JP2007123383A - 半導体ウエーハの製造方法及び半導体ウエーハの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨工程後にウエーハに付着している金属不純物を効率的に除去できる半導体ウエーハの製造方法および洗浄方法を提供する。
【解決手段】少なくとも、半導体インゴットから薄板状のウエーハを切り出すスライス工程と、前記ウエーハを平坦化する平坦化工程と、前記ウエーハの加工歪みを除去するエッチング工程と、前記ウエーハを研磨する研磨工程とを有する半導体ウエーハの製造方法において、前記研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法および洗浄方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン等の半導体ウエーハを製造する工程で行われる洗浄方法に係り、特に、半導体基板（ウエーハ）の製造工程中に付着する金属汚染物質を効果的に除去する方法に関する。

半導体デバイスの製造では、ウエーハ自体に金属やウエーハ表面に微粒子の汚染物が存在した場合、デバイスの性能特性に悪影響を及ぼすことがある。半導体デバイスに用いられる半導体基板（ウエーハ）は、主に引上げ法（チョクラルスキー法、ＣＺ法）で育成されたインゴットブロックを鏡面状の薄板に加工することで製造される。その加工工程は主にインゴットブロックをウエーハ状にスライスするスライス工程と該スライスされたウエーハの外周部を面取りする面取り工程と、該面取りされたウエーハをラッピングまたは平面研削等を用いて平坦化する平坦化工程と、該平坦化されたウエーハの加工歪を除去する為のエッチング工程と、該エッチングされたウエーハの両面、または片面を研磨する研磨工程からなる。更に熱処理工程や検査工程、各種洗浄工程などを有する。

従来、ウエーハの片面を研磨する研磨工程においては、研磨するウエーハの片面をワックスを用いてターンテーブルに固定して、もう一方の片面の研磨を行っている。この研磨工程後、ウエーハに付着したワックスや加工中に付着したパーティクルを除去するために、過酸化水素水またはオゾンのような酸化剤および水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムのような塩基を用いて順次あるいは同時に洗浄を行っていた（特許文献１参照）。

しかし、このような洗浄方法では、ウエーハ表面に付着した金属不純物を十分に除去できておらず、近年要求されるデバイスの性能特性に悪影響を及ぼす原因となるという問題があった。

特開平８−２１３３５６号公報

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、研磨工程後にウエーハに付着している金属不純物を効率的に除去できる半導体ウエーハの製造方法および洗浄方法を提供することを目的としたものである。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも、半導体インゴットから薄板状のウエーハを切り出すスライス工程と、前記ウエーハを平坦化する平坦化工程と、前記ウエーハの加工歪みを除去するエッチング工程と、前記ウエーハを研磨する研磨工程とを有する半導体ウエーハの製造方法において、前記研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法を提供する（請求項１）。

このように研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄すれば、ウエーハに付着しているワックスや、加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去することができ、特にＮｉの除去効率を飛躍的に向上することができる。

この場合、前記研磨工程において研磨するウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行うことができる（請求項２）。

このように、前記研磨工程において研磨するウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行う場合に、本発明は研磨工程でウエーハに付着したワックスや、加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去するのに有効である。

また、前記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した後に、ＲＣＡ洗浄を行うことが好ましい（請求項３）。

このように、前記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した後に、ＲＣＡ洗浄を行えば、金属不純物およびパーティクルをより低減することができる。

この場合、前記製造する半導体ウエーハをシリコンウエーハとすることができる（請求項４）。

このように前記製造する半導体ウエーハをシリコンウエーハとすれば、大量に用いられているシリコンウエーハ表面の金属不純物やパーティクルが低減された清浄で高品質のシリコンウエーハを製造することができる。

また、本発明は、半導体ウエーハの洗浄方法において、前記半導体ウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することを特徴とする半導体ウエーハの洗浄方法を提供する（請求項５）。

このような洗浄方法であれば、ウエーハに付着しているワックスや、加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去することができ、特にＮｉの除去効率を飛躍的に向上することができる。

この場合、ウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行った後に、前記洗浄を行うことができる（請求項６）。

このように研磨するウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行う場合に、本発明は研磨工程でウエーハに付着したワックスや、加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去するのに有効である。

