JP2009260161A - 半導体ウエハの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】搬送トラブル及び後工程における処理不良の防止を可能とする半導体ウエハの製造方法を提供する。
【解決手段】プライムウエハの少なくとも主表面にエピタキシャル成長によってデバイス層を形成した後、少なくともデバイス層を被覆する保護膜を形成し、前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分以外の部分をウエットエッチングによって除去してプライムウエハの主表面に対する裏面に研磨する。さらに、プライムウエハの前記主表面に対応する部分の保護膜をウエットエッチングによって除去する。
【選択図】図2

Description

本発明は、エピタキシャル層を有する半導体ウエハの製造方法に関するものである。
半導体ウエハを代表するものとしてシリコンウエハが従来から知られており、シリコンウエハには一般的に単結晶シリコン基板であるプライムウエハ(Prime Wafer)や、エピタキシャルウエハ(Epitaxial Wafer:以下、エピウエハと称する)等がある。エピウエハとは、プライムウエハ上に規則的なシリコン原子の配列に倣って、同じ結晶構造を持ったシリコン単結晶の膜を堆積させたウエハのことをいう。
エピウエハの製造方法は、完成したプライムウエハ上に気相成長法(エピタキシャル成長法)によって、シリコン薄膜を堆積させる方法が知られている。具体的には、チャンバー内でプライムウエハを約1150度程度で加熱し、チャンバー内にモノシランガスと水素ガスを流入することで、モノシランガスが熱分解をおこしてシリコン原子がプライムウエハの結晶構造に倣って連続的に堆積する。従って、プライムウエハ上に単結晶シリコン薄膜が成長することとなる。
上述したエピウエハの製造方法から、エピウエハはプライムウエハと比較して不純物及び欠陥の少ない結晶層をウエハ表面に有することとなる。すなわち、エピウエハはプライムウエハと比較すると半導体素子を形成する層が高品質であって、半導体素子形成後の半導体デバイスとしても高い信頼性を維持することが可能となる。
また、上述した半導体ウエハを所望の厚さにするための研削方法として、特許文献1に加工精度の高い半導体ウエハの研削方法が開示されている。
特開平−6986号公報
上述した気相成長法によって製造されたエピウエハは、図1に示されているように、シリコン基板11の主表面、側面及び裏面一部に単結晶シリコン薄膜12(以下、エピ層12と称する)が被覆された断面構造を有している。また、シリコン基板11の裏面であってエピ層12に被覆されていない部分には、シリコン酸化膜13が形成されている。エピ層12のシリコン基板11の裏面に形成された部分(以下、裏面エピ層12aと称する)は、モノシランガスと水素ガスがシリコン基板11の裏面に回りこむことによって形成される本来不要な部分である。例えば裏面エピ層12aは、図1(a)に示されているように、シリコン酸化膜13に向かってその厚さが薄くなっている。また、モノシランガスと水素ガスの回りこみによっては、裏面エピ層12aの表面には凹凸が形成されることもある。
エピ層のシリコン基板11の主表面上の部分(以下、主面エピ層12bと称する)が数umである場合には、裏面エピ層12aの厚さが数百nmであるため、主面エピ層12bに比べて裏面エピ層12aは無視することができる。しかしながら、主面エピ層12bの厚さが数十umである場合には、裏面エピ層12aの厚さが数umであるため、以下のような問題点が生じていた。
図1(b)に示されているように、エピウエハ10を搬送アーム14に載置すると、裏面エピ層12aの形状のためエピウエハ10の搬送アーム14に対する密着性が悪く、搬送トラブルの原因になりやすい問題点があった。
図1(c)に示されているように、エピウエハ10をステッパー15に吸着させてレジストパターン16を形成すると、裏面エピ層12aの形状によってレジストパターン16内でのフォーカスが異なため、レジストパターン溝17の開口形状に凹凸が発生する問題点があった。また、エピウエハ10とステッパー15との吸着不良によって処理が不可能となる問題点もあった。
図1(d)に示されているように、エピウエハ10をステージ18に載置してウエットエッチングを施した場合において、裏面エピ層12aの形状のためエッチングによる溝19の開口形状に凹凸が発生する問題点があった。
本発明は、以上の如き事情に鑑みてなされたものであり、搬送トラブル及び後工程における処理不良の防止を可能とする半導体ウエハの製造方法を提供する。
上述した課題を解決するために、半導体ウエハの製造方法であって、プライムウエハを準備する準備工程と、前記プライムウエハの少なくとも主表面にエピタキシャル成長によってデバイス層を形成するデバイス層形成工程と、少なくとも前記デバイス層を被覆する保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分以外の部分をウエットエッチングによって除去する第1除去行程と、前記プライムウエハの主表面に対する裏面に研磨を施す研磨工程と、前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分をウエットエッチングによって除去する第2除去工程と、を有する半導体ウエハの製造方法が提供される。
