JP2011091143A - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生産性に優れ、エピタキシャル欠陥を低減できるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン単結晶基板Ｗにエピタキシャル層を成長させる成長工程Ｇと、エピタキシャル成長工程Ｇの後に、シリコン単結晶基板の周縁の面取り部１を鏡面研磨する鏡面面取り研磨工程Ｄ２と、を有する。また、成長工程の前に、シリコン単結晶基板の周縁の面取り部を鏡面研磨する鏡面面取り研磨工程Ｄ１を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関するものである。

シリコン単結晶ウェーハの表面に気相エピタキシャル層を成長させたのち、ウェーハ外周部を＃６００〜＃２０００の面取り機で面取りする製造方法が知られている（特許文献１）。この製造方法によれば、エピタキシャル成長により発生したエッジクラウンを除去することができる。

特開平６−１１２１７３号公報

しかしながら、上記従来の製造方法では、エッジクラウン除去後の面取り部は粗面であるためパーティクルの発生源となったり、加工歪によって転位が発生したりする可能性があり、上記公報［０００９］でもエッジクラウン除去後にアルカリエッチャントでエッチングすることが提案されており、そのぶんだけ工程が増加し生産性が低下する。

本発明が解決しようとする課題は、生産性に優れ、エピタキシャル欠陥も低減できるシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することである。

本発明は、シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長させる成長工程の後に、前記シリコン単結晶基板の周縁の面取り部を鏡面研磨する鏡面面取り研磨工程を設けることによって、上記課題を解決する。

好ましい実施形態として、前記成長工程の前に、前記シリコン単結晶基板の周縁の面取り部を鏡面研磨する鏡面面取り研磨工程を設けることができる。

また好ましい実施形態として、前記成長工程前の鏡面面取り研磨工程では、前記シリコン単結晶基板のノッチ部又はオリエンテーションフラット部を含む周縁の面取り部を鏡面研磨し、前記成長工程後の鏡面面取り研磨工程では、前記シリコン単結晶基板のノッチ部又はオリエンテーションフラット部を除く周縁の面取り部を鏡面研磨することができる。

また好ましい実施形態として、前記成長工程後の鏡面面取り研磨工程では、前記シリコン単結晶基板の周縁の上面、端面及び下面を同時に鏡面研磨することができる。

また好ましい実施形態として、前記成長工程後の鏡面面取り研磨工程の後に、前記シリコン単結晶基板の表面及び裏面を同時に鏡面研磨する仕上げ研磨工程を設けることができる。

本発明によれば、エピタキシャル層を成長させた後に面取り部を鏡面研磨するので、エッジクラウンなどのエピタキシャル欠陥を除去しつつ、パーティクルの発生源となるのを抑制することができる。また、面取り部を鏡面研磨するため、その後にエッチング処理を施す必要性も少なくなる。

本発明の一実施の形態に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程図である。 ノッチ部が形成されたウェーハ基板Ｗを示す平面図である。 オリエンテーションフラット部ＯＦが形成されたウェーハ基板Ｗを示す平面図である。 図２Ａ及び図２ＢのIIC-IIC線に沿う断面図である。 ウェーハ基板Ｗの周縁の面取り部を同時に鏡面研磨する研磨装置を示す平面図である。 図３ＡのIIIB-IIIB線に沿う断面図である。 図３ＡのIIIC-IIIC線に沿う断面図である。 鏡面面取り研磨工程Ｄ２における研磨時間に対する面取り部（上面１１）の粗さの測定結果を示すグラフである。 鏡面面取り研磨工程Ｄ２における研磨時間に対する面取り部（端面１２）の粗さの測定結果を示すグラフである。 鏡面面取り研磨工程Ｄ２における研磨時間に対する面取り部（下面１３）の粗さの測定結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を示す工程図である。

