JP2020101460A - 埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンエピタキシャル層の膜厚測定装置および膜厚測定方法、ならびに当該膜厚測定装置または当該膜厚測定方法を用いた埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板のドーパント濃度が低い埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハであっても、シリコンエピタキシャル層の膜厚を高精度に測定することが可能な膜厚測定装置を提供する。【解決手段】本発明の膜厚測定装置１は、赤外光源２と、赤外光から干渉光Ｌを生成する干渉計３と、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷを載置する測定ステージ６と、干渉光Ｌがシリコンエピタキシャル層１８の表面で反射して生じた反射光Ｒ１と、干渉光Ｌがシリコンエピタキシャル層１８と埋込み拡散層１６の界面で反射して生じた反射光Ｒ２を検出する検出器５と、検出器５の出力からシリコンエピタキシャル層１８の膜厚を算出する制御部と、を備え、測定ステージ６は、赤外光のスペクトルのピーク波長での反射率が１５％以下である材質からなる。【選択図】図１

Description

本発明は、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンエピタキシャル層の膜厚測定装置および膜厚測定方法、ならびに当該膜厚測定装置または当該膜厚測定方法を用いたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。

シリコン基板の表層に集積回路用の埋込み拡散層を形成し、当該埋込み拡散層上にシリコンエピタキシャル層などの単結晶薄膜を形成したシリコンウェーハがある。特許文献１では、このように埋込み拡散層が形成されたシリコンウェーハにおける単結晶薄膜の膜厚をフーリエ変換赤外分光計（ＦＴＩＲ：Fourier transform infrared spectrometer）により測定する方法が提案されている。

すなわち、光源から出射した赤外光から干渉光を生成し、この干渉光をシリコンウェーハに照射する。そして、この干渉光が単結晶薄膜の表面で反射することによって生じた第１の反射光を検出器で検出する。これと同時に、この干渉光が、単結晶薄膜を透過し、単結晶薄膜と埋込み拡散層との界面で反射することによって生じた第２の反射光を検出器で検出する。そして、検出器で検出した第１の反射光と第２の反射光のインタフェログラムに対して、余弦フーリエ変換および逆変換を施して第１の曲線を得る。また、同インタフェログラムに対して正弦フーリエ変換および逆変換を施して第２の曲線を得る。そして、第１の曲線と第２の曲線を合成して得られる合成曲線における複数のピークのうち、反射光の光路差の絶対値が最小となるピークから単結晶薄膜の膜厚を算出する。

特開平５−３０６９１０号公報

埋込み拡散層を有し、かつ単結晶薄膜としてシリコンエピタキシャル層を有する埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハを高耐圧のパワーデバイス用ウェーハとして用いる場合、シリコン基板のドーパント濃度は、一般に２．８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ/ｃｍ³超（ｐ型の場合）と高く設定される。一方で、例えばＢｉ−ＣＭＯＳ用のウェーハとして、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハを用いる場合、シリコン基板のドーパント濃度は、一般に２．８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ/ｃｍ³以下（ｐ型の場合）と低く設定される。前者の埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンエピタキシャル層の膜厚は、特許文献１に記載の測定方法でも正確に測定することができる。ところが、本発明者らは、後者の埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンエピタキシャル層の膜厚を特許文献１に記載の方法で測定しても、正確に測定することができないという新規な課題を認識した。

本発明は、上記課題に鑑み、シリコン基板のドーパント濃度が低い埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハであっても、シリコンエピタキシャル層の膜厚を高精度に測定することが可能な膜厚測定装置および膜厚測定方法を提供することを目的とする。また、本発明は、当該膜厚測定装置または当該膜厚測定方法によって得ることが可能な埋込み拡散層付き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ことを目的とする。

埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンエピタキシャル層の膜厚は、例えば図３（Ａ）に示す膜厚測定装置１を用いて測定することができる。すなわち、光源２から出射した赤外線は、干渉計３により干渉光Ｌ，Ｌ’となって、測定ステージ７に載置されたエピタキシャルシリコンウェーハＷに入射する。そして、干渉光Ｌがシリコンエピタキシャル層１８の表面で反射することによって生じた第１の反射光Ｒ１が検出器５に入射する。これと同時に、干渉光Ｌが、シリコンエピタキシャル層１８を透過し、シリコンエピタキシャル層１８と埋込み拡散層１６の界面で反射することによって生じた第２の反射光Ｒ２も検出器５に入射して、これらの反射光を検出器５で検出する。そして、制御部（不図示）が検出器５からの出力である第１の反射光Ｒ１と第２の反射光Ｒ２のインタフェログラムを解析することによって、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚を算出する。

