄いエピタキシャル層が要求される用途では１μｍ弱〜数μｍ程度に設定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体デバイスの分野においては高集積化が年々進んでおり、より微細な加工が必要になってきている。この際、例えばフォトリソグラフィー工程における露光装置の焦点深度等の関係から、デバイス材料となるシリコンウェーハの平坦度が高いことが要求される。ウェーハの平坦度は、フォトリソグラフィー工程のみならず、他の工程においても加工精度を向上させる上で重要なファクターとなっている。
【０００５】
しかしながら、従来のシリコンウェーハの製造工程において、ウェーハの平坦度はスライシングからポリッシングまでの加工工程によって制御されており、ポリッシングの後、仮にウェーハの平坦度が良くないことがわかったとしても、平坦度を改善する有効な手段がなかった。
【０００６】
また、エピウェーハの場合、上述したように、一定の膜厚のエピタキシャル層を形成しているため、元々の基板表面の平坦度が悪ければ、その平坦度の悪さがエピタキシャル層の表面にも反映されてしまう。したがって、現状の平坦度レベルではスライシングからポリッシングまでの加工工程の制御で対応できていても、その制御には限界があり、将来的により高平坦度のウェーハが要求された際にその要求に対応できる手段の提供が望まれている。
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、ポリッシングの後であってもウェーハの平坦度を改善することができ、高平坦度ウェーハへの要求を満足し得る半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを構成するポリッシング後の基板表面の平坦度を測定し、中央部が高く周辺部がだれた形状を呈する前記基板表面の凹凸に応じて、該基板の表面に気相エピタキシャル法により場所によって膜厚の異なる半導体層を形成させる際に、
前記半導体基板の側方に備えられた複数の原料ガス供給ノズルから供給する原料ガスの流量を各ノズルによって異ならせることで、前記基板の表面に沿って流す原料ガスの流量を基板上の場所によって異ならせ、前記基板表面のうち凹となった周辺部箇所には原料ガス流量を大きく、前記基板表面のうち凸となった中央部箇所には原料ガス流量を小さくなるようにし、これに加えて、
前記基板の周辺部の温度と中心部の温度を異ならせ、前記基板表面のうち凹となった周辺部箇所の温度を凸となった中央部箇所の温度に比べて高くして前記半導体層の成長速度を大きくすることにより、
前記基板表面のうち凹となった箇所には厚く、凸となった箇所には薄くなるように前記半導体層を成長させ、該半導体層の膜厚で前記基板表面の平坦度分布を補償して表面が平坦化された半導体ウェーハを製造するとともに、
前記基板の回転速度を大きくする手段により、前記基板の周辺部でさらに厚くなるように前記半導体層を成長させることにより上記課題を解決した。
上記の目的を達成するために、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを構成する基板の表面の平坦度を測定し、基板表面の凹凸に応じて、基板の表面にエピタキシャル法により場所によって膜厚の異なる半導体層を成長させ、該半導体層の膜厚で前記基板表面の平坦度分布を補償して表面が平坦化された半導体ウェーハを製造することを特徴とする。
【０００９】
［従来の技術］の項で述べたように、基板上にエピタキシャル層を成長させたエピウェーハの場合、従来は要求されるデバイス特性等の観点から一定の膜厚を有するエピタキシャル層を形成するのが通常であった。これに対して、本発明者らは発想を変えて、元々の基板表面の平坦度分布をエピタキシャル層（半導体層）の膜厚で補償することに想到した。すなわち、基板の作製が終わったところで平坦度の測定を行い、その平坦度に応じて、基板表面のうち凹となった箇所には厚く、凸となった箇所には薄くなるように半導体層を成長させることによって、表面が平坦化された半導体ウェーハを製造することができる。
【００１０】
なお、ここで言う「基板」とは、半導体層の下地となる基板本体のことであって、例えばポリッシング工程終了後の基板のことを言う。
【００１１】
この方法によれば、ポリッシング後であっても平坦度を改善することができ、従来のスライシング〜ポリッシング工程の制御では得られなかったより高い平坦度を有する半導体ウェーハを得ることができる。
【００１２】