この場合、前記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した後に、ＲＣＡ洗浄を行うことが好ましい（請求項７）。

このように、前記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した後に、ＲＣＡ洗浄を行えば、金属不純物およびパーティクルをより低減することができる。

この場合、前記半導体ウエーハをシリコンウエーハとすることができる（請求項８）。

このように前記洗浄する半導体ウエーハをシリコンウエーハとすれば、大量に用いられているシリコンウエーハ表面の金属不純物やパーティクルが低減された清浄で高品質のシリコンウエーハを得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することで、ウエーハに付着したワックスや加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去することができ、特にＮｉの除去効率を飛躍的に向上することができる。これにより、清浄で高品質のウエーハを得ることができる。

以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄すれば、特にウエーハに付着したＮｉの除去効率を飛躍的に向上することができることに想到し、本発明を完成させた。

すなわち本発明の半導体ウエーハの製造方法は、少なくとも、半導体インゴットから薄板状のウエーハを切り出すスライス工程と、前記ウエーハを平坦化する平坦化工程と、前記ウエーハの加工歪みを除去するエッチング工程と、前記ウエーハを研磨する研磨工程とを有する半導体ウエーハの製造方法において、前記研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することを特徴とする。

ここで、図１は本発明の半導体ウエーハの製造方法および洗浄方法の一例を説明する概略図である。
まず、チョクラルスキー法等により引上げたシリコン単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハに加工する（スライス工程、図１（ａ））。

続いて、スライス工程での切断加工によってウェーハ表層に誘起された加工変質層を除去するとともにウェーハを平坦化するために、ウェーハを機械研削（ラッピング）する（平坦化工程、図１（ｂ））。この平坦化は、平面研削や両頭研削で行われてもよい。

さらに、上記の工程でウェーハ表層に生じた加工歪みを除去するために、ウェーハをエッチングする（エッチング工程、図１（ｃ））。

次に、前記エッチングされたウェーハの表面をさらに平坦化するために、ウエーハを研磨する研磨工程を行う（図１（ｄ））。研磨方法は特に限定されず、両面研磨やテンプレートを用いた研磨に適用し得るが、特に、研磨するウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて、ガラスプレートを回転させつつウエーハ表面を研磨布に押圧しながら摺接させて片面の研磨を行うことができる。

ここまでの工程は従来法と特に変わることはなく、この他にも面取り・洗浄・熱処理等の工程が加わってもよく、一部工程の省略・入換え・繰返し等本発明においても従来行われている種々の工程を採用し得る。

次に、研磨したウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄する（図１（ｅ））。

このように、ウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することで、前記研磨工程でウエーハに付着したワックスや、加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去することができ、特にウエーハ表面に付着したＮｉの除去効率を飛躍的に向上することができる。

次に、洗浄溶液を除去するためにウエーハを純水でリンスする（図１（ｆ））。

次に、必要に応じＲＣＡ洗浄を行う（図１（ｇ））。このＲＣＡ洗浄は、従来行われているものを採用すればよく、特に限定しない。たとえば、図１に示すようにＳＣ１洗浄、リンス、ＳＣ２洗浄、リンスの順で行うことができる。この、ＳＣ１洗浄で使用するアンモニア−過酸化水素水混合溶液は、２９重量％ＮＨ_３：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５（体積比）の混合比率とし、液温は８０℃とすることができる。また、ＳＣ２洗浄で使用する塩酸−過酸化水素水混合溶液は、３０重量％ＨＣｌ：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５（体積比）の混合比率とし、液温は８０℃とすることができる。図１に示すようにＳＣ１洗浄後およびＳＣ２洗浄後に、洗浄溶液を除去するために純水でリンスを行うことが望ましい。

ＲＣＡ洗浄を行った後に、ウエーハを乾燥する（図１（ｈ））。乾燥の方法は特に限定されないが、たとえばＩＰＡ乾燥を行うことができる。
以上のような製造方法および洗浄方法により、半導体ウエーハを得ることができる。

なお、上記製造方法および洗浄方法において、ＲＣＡ洗浄を省略することも可能である。しかし、ＲＣＡ洗浄を行えば、金属不純物およびパーティクルをより低減することができる。