本発明者らは、シリコン基板１０のドーパント濃度が低い埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷにおける干渉光の状態を検討した。すると、干渉光Ｌ’に起因する第３の反射光Ｒ３が存在することが判明した。そして、この第３の反射光Ｒ３がシリコンエピタキシャル層１８の膜厚の測定に悪影響を及ぼすことがわかった。すなわち、図３（Ａ）に示すように、干渉光Ｌ’は、シリコンエピタキシャル層１８を透過した後に、シリコン基板１０の表層のうち埋込み拡散層１６が存在しない領域を透過し、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷと測定ステージ６との界面で反射して、第３の反射光Ｒ３となる。この第３の反射光Ｒ３は、図３（Ｂ）に示すように、第１の反射光Ｒ１と第２の反射光Ｒ２のインタフェログラムにノイズを発生させ、これに起因してシリコンエピタキシャル層１８の膜厚が誤って算出される。一方で、シリコン基板１０のドーパント濃度が高い場合には、干渉光Ｌ’がシリコン基板１０を透過しないので、上記の問題が生じないことがわかった。そして、さらなる検討を進めたところ、赤外光の反射率を考慮して、測定ステージ６の材質を選択することにより、インタフェログラムにおけるノイズを低減することができ、その結果、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚を高精度に測定することができることを知見した。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）シリコン基板と、前記シリコン基板の表層に形成された埋込み拡散層と、前記埋込み拡散層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、を有する埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおける前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定するための膜厚測定装置であって、
赤外光を出射する光源と、
前記赤外光の光路上に配置され、かつ、前記赤外光から、前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハに照射するための干渉光を生成する干渉計と、
前記干渉光の光路上に前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハが位置するように、前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハを載置するための測定ステージと、
前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層の表面で反射することによって生じる第１の反射光と、前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層を透過して、前記シリコンエピタキシャル層と前記埋込み拡散層との界面で反射することによって生じる第２の反射光と、の光路上に配置され、かつ、前記第１の反射光と前記第２の反射光を検出する検出器と、
前記検出器の出力に基づき、前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を算出する制御部と、
を備え、
前記測定ステージは、前記赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなることを特徴とする膜厚測定装置。

（２）前記測定ステージは、石英、フッ素樹脂、及びセラミックスのうちから選択される１つ以上の材質からなる、上記（１）に記載の膜厚測定装置。

（３）前記測定ステージは、ウェーハ搬送用エンドエフェクタにおけるウェーハ保持部である、上記（１）または（２）に記載の膜厚測定装置。

（４）シリコン基板と、前記シリコン基板の表層に形成された埋込み拡散層と、前記埋込み拡散層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、を有する埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおける前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定するための膜厚測定方法であって、
赤外光から干渉光を生成し、
測定ステージに載置された前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハに、前記干渉光を照射し、
前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層の表面で反射することによって生じる第１の反射光と、前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層を透過して、前記シリコンエピタキシャル層と前記埋込み拡散層との界面で反射することによって生じる第２の反射光とを検出し、
前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を算出し、
前記測定ステージは、前記赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなることを特徴とする膜厚測定方法。

（５）前記測定ステージは、石英、フッ素樹脂、及びセラミックスのうちから選択される１つ以上の材質からなる、上記（４）に記載の膜厚測定方法。

（６）前記測定ステージは、ウェーハ搬送用エンドエフェクタにおけるウェーハ保持部である、上記（４）または（５）に記載の膜厚測定方法。

（７）シリコン基板の表面に酸化膜を形成した後に、フォトリソグラフィ法により前記酸化膜をパターン付き酸化膜とし、
その後、前記シリコン基板に対して、前記パターン付き酸化膜側から不純物を注入した後に、熱処理を施すことによって、前記シリコン基板の表層に埋込み拡散層を形成し、
その後、前記パターン付き酸化膜を除去し、
その後、前記埋込み拡散上に、シリコンエピタキシャル層を形成し、
その後、上記（１）〜（３）のいずれか一つに記載の装置または上記（４）〜（６）のいずれか一つに記載の方法を用いて前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定することを特徴とする埋込み拡散層付き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、シリコン基板のドーパント濃度が低い埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハであっても、シリコンエピタキシャル層の膜厚を高精度に測定することができる。