半導体ウェーハ上で場所によって膜厚の異なる半導体層を形成する方法としては、例えば前記エピタキシャル法として気相エピタキシャル法を用い、半導体層を成長させる際に、基板の表面に沿って流す原料ガスの流量をウェーハ上の場所によって異ならせ、原料ガス流量の大きい箇所では膜厚が厚く、原料ガス流量の小さい箇所では膜厚が薄くなるように、半導体層を成長させればよい。この方法によれば、原料ガス流量の大きい箇所では膜厚が厚く、原料ガス流量の小さい箇所では膜厚が薄くなるように、半導体層を成長させ、該半導体層の膜厚で前記基板表面の平坦度分布を補償して表面が平坦化された半導体ウェーハを製造することができる。
【００１３】
例えば、ポリッシング工程での研磨特性によって、ポリッシング後の基板は中央部が高く、周辺部がだれた形状を呈した場合、このような形状に応じてウェーハ表面の平坦化を図るには、上記のように、基板の中央部で原料ガス流量が小さく、周辺部で原料ガス流量が大きくなるように条件を制御すればよい。それに加えて、前記基板の周辺部の温度と中心部の温度を異ならせ、前記基板表面のうち凹となった箇所の温度を凸となった箇所の温度に比べて高く、つまり基板の周辺部の温度を中心部の温度に比べて高くして前記基板表面のうち凹となった箇所の成長速度を凸となった箇所の成長速度に比べて大きくすることが有効である。逆に、ポリッシング後、基板の中央部が低く、周辺部が高い場合には、中央部で原料ガス流量が大きく、周辺部で原料ガス流量が小さくなるように条件を制御すればよい。その際には、前記基板の周辺部の温度と中心部の温度を異ならせ、前記基板表面のうち凹となった箇所の温度を凸となった箇所の温度に比べて高く、つまり基板の中心部の温度を基板の周辺部の温度に比べて高くして前記基板表面のうち凹となった箇所の成長速度を凸となった箇所の成長速度に比べて大きくすることが有効である。
【００１４】
本発明の半導体ウェーハは、上記本発明の半導体ウェーハの製造方法を用いて製造されたことを特徴とするものである。本発明によれば、従来に比べてより平坦度の高い半導体ウェーハが得られる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１を参照して説明する。
本実施の形態のシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）の製造方法は、まずシリコンウェーハの本体となるシリコン基板の表面の平坦度を測定する。このシリコン基板は、単結晶インゴットの作製、オリエンテーションフラット加工、スライシング、面取り（ベベリング）、ラッピング、裏面ゲッタリング処理、ポリッシング等のウェーハ製造の諸工程を経た後のものである。平坦度の測定には、例えば斜め入射干渉計方式、静電容量方式、光電方式、超音波方式等の周知のウェーハ形状測定装置を用いることができる。
【００１６】
次に、前工程で測定した平坦度に基づき、シリコン基板表面の凹凸に応じて、基板表面に気相エピタキシャル法により場所によって膜厚の異なるシリコンエピタキシャル層（半導体層）を成長させる。シリコンエピタキシャル層の成長には、縦型、シリンダ（バレル）型、枚葉型等、種々のエピタキシャル成長装置が用いられる。この種の装置を用いて場所によって膜厚の異なるシリコンエピタキシャル層を成長させるには、図１（ａ）に示すように、例えばチャンバー内のシリコン基板１の側方に複数の原料ガス供給ノズル２が備えられている場合、各ノズル２から供給するＳｉＣｌ4，ＳｉＨＣｌ3，ＳｉＨ2Ｃｌ2，ＳｉＨ4等の原料ガスの流量をノズルによって異ならせる。
【００１７】
図１（ｂ）に示すように、ポリッシング工程での研磨特性によって、ポリッシング後のシリコン基板１は中央部が高く、周辺部がだれた形状を呈することが多い。そこで、このような形状のシリコン基板１に応じてシリコンウェーハ４全体として表面の平坦化を図るには、基板の中央部でシリコンエピタキシャル層３を薄く、周辺部で厚く形成すればよい。そのためには、基板の中央部で原料ガス流量が小さく、周辺部で原料ガス流量が大きくなるように制御すればよい。
【００１８】
それに加えて、シリコン基板１の周辺部の温度を中心部の温度に比べて高くすると、中心部に比べて周辺部の方が成長速度が大きくなり、基板周辺部のシリコンエピタキシャル層３を厚く形成することができる。さらに、シリコン基板１の回転速度を大きくすると、基板周辺部のシリコンエピタキシャル層３を厚く形成することができる。
【００１９】
実際の原料ガス流量とシリコンエピタキシャル層３の膜厚との相関関係は、個々のエピタキシャル成長装置や製造条件に依存する。したがって、個々の装置、製造条件毎に原料ガス流量とシリコンエピタキシャル層厚との相関データを予め取得しておき、このデータに基づいて所望のシリコンエピタキシャル層厚が得られるように原料ガス流量を設定、制御する。
【００２０】
本実施の形態のシリコンウェーハの製造方法によれば、ポリッシング後のシリコン基板に対しても充分に平坦度を改善することができ、従来のスライシング〜ポリッシング工程の制御では得られなかった高平坦度のシリコンウェーハを得ることができる。