また、前記保護膜形成工程は、前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分上に追加保護膜を形成する追加保護膜形成工程を含んでいても良い。更に、前記第1除去工程において、前記追加保護膜をウエットエッチングによって除去しても良い。
また、前記保護膜はTEOS酸化膜であっても良い。更に、前記追加保護膜はネガ型レジスト又はポジ型レジストであっても良い。
プライムウエハの少なくとも主表面にエピタキシャル成長によってデバイス層を形成した後、少なくともデバイス層を被覆する保護膜を形成してプライムウエハの主表面に対する裏面に研磨する故、搬送トラブル及び後工程における処理不良の防止を可能とする半導体ウエハを製造することができる。
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
本発明の実施例としての半導体ウエハの製造方法について、図2乃至図4を参照しつつ詳細に説明する。
先ず、半導体基板であるプライムウエハ31の準備を行い、熱酸化法又はCVD法等の周知技術によってプライムウエハ31の裏面全体にシリコン酸化膜の層を形成する。その後、プライムウエハ31の裏面周辺部分以外に保護板を配置し、プライムウエハ31の保護板で覆われた以外の部分(すなわち、プライムウエハ31の裏面周辺部)をエッチングによって除去することでシリコン酸化膜32を形成する(ステップS1)。シリコン酸化膜32は、プライムウエハ中のアンチモンの外部拡散を防止する効果がある。シリコン酸化膜32の形成後の断面図を図3(a)に示す。なお、プライムウエハ31の裏面とは、後述する半導体素子が形成されるデバイス層が形成される面の反対側の面のことを定義することとする。
次に、プライムウエハ31の少なくとも主表面にエピタキシャル成長法によって、後工程で半導体素子が形成されるデバイス層33(以下、エピ層33と称する)を形成する(ステップS1)。具体的には、チャンンバー内でプライムウエハ31を約1150度で加熱を行い、かかる加熱状態のチャンバー内にモノシランガス及び水素ガスを流入しても良い。エピ層33の形成後の断面図を図3(b)に示す。なお、本工程をデバイス層形成工程と称する。
図3(b)に示されているように、プライムウエハ31の主表面上に形成されたエピ層33の一部分(以下、エピ層主面部33aと称する)に対して、プライムウエハ31の主表面に対する裏面上に形成されたエピ層33の一部分(以下、エピ層裏面部33bと称する)は、その層の厚さが薄くなっている。これは、エピ層裏面部33bがモノシランガス及び水素ガスの回りこみによって形成されるためである。また、エピ層裏面部33bはモノシランガス及び水素ガスの回り込みによって、プライムウエハ31の中央部に向かって徐々にその厚さが薄くなっている。なお、シリコン酸化膜32上には、モノシランガス及び水素ガスの回りこみによってはエピ層33が形成されていない。
次に、エピ層33及びシリコン酸化膜32を被覆する保護膜であるTEOS(TetraEthOxySilane:テトラエトキシシラン)酸化膜34を形成する(ステップS3)。例えば、TEOS酸化膜34の膜厚は約8500Åであっても良い。TEOS酸化膜34の形成後の断面図を図3(c)に示す。なお、本工程を保護膜形成工程と称する。
具体的なTEOS酸化膜34の形成方法は、先ずチャンバー内に窒素を流入しつつ約680度で10分間加熱処理をし、その後、毎分1.3度でチャンバー内の温度を上昇させて約700度にする。次に、TEOS及び酸素をチャンバー内に流入させつつ約700度で約70分間熱処理を行う。次に、毎分1.8度でチャンバー内の温度を下げて約680度にし、その後、約680度の状態で10分間熱処理を行う。なお、上述したTEOS酸化膜34の形成方法は1例であって、TEOS酸化膜34の膜厚及び特性等によって上記条件は適宜変更するものとする。
なお、TEOS酸化膜34以外にもシランをベースとした酸化膜を保護膜として使用しても良い。
次に、TEOS酸化膜34のうちプライムエハ31の主表面に対応する部分に、追加保護膜であるネガ型レジスト35を形成する(ステップS4)。ネガ型レジスト35は、後述するウエットエッチングからプライムエハ31の主表面に対応する部分のTEOS酸化膜34を保護するために形成される。例えば、ネガ型レジスト35の膜厚は約8000Åであっても良い。ネガ型レジスト35の形成後の断面図を図3(d)に示す。なお、本工程を追加保護膜形成工程と称する。
具体的なネガ型レジスト35の形成方法は、例えば、約200度で60秒間ベーク処理を行い、その後ネガ型レジスト35を塗布する。ネガ型レジスト35の塗布後に、約110で60秒間プリベークを行う。なお、上述したネガ型レジスト35の形成方法は1例であって、ネガ型レジスト35の膜厚及び特性等によって上記条件は適宜変更するものとする。