本発明の一実施形態による膜厚測定装置を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、本発明の一実施形態による埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明する模式断面図である。 （Ａ）は、従来の膜厚測定装置を示す模式図であり、（Ｂ）は、従来の膜厚測定装置における検出器にて検出されるインタフェログラムを示すグラフである。 （Ａ）は、発明例において、検出器にて検出されたインタフェログラムを示すグラフであり、（Ｂ）は、比較例において、検出器にて検出されたインタフェログラムを示すグラフである。

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。

（膜厚測定装置）
図１を参照して、本発明の一実施形態による膜厚測定装置１は、光源２と、干渉計３と、照射室４と、検出器５と、制御部（不図示）と、を備える。光源２は、ピーク波長が２．５〜２５μｍの範囲内に位置する赤外光を出射する。なお、光源２としては、例えば高輝度セラミックス光源を用いることができる。干渉計３は、光源２から出射した赤外光の光路上に配置され、光源２から出射した赤外光から干渉光Ｌ，Ｌ’を生成する。なお、干渉計３として、例えば公知のマイケルソン干渉計を用いることができる。照射室４には、干渉光Ｌ，Ｌ’の光路上に埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷが位置するように、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷを載置するための測定ステージ６が配置される。検出器５は、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷからの第１，第２の反射光Ｒ１，Ｒ２の光路上に配置され、これらの反射光を検出する。検出器５として、例えばＤＴＧＳなどの焦電検知器を用いることができる。制御部は、検出器５の出力に基づき、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚を算出する。なお、制御部は、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。

測定ステージ６は、赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなる。より好ましくは、赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１０％以下である材質からなる。具体的には、測定ステージ６は、石英、フッ素樹脂、及びセラミックスのうちから選択される１つ以上の材質からなることが好ましい。この技術的意義については後述する。また、測定ステージ６は、上述した反射率を有する単一の材質からなるものでもよい。あるいは、測定ステージ６は、反射率が１５％以下の第１の材質と、当該第１の材質の上に積層され、かつ反射率が１０％以下の第２の材質と、からなるものであってもよい。また、測定ステージ６がウェーハ裏面全体と接触しないものである場合には、測定ステージ６のうち、ウェーハ裏面が接触する部分と、ウェーハ裏面が接触しない部分との反射率の差を小さくすることがより好ましい。具体的には、反射率の差を１％以下とすることがより好ましい。

測定ステージ６の機械的強度を高める観点から、セラミックスを選択することがより好ましい。また、測定ステージ６の清浄度を高める観点から、フッ素樹脂を選択することがより好ましい。機械的強度と清浄度を高める観点から、測定ステージ６の母材をセラミックスとし、当該母材の表面をフッ素樹脂で被覆することがさらに好ましい。セラミックスとしては、炭化珪素やブラックアルミナが挙げられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体 （ＥＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、及びエチレン・クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）のうちから選択される１つ以上の樹脂が挙げられる。

なお、測定ステージ６は、一般的なウェーハ搬送用エンドエフェクタにおけるウェーハ保持部であってもよい。ただし、ウェーハ保持部は、上述した赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなることが重要である。

（膜厚測定方法）
以下では、上述した膜厚測定装置１を用いて行うことが可能な、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷにおけるシリコンエピタキシャル層１８の膜厚測定方法の一例を説明する。

まず、本実施形態による膜厚測定方法に供することが可能な埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷを説明する。図１を参照して、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷは、シリコン基板１０と、シリコン基板１０の表層に形成された埋込み拡散層１６と、埋込み拡散層１６上に形成されたシリコンエピタキシャル層１８と、を有する。