最初に、図示しないスライス工程Ａより前の工程の一例を説明すると、チョクラルスキー引上げ法により、たとえば主軸方位が＜１００＞で、直径３０５ｍｍのｐ型シリコン単結晶インゴットを製造し、このインゴットを直径３００ｍｍに外周研削したのち、ノッチ加工またはオリエンテーションフラット加工し、電気比抵抗が５〜１０ｍΩｃｍのブロックを複数切り出す。

なお、シリコン単結晶の主軸方位は、＜１００＞以外のたとえば＜１１０＞等の主軸方位のシリコン単結晶にも適用することができる。またウェーハ直径についても、３００ｍｍ以外のたとえば２００ｍｍや４５０ｍｍのウェーハに適用することができる。

スライス工程Ａでは、ワイヤーソーを用いて上記ブロックを所定厚さにスライスし、ウェーハ状の基板を得る。

スライスされたウェーハ基板は、ラッピング工程Ｂにて両面研削され、ある程度の平坦度が確保される。ラッピング工程Ｂでは、ウェーハ基板を両面研削機の上下研削定盤で挟み、砥粒を含んだスラリーを供給しながらウェーハ基板の表面および裏面の両面を研削する。また、通常の砥石を用いた面取り加工を行い、エッジの形状を整え、ウェーハ基板を所定の直径に仕上げる。

ラッピング工程Ｂによりある程度平坦になったウェーハ基板は、続くエッチング工程Ｃにて表裏面及びエッジ面に発生した研削ダメージが除去される。その後、ウェーハ基板は、鏡面面取り研磨工程Ｄ１へ送られる。図２Ａはノッチ部Ｎが形成されたウェーハ基板Ｗを示す平面図、図２Ｂはオリエンテーションフラット部ＯＦが形成されたウェーハ基板Ｗを示す平面図、図２Ｃは図２Ａ及び図２ＢのIIC-IIC線に沿う断面図であり、この鏡面面取り研磨工程Ｄ１では、図２Ａに示すウェーハ基板Ｗの周縁のノッチ部Ｎ又は図２Ｂに示すオリエンテーションフラット部ＯＦを含む面取り部１の全周が鏡面研磨される。

また、図２Ｃに示すように表面（エピタキシャル層が形成される主面）との境界から端面との境界までの面取り部１の上面１１、面取り部１の端面１２および当該端面１２との境界から裏面との境界までの面取り部１の下面１３について鏡面研磨される。この鏡面面取り研磨工程Ｄ１において、面取り部１の上面１１、端面１２及び下面１３は同時に鏡面研磨してもよいし、あるいは順次鏡面研磨してもよい。さらに、鏡面面取り研磨工程Ｄ１を省略してもよい。

鏡面面取り研磨工程Ｄ１を終了したら、ウェーハ基板を鏡面研磨工程Ｅへ送って、ウェーハ基板の表裏面の鏡面化および高平坦化を実施する。なお、この鏡面研磨工程Ｅは、上述した鏡面面取り研磨工程Ｄ１の前に行ってもよい。そして、鏡面研磨工程Ｅを終了したら、ウェーハ基板を洗浄工程Ｆへ送って清浄にしたのち、エピタキシャル成長工程Ｇへ送る。

エピタキシャル成長工程Ｇでは、ウェーハ基板をエピタキシャル反応炉内にセットして反応ガスを供給する前に、ハロゲン化ガスを反応炉内に供給し、ウェーハ基板の表面に形成された酸化膜を除去してもよい。また、エピタキシャル反応炉にハロゲン化ガスを供給してエッチングする方法に代えて、酸化膜に対するエッチング液をウェーハ基板に滴下する湿式エッチング工程を洗浄工程Ｆに設けてもよい。

エピタキシャル成長工程Ｇでは、ウェーハ基板をエピタキシャル反応炉内のサセプタにセットし、反応ガスを供給することで、ウェーハ基板の表面にエピタキシャル層を形成する。