また、ネガ型レジスト35以外にもポジ型レジストを追加保護膜として使用しても良い。
次に、シリコン酸化膜32、ネガ型レジスト35並びにTEOS酸化膜35の側面及び底面をウエットエッチングによって除去する(ステップS5)。例えば、緩衝フッ酸(BHF)の水溶液に約20分間浸漬させても良い。ウエットエッチング後の断面図を図4(e)に示す。なお、本エッチング工程を第1除去工程とする。
本エッチング工程においては、シリコン酸化膜32、ネガ型レジスト35及びTEOS酸化膜35がエッチングによって除去されるが、プライムウエハ31の主表面に対応した部分上に形成されたTEOS酸化膜35上にはネガ型レジスト35が形成されているため、かかるTEOS酸化膜35の一部分は除去されず、それ以外の側面及び底面が除去されることとなる。なお、エピ層33はエッチング溶液には反応しないため、除去されることはない。
本工程において、プライムウエハ31の主表面に対応した部分上にのみTEOS酸化膜35を残す理由としては、次工程におけるプライムウエハ31の裏面の研磨時における、プライムウエハ31の主表面上のエピ層12の損傷を防止するためである。
次に、プライムウエハ31の主表面に対する裏面に研磨を施し、プライムウエハ31の裏面に形成されているエピ層裏面部33bを除去する(ステップS6)。エピ層裏面部33bを除去することによって、プライムウエハ31の裏面全体が露出することとなり、裏面が平坦に加工されることとなる。エピ層裏面部33bの除去後の断面図を図4(f)に示す。なお、本工程を研磨工程と称する。
例えば、エピ層裏面部33bを除去してプライウムウエハ31の裏面の平坦化方法としては、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)を利用しても良い。具体的な研磨レートは、毎分1900Åであっても良い。
次に、ステップS5において除去されなかったTEOS酸化膜35の一部(すなわち、プライムウエハ31の主表面に対応した部分)をウエットエッチングによって除去する(ステップS7)。ウエットエッチング方法としてはステップS5と同様に、緩衝フッ酸(BHF)の水溶液に約20分間浸漬させても良い。ウエットエッチング後の断面図を図4(g)に示す。なお、本エッチング工程を第2除去工程とする。
以上のように、本実施例における半導体ウエハの製造方法によれば、プライムウエハ31の少なくとも主表面にエピタキシャル成長によってエピ層33を形成した後、少なくともエピ層33を被覆するTEOS酸化膜34を形成してプライムウエハ31の主表面に対する裏面に研磨する故、搬送トラブル及び後工程における処理不良の防止を可能とする半導体ウエハを製造することができる。
(a)は従来の半導体ウエハの製造方法よって製造される半導体ウエハの断面図であり、(b)は図1(a)の半導体ウエハの搬送時の断面図あり、(c)は図1(a)の半導体ウエハのレジスト形成後の断面図あり、(d)は図1(a)の半導体ウエハのエッチング後の断面図である。 本発明の実施例としての半導体ウエハの製造方法の製造フローを示したフロー図である。 本発明の実施例としての半導体ウエハの製造方法における各製造工程における断面図である。 本発明の実施例としての半導体ウエハの製造方法における各製造工程における断面図である。
符号の説明
31 プライムウエハ
32 シリコン酸化膜
33 エピ層(デバイス層)
34 TEOS酸化膜
35 ネガレジスト

Claims (5)

  1. 半導体ウエハの製造方法であって、
    プライムウエハを準備する準備工程と、
    前記プライムウエハの少なくとも主表面にエピタキシャル成長によってデバイス層を形成するデバイス層形成工程と、
    少なくとも前記デバイス層を被覆する保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分以外の部分をウエットエッチングによって除去する第1除去行程と、
    前記プライムウエハの主表面に対する裏面に研磨を施す研磨工程と、
    前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分をウエットエッチングによって除去する第2除去工程と、を有する半導体ウエハの製造方法。
  2. 前記保護膜形成工程は、前記保護膜のうち前記プライムウエハの主表面に対応する部分上に追加保護膜を形成する追加保護膜形成工程を含むことを特徴とする請求項1記載の半導体ウエハの製造方法。
  3. 前記第1除去工程において、前記追加保護膜をウエットエッチングによって除去することを特徴とする請求項2記載の半導体ウエハの製造方法。
  4. 前記保護膜はTEOS酸化膜であることを特徴とする請求項2又は3記載の半導体ウエハの製造方法。
  5. 前記追加保護膜はネガ型レジスト又はポジ型レジストであることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1に記載の半導体ウエハの製造方法。
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