図３を参照して、シリコン基板のドーパント濃度が低い埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷでは、干渉光Ｌ’は、シリコンエピタキシャル層１８とシリコン基板１０を透過して、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷと測定ステージ７との界面に到達する。すると、この干渉光が反射光となりシリコンエピタキシャル層１８の膜厚測定に悪影響を及ぼす。ところが、詳細は後述するが、このようなドーパント濃度の埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷを本実施形態による膜厚測定装置または膜厚測定方法に供すると、この反射光の強度を抑制することができる。その結果、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚を高精度に測定することができる。シリコン基板１０のドーパント濃度が高い場合、干渉光Ｌ’は、シリコン基板１０とシリコンエピタキシャル層１８との界面や、埋込み拡散層１６とシリコンエピタキシャル層１８との界面で完全に反射するので、図３につき説明した上記問題は生じない。デバイス工程における埋込み拡散層による絶縁性等を確保する観点から、シリコン基板１０のドーパント濃度は、ｐ型の場合には１．３×１０¹⁵〜２．８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ/ｃｍ³とすることが好ましい。なお、デバイス構造の理由から、シリコンエピタキシャル層１８のドーパントの種類はｎ型が広く使われている。ただし、シリコン基板とシリコンエピタキシャル層の導電型は、この組み合わせに限定されず、ｎ/ｎ+、ｎ/ｐ+、ｐ/ｐ+、ｎ/ｐ/ｐ+、ｎ/ｎ+/ｐ+構造などが挙げられる。

埋込み拡散層１６における不純物の濃度は、埋め込み拡散層における干渉光の反射を用いてエピタキシャル層の厚さを測定する必要があるので、不純物がＰ（リン）である場合、１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ/ｃｍ²以上であることが好ましく、不純物がＢ（ボロン）である場合、３．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ/ｃｍ²以上であることが好ましく、不純物がＡｓまたはＳｂである場合も、１．０×１０¹⁸ａｔｏｍｓ/ｃｍ²以上であることが好ましい。なお、埋込み拡散層１６が形成される領域は、デバイス形成工程にて作製する集積回路の回路パターンに応じて適宜設定することができる。例えば、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷを平面視した場合において、シリコン基板１０の表面全体に対する埋込み拡散層１６の面積の割合は２０〜９９％とすることができる。より好ましくは２０〜６０％、さらに好ましくは２０〜４０％である。２０％以上であれば、エピタキシャル層の厚さを安定的に測定することができ、６０％以下であれば、ノイズの発生を抑制することができるからである。また、埋込み拡散層１６の厚さは１．０〜２０．０μｍ、好ましくは２．０〜５．０μｍとすることができる。

本実施形態では、以下に説明する第１〜第３工程を経ることによって、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷにおけるシリコンエピタキシャル層１８の膜厚を測定することができる。

［第１工程：干渉光の生成］
図１を参照して、第１工程では、干渉計３を用いて、光源２から出射した赤外光から干渉光Ｌ，Ｌ’を生成する。ここで、赤外光のピーク波長は、２．５〜２５μｍの範囲から選択することができる。なお、干渉光Ｌ，Ｌ’を生成する方法は、特に限定されず、例えば公知のマイケルソン干渉計を用いて行うことができる。

［第２工程：干渉光の照射］
図１を参照して、第２工程では、照射室４内の測定ステージ６に載置された埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷに、干渉光Ｌ，Ｌ’を照射する。照射した干渉光Ｌは、第１の反射光Ｒ１と第２の反射光Ｒ２となって、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷから出射する。ここで、第１の反射光Ｒ１は、干渉光Ｌがシリコンエピタキシャル層１８の表面で反射することによって生じる反射光である。第２の反射光Ｒ２は、干渉光Ｌがシリコンエピタキシャル層１８を透過し、シリコンエピタキシャル層１８と埋込み拡散層１６との界面で反射することによって生じる反射光である。

［第３工程：膜厚の算出］
図１を参照して、第３工程では、第２工程で生じた第１の反射光Ｒ１と第２の反射光Ｒ２とを検出器５にて検出する。そして、制御部（不図示）が、検出器５から出力された第１の反射光Ｒ１および第２の反射光Ｒ２のインタフェログラムのピーク波長と、第１の反射光Ｒ１および第２の反射光Ｒ２の光路差を公知のＦＴＩＲ法を用いて解析する。これにより、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚が算出される。