また、上記製造方法および洗浄方法により、シリコンウエーハを製造すれば、金属不純物やパーティクルが低減され、特にウエーハ表面に付着したＮｉが大幅に除去された非常に清浄で高品質のシリコンウエーハを得ることができる。

なお、上記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液について、その混合比率は特に限定しない。本発明者等は、上記製造方法および洗浄方法において、過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液中のクエン酸濃度を変化させて研磨工程後にウエーハの洗浄を行い、乾燥後それぞれ１枚のウェーハ表面のＮｉ付着量を気化したフッ酸により回収（ＶＰＤ：ＶａｐｏｒＰｈａｓｅＤｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）してＩＣＰＭＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により測定した。その結果を図２に示す。このときクエン酸以外の洗浄溶液の組成比率は、１０重量％ＮａＯＨ：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：２５０（体積比）とした。図２から明らかなように、洗浄溶液にクエン酸を添加することでＮａＯＨ＋Ｈ_２Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏだけの場合と比べてＮｉの除去効率が飛躍的に向上していることがわかる。前記１０重量％ＮａＯＨ：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏの比率を１〜５０：１〜５０：１〜１０００とし、同様の実験を行ったが、ほぼ同様の結果が得られた。また、クエン酸の濃度については、１０％、３０％入れても数％入れた場合とほとんど同じであった。また下限については、図２より１０ｐｐｍ以上、より好ましくは１００ｐｐｍ以上とするのが好ましい。液温については、１０〜９０℃くらいで選択できる。

このように、研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することで、ウエーハに付着したワックスや加工中に付着した金属不純物およびパーティクルを十分に除去することができ、特にウエーハ表面のＮｉの除去効率を飛躍的に向上することができる。これにより、清浄で高品質のウエーハを得ることができる。

以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
まず、チョクラルスキー法により引上げたシリコン単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハに加工した（スライス工程、図１（ａ））。

ウエーハ周辺部の面取り後、続いて、スライス工程での切断加工によってウェーハ表層に誘起された加工変質層を除去するとともにウェーハを平坦化するために、ウェーハを機械研削（ラッピング）した（平坦化工程、図１（ｂ））。

さらに、上記の工程でウェーハ表層に生じた加工歪みを除去するために、ウェーハをエッチングした（エッチング工程、図１（ｃ））。
次に、研磨工程として、前記エッチングされたウェーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて、片面の研磨を行い（図１（ｄ））、直径２００ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率５〜２０Ω・cm の鏡面研磨されたＣＺウエーハを得た。

次に、このＣＺウエーハを、過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で２分間洗浄した（図１（ｅ））。このとき洗浄溶液の液温は５５℃とし、組成比率は、１０重量％ＮａＯＨ：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：１０重量％クエン酸：Ｈ_２Ｏ＝１：１：１：２５０（体積比）とした。
その後、常温の純水により２分間リンスを行った（図１（ｆ））。

次に、ＲＣＡ洗浄を行った（図１（ｇ））。まず、ＳＣ１洗浄として、２９重量％ＮＨ_３：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５（体積比）の混合比率のアンモニア−過酸化水素水混合溶液を液温８０℃で用いてウエーハを２分間洗浄した。その後、常温の純水により２分間リンスを行った。さらに、ＳＣ２洗浄として、３０重量％ＨＣｌ：３０重量％Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５（体積比）の混合比率の塩酸−過酸化水素水混合溶液を液温８０℃で用いてウエーハを２分間洗浄した。その後、常温の純水により２分間リンスを行った。
最後に、２分間のＩＰＡ乾燥を行ってシリコンウエーハを得た（図１（ｈ））。

（実施例２）
実施例１と同条件で、スライス工程、平坦化工程、エッチング工程、研磨工程を行い、直径２００ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率５〜２０Ω・cm の鏡面研磨されたＣＺウエーハを得た。

その後、実施例１と同条件で、過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液による洗浄およびリンスを行った。
最後に、ＲＣＡ洗浄をすることなく、２分間のＩＰＡ乾燥を行ってシリコンウエーハを得た。

