JP2004363497A - 半導体ウェーハのアルカリ処理技術 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ溶液中に溶解した金属不純物による半導体ウェーハの汚染を防止する半導体ウェーハのアルカリ処理技術を提供する。
【解決手段】アルカリ金属イオンであるボロンが１０ｐｐｂ以上溶解された２０重量％以上の高濃度の水酸化ナトリウム溶液をアルカリ性エッチング液として、シリコンウェーハをアルカリエッチングする。これにより、アルカリ性エッチング液中に溶解した金属不純物によるシリコンウェーハの汚染を、効果的に防止することができる。しかも、この効果が低コストで得られる。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハのアルカリ処理技術、詳しくは半導体ウェーハをアルカリ溶液を使用して処理する際、アルカリ溶液中に溶解した金属不純物による半導体ウェーハの汚染を防止する半導体ウェーハのアルカリ処理技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシリコンウェーハの製造では、インゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、シリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、酸エッチング、鏡面研磨、仕上げ洗浄の各工程が順次施される。
このうち、酸エッチング工程では、ラッピング後のシリコンウェーハを混酸（フッ酸、硝酸、酢酸）などの酸性エッチング液に浸漬し、ラッピング時の加工ダメージ、面取り時の加工ダメージを除去している。酸エッチングは、シリコンウェーハとの反応性が高く、エッチング速度が比較的速いという利点を有する一方、エッチング中に多量の気泡が発生し、その影響でシリコンウェーハの表裏両面に、周期０．２〜２０ｍｍくらい、高さ数十〜数百ｎｍくらいのうねりが生じ、ウェーハ表面の平坦性が低下していた。
【０００３】
そこで、これを解消するため、近年、酸性エッチング液に代えて高濃度のアルカリ性エッチング液によるアルカリエッチングが採用されている。
しかしながら、アルカリ性エッチング液中にはニッケル、クロム、鉄、銅などが溶解しやすい。そのため、エッチング時において、アルカリ性エッチング液に溶解した金属不純物がシリコンウェーハの露出面に吸着され、その金属不純物がウェーハ内部まで拡散してウェーハの品質を劣化させていた。
【０００４】
従来、この問題を解消する方法として、例えば特許文献１のようなものが知られている。従来法は、アルカリ性エッチング液中に、その液中に存在する金属イオンの可逆電位よりも卑な酸化電位を有する還元剤（亜二チオン酸塩など）を溶解することで、金属イオンを非イオン化する方法である。これにより、アルカリ性エッチング液中の金属不純物が除去され、エッチング時の金属不純物によるシリコンウェーハの品質の劣化が防止される。
【特許文献１】特開平１０−３１０８８３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来法を採用した場合でも、近年、デバイスの高集積化に伴うデバイスメーカーからのウェーハに対する高清浄度の要求に、十分に対応することはできなかった。すなわち、従来法は、ニッケルなどの金属不純物のウェーハ内部への拡散を効果的に防止しているとは言い難かった。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、本発明は、アルカリ溶液中に溶解した金属不純物による半導体ウェーハの汚染を低コストで、しかも効果的に防止することができる半導体ウェーハのアルカリ処理技術を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アルカリ金属イオンを含有するアルカリ性の溶液で、半導体ウェーハをアルカリ処理する際に使用される半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液において、ボロンが溶解された半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液である。
アルカリ金属としては、周期表１Ａ族に属するリチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、フランシウム（Ｆｒ）の単体またはその化合物を採用することができる。このうち、半導体ウェーハの処理用としては、ナトリウム、カリウムが汎用されている。
半導体ウェーハのアルカリ処理としては、アルカリ性エッチング液によるエッチング、アルカリ性エッチング液と酸性エッチング液との混酸によるエッチングが挙げられる。その他、アルカリ性エッチング液を含む洗浄液による洗浄が挙げられる。
【０００８】
ボロンの添加により半導体ウェーハへの吸着を抑制できる不純物金属としては、ニッケル、銅、クロム、鉄などが挙げられる。その中でも、シリコン結晶中での拡散速度が大きいニッケルの除去が、シリコンウェーハの品質向上を図る上では最も重要となる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、上記アルカリ溶液中のボロンの含有量が、１０ｐｐｂ以上である請求項１に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液である。
１０ｐｐｂ未満では半導体ウェーハへの不純物金属の吸着、拡散を抑制できない。好ましいボロンの含有量は５００ｐｐｂ以上である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、上記アルカリ溶液中に、シリコンを０．２５ｇ／リットル以上含有する請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液である。
０．２５ｇ／リットル未満では、半導体ウェーハへの不純物金属の吸着、拡散を抑制できない。好ましいシリコンの含有量は１〜８０ｇ／リットルである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、上記アルカリ溶液の濃度が、２０重量％以上である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液である。
２０重量％未満ではシリコンウェーハ表裏面の粗さが大きくなる。アルカリ溶液の好ましい濃度は４３重量％以上である。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、上記アルカリ金属イオンが、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンである請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、上記アルカリ溶液には、ボロンがドープされたシリコン素材を溶解した請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液である。
シリコン素材は、例えば所定量のボロンがドープされたシリコンウェーハでもよいし、その基材となるシリコンインゴットの破片などでもよい。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、半導体ウェーハをアルカリ処理するときに使用されるアルカリ溶液の製造方法において、上記アルカリ溶液中にボロンを溶解する半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法である。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、上記アルカリ溶液中のボロンの含有量が、１０ｐｐｂ以上である請求項７に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法である。
１０ｐｐｂ未満では、当該溶液を用いてエッチングした際に、半導体ウェーハへの不純物金属の吸着、拡散を抑制できない。アルカリ溶液中の好ましいボロンの添加量は、５００ｐｐｂ以上である。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、上記アルカリ溶液中に、シリコンを０．２５ｇ／リットル以上溶解する請求項７または請求項８に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法である。