以下では、図１及び図３（Ａ）,（Ｂ）を適宜参照して、本発明の技術的意義を説明する。図３（Ａ）を参照して、第２工程では、第１の反射光Ｒ１と第２の反射光Ｒ２の他に、干渉光Ｌ’から生じた第３の反射光Ｒ３が存在する。すなわち、第３の反射光Ｒ３は、干渉光Ｌ’がシリコンエピタキシャル層１８を透過した後に、シリコン基板１０の表層のうち埋込み拡散層１６が形成されていない領域を透過し、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷと測定ステージ７との界面で反射することによって生じる反射光である。ここで、図３（Ｂ）も参照して、第３の反射光Ｒ３の強度が強いと、第３工程で解析するインタフェログラムにおいて、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚に相当するピークと同程度の大きさのノイズが発生してしまう。このノイズは、通常、較正により取り除く試みがなされているが、較正を行う際の計測位置（例えばセンター１点のみ）や測定ステージの構造（例えば、測定ステージがウェーハ裏面全体と接触しない構造）に起因して、較正が不十分になる。そのため、制御部が、ノイズに含まれる複数のピークをシリコンエピタキシャル層１８の膜厚に相当するピークとして誤って認識してしまい、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚が誤って算出される場合がある。これに対して、本実施形態では、測定ステージ７が、赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなるので、干渉光Ｌ’から生じる第３の反射光の強度を低減することができる。これにより、第１の反射光Ｒ１および第２の反射光Ｒ２のインタフェログラムにおけるノイズを低減することができ、その結果、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚を高精度に測定することができる。なお、測定ステージの表面のみを、反射率が１５％以下である第１の材質で構成し、測定ステージの表面以外の部分を、反射率が１５％を超える第２の材質で構成したとしても、測定ステージに入射した干渉光は、第１の材質と第２の材質との界面で反射するので、ノイズが発生してしまう。そのため、測定ステージの表面のみを、反射率が１５％以下である材質で構成しても本発明の効果を得ることはできない。

（埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法）
以下、図２を参照して、上述した膜厚測定装置または膜厚測定方法を用いて行うことが可能な、埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハＷの製造方法の一例を説明する。

［第１工程：パターン付き酸化膜の形成］
第１工程では、シリコン基板１０の表面に酸化膜１２を形成した後に（図２（Ａ）,（Ｂ））、フォトリソグラフィ法により、酸化膜１２をパターン付き酸化膜１４とする（図２（Ｂ）,（Ｃ））。酸化膜１２の形成方法は、特に限定されず、公知の熱酸化法や化学気相成長（ＣＶＤ：chemical vapor deposition）法などを好適に用いればよい。フォトリソグラフィ法は、特に限定されず、公知の方法を好適に用いればよい。なお、パターン付き酸化膜１４のパターンは、デバイス形成工程にて埋込み拡散層１６に形成する集積回路の回路パターンに応じて適宜設定することができる。また、シリコン基板１０としては、チョクラルスキ法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）により育成した単結晶シリコンインゴットから得た単結晶シリコン基板に対して、Ｂ（ボロン）などのドーパントを１．３×１０¹⁵〜２．８×１０¹⁷ａｔｏｍｓ/ｃｍ³の濃度で添加したものを用いることができる。

［第２工程：埋込み拡散層の形成］
第２工程では、シリコン基板１０に対して、パターン付き酸化膜１４側から不純物を注入した後に（図２（Ｃ）,（Ｄ））、熱処理を施すことによって、シリコン基板１０の表層に埋込み拡散層１６を形成する（図２（Ｄ）,（Ｅ））。不純物をＰとする場合は、１．０×１０¹²ａｔｏｍｓ/ｃｍ²以上のドーズ量で注入することが好ましく、不純物をＢとする場合は、１．０×１０¹³ａｔｏｍｓ/ｃｍ²以上のドーズ量で注入することが好ましく、不純物をＡｓまたはＳｂとする場合は、１．０×１０¹⁴ａｔｏｍｓ/ｃｍ²以上のドーズ量で注入することが好ましい。これらの理由は既述の説明を援用する。また、シリコン基板１０の表面全体に対する埋込み拡散層１６の面積の割合を２０〜９９％として、埋込み拡散層１６の厚さを１．０〜２０．０μｍ（好ましくは２．０〜５．０μｍ）とする観点から、熱処理は、酸化雰囲気下、１０００〜１２５０℃、１〜３０時間とすることが好ましい。