（比較例１）
実施例１と同条件で、スライス工程、平坦化工程、エッチング工程、研磨工程を行い、直径２００ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率５〜２０Ω・cm の鏡面研磨されたＣＺウエーハを得た。

研磨工程後の洗浄における洗浄溶液として、過酸化水素水および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液（クエン酸を含まない）を用いてウエーハを洗浄した以外は、実施例１と同条件でリンス、ＲＣＡ洗浄、乾燥を行って、シリコンウエーハを得た。

（比較例２）
実施例１と同条件で、スライス工程、平坦化工程、エッチング工程、研磨工程を行い、直径２００ｍｍ、導電型ｐ型、抵抗率５〜２０Ω・cm の鏡面研磨されたＣＺウエーハを得た。
研磨工程後、過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液による洗浄をすることなく、実施例１と同条件でＲＣＡ洗浄および乾燥を行って、シリコンウエーハを得た。

（シリコンウエーハの評価）
上記実施例および比較例で得たそれぞれ１枚のシリコンウエーハについて、ＶＰＤ法を用いてＩＣＰＭＳによりウエーハ表面のＮｉの濃度を測定した。得られた結果を図３に示す。さらに、それぞれ２４枚のウエーハを測定器ＣＲ−８１（ＡＤＥ社製）を用いて、ウエーハ表面のパーティクル数を測定した。得られた結果の平均値を図４に示す。

図３から明らかなように、研磨工程後に過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した実施例では、比較例に比べてＮｉの除去効率が飛躍的に向上していることがわかる。また、この洗浄にＲＣＡ洗浄を組み合わせた実施例１では、さらにＮｉ濃度が低減していることがわかる。

また、図４から明らかなように、研磨工程後に過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した実施例では、従来の洗浄法に比べてパーティクルが減少していることがわかる。また、この洗浄にＲＣＡ洗浄を組み合わせた実施例１では、さらにパーティクルが減少していることがわかる。

このように、本発明の半導体ウエーハの製造方法および洗浄方法により得られたウエーハは、金属不純物、特にＮｉが劇的に低減されており、さらにパーティクルも低減されていることが確認できた。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

たとえば、本発明の製造方法および洗浄方法は、化合物半導体等の種々の半導体ウエーハに適用できることは言うまでもない。また、本発明の洗浄方法は、Ｎｉ等の金属不純物を著しく低減できるので、研磨後のウエーハの洗浄に限定されずに適用することができる。

また、上記では、研磨工程として研磨するウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行う場合について説明したが、これに限られず、両面研磨やテンプレートを用いた研磨にも適用し得る。

本発明の半導体ウエーハの製造方法および洗浄方法の一例を説明する概略図である。 洗浄溶液中のクエン酸濃度とウエーハ表面のＮｉ濃度の関係を示すグラフである。 実施例と比較例のウエーハについて、表面のＮｉ濃度を測定した結果を示すグラフである。 実施例と比較例のウエーハについて、表面のパーティクル数を測定した結果を示すグラフである。

Claims (8)

1. 少なくとも、半導体インゴットから薄板状のウエーハを切り出すスライス工程と、前記ウエーハを平坦化する平坦化工程と、前記ウエーハの加工歪みを除去するエッチング工程と、前記ウエーハを研磨する研磨工程とを有する半導体ウエーハの製造方法において、前記研磨工程後にウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
2. 前記研磨工程において研磨するウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの製造方法。
3. 前記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した後に、ＲＣＡ洗浄を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウエーハの製造方法。
4. 前記製造する半導体ウエーハをシリコンウエーハとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの製造方法。
5. 半導体ウエーハの洗浄方法において、前記半導体ウエーハを過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄することを特徴とする半導体ウエーハの洗浄方法。
6. ウエーハをワックスを用いてガラスプレートに貼り付けて片面の研磨を行った後に、前記洗浄を行うことを特徴とする請求項５に記載の半導体ウエーハの洗浄方法。
7. 前記過酸化水素水およびクエン酸および水酸化ナトリウムを含有する洗浄溶液で洗浄した後に、ＲＣＡ洗浄を行うことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体ウエーハの洗浄方法。
8. 前記半導体ウエーハをシリコンウエーハとすることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの洗浄方法。

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