０．２５ｇ／リットル未満では、半導体ウェーハへの不純物金属の吸着、拡散を抑制できない。好ましいシリコンの含有量は１〜８０ｇ／リットルである。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、上記アルカリ溶液の濃度が、２０重量％以上である請求項７〜請求項９のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法である。
２０重量％未満では、当該溶液を用いてエッチングした際の半導体ウェーハの表裏面粗さが大きくなるため、別途濃縮処理を必要とする。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、上記アルカリ金属イオンが、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンである請求項７〜請求項１０のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法である。
【００１９】
請求項１２に記載の発明は、上記アルカリ溶液中に、ボロンがドープされたシリコン素材を溶解する請求項７〜請求項１１のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法である。
【００２０】
請求項１３に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載のアルカリ溶液により処理された半導体ウェーハである。
アルカリ溶液により処理された半導体ウェーハとは、例えばアルカリエッチングされた半導体ウェーハ、アルカリ性エッチング液を含む洗浄液により洗浄された半導体ウェーハを採用することができる。
【００２１】
請求項１４に記載の発明は、請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載のアルカリ溶液により半導体ウェーハを処理する半導体ウェーハのアルカリ処理方法である。
【００２２】
請求項１５に記載の発明は、上記半導体ウェーハがｐ型のシリコンウェーハで、抵抗率が１２Ωｃｍ以下である請求項１３または請求項１４に記載の半導体ウェーハのアルカリ処理方法である。
好ましい半導体ウェーハは、ボロンがドープされたシリコンウェーハで、好ましい抵抗率は１Ωｃｍ以下である。
【００２３】
【作用】
この発明によれば、ボロンが溶解されたアルカリ溶液を使用し、半導体ウェーハの処理（例えばエッチング）を施すと、アルカリ溶液中に溶解した金属不純物による半導体ウェーハの汚染が、低コストでかつ効果的に防止される。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を表１を参照して説明する。
市販の高濃度の水酸化ナトリウム溶液（５１重量％、５リットル、８０℃）中に、ボロンをドープしたｐ型のシリコンウェーハ（試験例１〜７）を所定量だけ溶解した。その後、この水酸化ナトリウム溶液をアルカリ性エッチング液とし、ＣＺ法により引き上げられ、ウェーハ加工された面方位（１００）のｐ型シリコンウェーハ（抵抗率０．０１〜０．０２Ωｃｍ）を１０分間、アルカリ性エッチング液を攪拌しながらアルカリエッチングした。エッチング後、シリコンウェーハを５分間、流水中でリンスした。
【００２５】
リンス後、シリコンウェーハのニッケルによる汚染量を、全溶解法により分析して評価した。全溶解法とは、フッ酸と過酸化水素水との混合液を用いてシリコンウェーハ最表面に付着した金属不純物を取り除いた後、フッ酸と硝酸との蒸気を使用してシリコンウェーハを全て溶解し、その残留物を分析することで、シリコンウェーハに吸着・拡散した金属汚染物を評価する方法である。その結果を表１に示す。
試験例１〜４は、溶解に用いたシリコンウェーハに対するボロンのドープ量が異なる。また、試験例５〜７は、溶解に用いたシリコンウェーハに対するボロンのドープ量は同じだが、このシリコンウェーハの溶解量を異ならせている。比較例１として、ボロンおよびシリコンを含まない水酸化ナトリウム溶液を使用し、同様の試験を行った。
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１から明らかなように、ボロンまたはボロンを含むシリコンを溶解させた試験例１〜７は、これらが含まれない比較例１に比べて、ニッケルの汚染量が低いことが分かった。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、アルカリ溶液中にボロンを溶解したので、低コストで、アルカリ溶液中に溶解した金属不純物による半導体ウェーハの汚染を、効果的に防止することができる。

Claims (15)

1. アルカリ金属イオンを含有するアルカリ性の溶液で、半導体ウェーハをアルカリ処理する際に使用される半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液において、
   ボロンが溶解された半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液。
2. 上記アルカリ溶液中のボロンの含有量が、１０ｐｐｂ以上である請求項１に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液。
3. 上記アルカリ溶液中に、シリコンを０．２５ｇ／リットル以上含有する請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液。
4. 上記アルカリ溶液の濃度が、２０重量％以上である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液。
5. 上記アルカリ金属イオンが、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンである請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液。
6. 上記アルカリ溶液には、ボロンがドープされたシリコン素材を溶解した請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液。
7. 半導体ウェーハをアルカリ処理するときに使用されるアルカリ溶液の製造方法において、
   上記アルカリ溶液中にボロンを溶解する半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法。
8. 上記アルカリ溶液中のボロンの含有量が、１０ｐｐｂ以上である請求項７に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法。
9. 上記アルカリ溶液中に、シリコンを０．２５ｇ／リットル以上溶解する請求項７または請求項８に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法。
10. 上記アルカリ溶液の濃度が、２０重量％以上である請求項７〜請求項９のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法。
11. 上記アルカリ金属イオンが、ナトリウムイオンまたはカリウムイオンである請求項７〜請求項１０のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法。
12. 上記アルカリ溶液中に、ボロンがドープされたシリコン素材を溶解する請求項７〜請求項１１のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハ処理用のアルカリ溶液の製造方法。
13. 請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載のアルカリ溶液により処理された半導体ウェーハ。
14. 請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載のアルカリ溶液により半導体ウェーハを処理する半導体ウェーハのアルカリ処理方法。
15. 上記半導体ウェーハがｐ型のシリコンウェーハで、抵抗率が１２Ωｃｍ以下である請求項１３または請求項１４に記載の半導体ウェーハのアルカリ処理方法。