［第３工程：パターン付き酸化膜の除去］
第３工程では、パターン付き酸化膜１４を除去する（図２（Ｅ）,（Ｆ））。なお、パターン付き酸化膜１４を除去する方法は、特に限定されず、例えばフッ酸などのエッチング液を好適に用いることができる。

［第４工程：シリコンエピタキシャル層の形成］
第４工程では、埋込み拡散層１６上にシリコンエピタキシャル層１８を形成する（図２（Ｆ）,（Ｇ））。例えば、ＣＶＤ法により、キャリアガスを水素とし、原料ガスをジクロロシラン、トリクロロシラン等とし、基板温度を１０００℃以上１１５０℃以下として、シリコンエピタキシャル層１８を成長させることができる。なお、シリコンエピタキシャル層１８の厚さは、０．５μｍ以上１５μｍ以下の範囲から適宜選択すればよい。

［第５工程：膜厚測定］
図１も参照して、第５工程では、上述した膜厚測定装置または膜厚測定方法を用いてシリコンエピタキシャル層１８の膜厚を測定する。これにより、シリコンエピタキシャル層１８の膜厚を高精度に測定することができる。なお、詳細については、既述の説明を援用する。

以上、本実施形態を例にして、本発明の埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおけるシリコンエピタキシャル層の膜厚測定装置および膜厚測定方法、ならびに当該膜厚測定装置または当該膜厚測定方法を用いた埋込み拡散層付き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。ただし、本発明は、上記実施形態に限定されず、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。

（発明例）
本発明の効果を確かめるために、発明例として、以下に説明する埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハおよび膜厚測定装置を作製し、シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定した。

［埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハの作製］
ＣＺ法により得たシリコン基板（ドーパント：ボロン、ドーパント濃度：１．３×１０¹⁵ａｔｏｍｓ/ｃｍ³）の表面に、酸化膜を熱酸化法により形成した（図２（Ａ）,（Ｂ））。その後、フォトリソグラフィ法により、酸化膜をパターン付き酸化膜とした（図２（Ｂ）,（Ｃ））。次に、シリコン基板に対して、パターン付き酸化膜側からＳｂを５×１０¹⁴ａｔｏｍｓ/ｃｍ²のドーズ量で注入した（図２（Ｃ）,（Ｄ））。その後、熱処理を施すことによって、埋込み拡散層を形成した（図２（Ｄ）,（Ｅ））。なお、シリコン基板を平面視した場合において、シリコン基板の表面全体に対する埋込み拡散層の面積の割合は３０％であり、埋込み拡散層の厚さは２．０μｍであった。次に、フッ酸を用いて、パターン付き酸化膜を除去した（図２（Ｅ）,（Ｆ））。次に、ＣＶＤ法を用いて、キャリアガスを水素とし、ソースガスをジクロロシランとし、基板温度を１０８０℃として、埋込み拡散上にシリコンエピタキシャル層（ドーパント：リン、ドーパント濃度：５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ/ｃｍ³）を形成した（図２（Ｆ）,（Ｇ））。このようにして埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハを得た。

［膜厚測定装置の作製］
図１に示す、光源と、干渉計と、測定ステージ（ウェーハ搬送用エンドエフェクタにおけるウェーハ保持部）が配置された照射室と、検出器と、制御部（不図示）と、を備える膜厚測定装置を作製した。光源として、出射する赤外光のスペクトルのピーク波長が１２．５μｍとなるもの用いた。測定ステージとして、アルミナセラミックスを母材として、当該母材の表面に導電性黒色テフロンを被覆したものを用いた。赤外光のスペクトルのピーク波長（１２．５μｍ）における、アルミナセラミックスの反射率は８％であり、導電性黒色テフロンの反射率は７％であった。

［膜厚の測定］
この膜厚測定装置を用いて、上述した膜厚測定方法により、シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定した。検出器によって検出したインタフェログラムを図４（Ａ）に示す。

（比較例）
測定ステージとして、ステンレス鋼を母材して、当該母材の表面にテフロン（登録商標）を被覆したものを用いた以外は、発明例と同様の方法により、シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定した。なお、赤外光のスペクトルのピーク波長（１２．５μｍ）における、ステンレス鋼の反射率は７０％であり、テフロン（登録商標）の反射率は７％であった。検出器によって検出したインタフェログラムを図４（Ｂ）に示す。