【００２１】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えばウェーハの平坦度の測定方法、シリコンエピタキシャル層の成長方法および膜厚の制御方法、等に関しては適宜選択することができる。また、上記実施の形態ではシリコンウェーハの例を説明したが、本発明はその他の半導体ウェーハにも適用可能である。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の効果を実証する実験の結果について報告する。
まず、直径２００ｍｍのシリコンウェーハを用意し、平坦度を測定した。その結果を図２（ａ）に示す。ここでは、平坦度を表すパラメータとして、ＳＴＩＲ（Site Total Indicator Reading）を採用した。各サイト毎のＳＴＩＲの数値を［μｍ］単位で示す。このシリコンウェーハの場合、ＳＴＩＲの数値は０．０５〜０．２０μｍ程度の範囲に分布している。そして、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向に対しても中心部に比べて周辺部の数値が大きくなっており、周辺部の平坦度が悪いことがわかる（実際には周辺部がだれている）。
【００２３】
そこで、上記実施の形態で述べたように、シリコンウェーハの中央部で原料ガス流量が小さく、周辺部で原料ガス流量が大きくなるように原料ガスの流量を制御し、基板の中央部で薄く、周辺部で厚くなるように気相エピタキシャル法を用いて膜厚６μｍ程度のシリコンエピタキシャル層を形成した。そして、形成したシリコンエピタキシャル層の膜厚を実際に測定した。測定結果を図４に示す。図４において、横軸はウェーハ中心からの距離（ｍｍ）、縦軸はシリコンエピタキシャル層の膜厚（μｍ）を示す。図４から、ウェーハ中心部に対して周辺部の膜厚が０．４〜０．６μｍ程度厚くなっていることがわかる。
【００２４】
そして、再度、シリコンエピタキシャル層表面での平坦度を測定した。その結果を図２（ｂ）に示す。図２（ａ）と同様、平坦度を表すパラメータとしてＳＴＩＲを採用し、各サイト毎のＳＴＩＲの数値を［μｍ］単位で示す。ＳＴＩＲの数値は０．０３〜０．０７μｍ程度の範囲に分布しており、図２（ａ）に比べて改善されている。また、Ｘ方向、Ｙ方向のいずれの方向に対しても周辺部の数値が図２（ａ）に比べて小さくなっており、周辺部の平坦度が改善されたことがわかった。
【００２５】
図３は以上の結果をまとめたものであり、エピ前後における同一サイトの平坦度の変化を表すグラフである。横軸はエピ前の平坦度（μｍ）、縦軸はエピ後の平坦度（μｍ）を示す。グラフの各軸に対して４５°をなす線を描いたが、各点がこの線上にあればエピ後も平坦度が変化しないことを示し、各点がこの線より下側にあればエピ後に平坦度が改善していることを示す。また逆に、各点がこの線より上側にあればエピ後に平坦度が悪化していることを示す。図３から明らかなように、プロット点の大部分が４５°の線よりも下側に位置しており、本発明のエピ成長を行ったことによってウェーハの平坦度が大幅に改善されることが実証された。
【００２６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、基板の表面に基板表面の凹凸に応じて膜厚の異なる半導体層をエピタキシャル成長させたことによって、ポリッシング後の基板に対しても充分に平坦度を改善することができ、従来のスライシング〜ポリッシング工程の制御では得られなかった高平坦度の半導体ウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態のシリコンウェーハの製造方法において、エピタキシャル工程の様子を説明するための図である。
【図２】  本発明の実施例におけるウェーハの平坦度の測定結果を示す図であって、（ａ）エピ前の平坦度、（ｂ）エピ後の平坦度をそれぞれ示す。
【図３】  同実施例において、エピ前後における同一サイトの平坦度の変化をプロットしたグラフである。
【図４】  同実施例において、形成したエピタキシャル層の膜厚分布を示す図である。
【符号の説明】
１  シリコン基板（基板）
２  原料ガス供給ノズル
３  シリコンエピタキシャル層（半導体層）
４  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）
【図１】
0003897963.tif 000002
【図２】
0003897963.tif 000003
【図３】
0003897963.tif 000004
【図４】
0003897963.tif 000005