（評価結果および評価結果の説明）
図４（Ｂ）に示す比較例では、シリコンエピタキシャル層の膜厚（１３μｍ）に相当するピークと同程度の大きさのピークを複数有するノイズが発生した。これに対して、図４（Ａ）に示す発明例では、図４（Ｂ）に示すようなノイズを低減することができており、シリコンエピタキシャル層の膜厚が１３μｍであることが正確にわかった。これは、発明例では、赤外光のスペクトルのピーク波長における、測定ステージの材質（すなわち、アルミナセラミックスとテフロン（登録商標））の反射率を１５％以下にしたことによって、検出器に入射する第３の反射光の強度を弱めることができたことに起因する。

本発明によれば、シリコン基板のドーパント濃度が低い埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハであっても、シリコンエピタキシャル層の膜厚を高精度に測定することができる。

１ 膜厚測定装置
２ 光源
３ 干渉計
４ 照射室
５ 検出器
６，７ 測定ステージ
１０ シリコン基板
１２ 酸化膜
１４ パターン付き酸化膜
１６ 埋込み拡散層
１８ シリコンエピタキシャル層
Ｗ 埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハ
Ｌ，Ｌ’ 干渉光
Ｒ１ 第１の反射光
Ｒ２ 第２の反射光

Claims (7)

1. シリコン基板と、前記シリコン基板の表層に形成された埋込み拡散層と、前記埋込み拡散層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、を有する埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおける前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定するための膜厚測定装置であって、
   赤外光を出射する光源と、
   前記赤外光の光路上に配置され、かつ、前記赤外光から、前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハに照射するための干渉光を生成する干渉計と、
   前記干渉光の光路上に前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハが位置するように、前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハを載置するための測定ステージと、
   前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層の表面で反射することによって生じる第１の反射光と、前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層を透過して、前記シリコンエピタキシャル層と前記埋込み拡散層との界面で反射することによって生じる第２の反射光と、の光路上に配置され、かつ、前記第１の反射光と前記第２の反射光を検出する検出器と、
   前記検出器の出力に基づき、前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を算出する制御部と、
   を備え、
   前記測定ステージは、前記赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなることを特徴とする膜厚測定装置。
2. 前記測定ステージは、石英、フッ素樹脂、及びセラミックスのうちから選択される１つ以上の材質からなる、請求項１に記載の膜厚測定装置。
3. 前記測定ステージは、ウェーハ搬送用エンドエフェクタにおけるウェーハ保持部である、請求項１または２に記載の膜厚測定装置。
4. シリコン基板と、前記シリコン基板の表層に形成された埋込み拡散層と、前記埋込み拡散層上に形成されたシリコンエピタキシャル層と、を有する埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハにおける前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定する膜厚測定方法であって、
   赤外光から干渉光を生成し、
   測定ステージに載置された前記埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハに、前記干渉光を照射し、
   前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層の表面で反射することによって生じる第１の反射光と、前記干渉光が前記シリコンエピタキシャル層を透過して、前記シリコンエピタキシャル層と前記埋込み拡散層との界面で反射することによって生じる第２の反射光とを検出し、
   前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を算出し、
   前記測定ステージは、前記赤外光のスペクトルのピーク波長における反射率が１５％以下である材質からなることを特徴とする膜厚測定方法。
5. 前記測定ステージは、石英、フッ素樹脂、及びセラミックスのうちから選択される１つ以上の材質からなる、請求項４に記載の膜厚測定方法。
6. 前記測定ステージは、ウェーハ搬送用エンドエフェクタにおけるウェーハ保持部である、請求項４または５に記載の膜厚測定方法。
7. シリコン基板の表面に酸化膜を形成した後に、フォトリソグラフィ法により前記酸化膜をパターン付き酸化膜とし、
   その後、前記シリコン基板に対して、前記パターン付き酸化膜側から不純物を注入した後に、熱処理を施すことによって、前記シリコン基板の表層に埋込み拡散層を形成し、
   その後、前記パターン付き酸化膜を除去し、
   その後、前記埋込み拡散上に、シリコンエピタキシャル層を形成し、
   その後、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置または請求項４〜６のいずれか一項に記載の方法を用いて前記シリコンエピタキシャル層の膜厚を測定することを特徴とする埋込み拡散層付きエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。

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