本例の製造方法では、エピタキシャル層を形成したウェーハ基板を仕上げ研磨する前に鏡面面取り研磨工程Ｄ２へ送り、ウェーハ基板の周縁の面取り部を鏡面研磨する。この鏡面面取り研磨工程Ｄ２では、図２Ａに示すウェーハ基板Ｗの周縁のノッチ部Ｎ又は図２Ｂに示すオリエンテーションフラット部ＯＦを除く面取り部１を鏡面研磨する。また、図２Ｃに示す面取り部１の上面１１、端面１２及び下面１３を同時に鏡面研磨する。

図３Ａは、ウェーハ基板Ｗの周縁の面取り部１の上面１１、端面１２及び下面１３を同時に鏡面研磨する研磨装置２を示す平面図、図３ＢはIIIB-IIIB線に沿う断面図、図３ＣはIIIC-IIIC線に沿う断面図である。この研磨装置２はウェーハ基板Ｗを吸着保持して回転する回転台２１と、回転台２１の周囲に配置された３対の研磨布２２ａ，２２ｂ，２２ｃとを備える。３対の研磨布２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、それぞれ面取り部１の上面１１を研磨するために図３Ｂの右側に示すように下向きに傾斜して配置された研磨布２２ａと、面取り部１の端面１２を研磨するために図３Ｃに示すように起立して配置された研磨布２２ｂと、面取り部１の下面１３を研磨するために図３Ｂの左側に示すように上向きに傾斜して配置された研磨布２２ｃとに分類され、それぞれ円周方向に等配長で配置されている。

こうした研磨装置２を用い、ウェーハ基板Ｗを吸着保持した回転台２１を回転させ、研磨剤を含むスラリーを供給しつつ３対の研磨布２２ａ，２２ｂ，２２ｃを面取り部１に接触させると、面取り部１の上面１１、端面１２及び下面１３が同時に研磨されることになる。

エピタキシャル層が形成され、面取り部１が鏡面研磨されたウェーハ基板は仕上げ研磨工程Ｈに送られ、仕上げ研磨が行われる。仕上げ研磨工程Ｈは、少なくともウェーハ基板の表面を仕上げ研磨する工程であればよいが、本例の仕上げ研磨工程Ｈは、両面同時研磨工程Ｈ１と、これに続く片面鏡面研磨工程Ｈ２とから構成されている。以下、仕上げ研磨工程Ｈの一例として両面同時研磨工程Ｈ１と片面鏡面研磨工程Ｈ２を説明するが、本発明がこれに限定される趣旨ではない。

両面同時研磨工程Ｈ１は、本件出願人が先に提案した特開２００９−４６１６号公報に記載の両面研磨装置および両面研磨方法を用いて行うことができる。すなわち、ウェーハ基板の研磨を行うには、上定盤と下定盤との間にウェーハ基板をセットし、所定の加圧力を付加しつつ研磨液を供給しながら、上定盤および下定盤を所定の方向に所定の速度で回転させる。これにより、上定盤と下定盤の間で複数のキャリアが自転しながら太陽歯車の周囲を公転するいわゆる遊星運動をおこなうので、各キャリアに保持されたウェーハ基板は、研磨液中で上下の研磨布と摺接し、上下両面が同時に研磨される。研磨条件は、ウェーハ基板の両面が均等にかつ複数のウェーハ基板が均等に研磨されるように設定される。

仕上げ研磨工程Ｈの両面同時研磨工程Ｈ１にて、シリコンエピタキシャルウェーハ基板の裏面の研磨量は表面の研磨量以上であることが望ましい。たとえばウェーハ基板の表面の研磨量は０．０１〜０．１μｍ、裏面の研磨量は０．１〜０．３μｍの範囲とすることが望ましい。

次の片面鏡面研磨工程Ｈ２では、ウェーハ基板の表面を鏡面研磨する。鏡面研磨の研磨量は、たとえば０．０１〜０．２μｍである。

以上のとおり、本例のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長後に面取り部１を鏡面研磨するので、面取り部１の粗さが改善され、これにより面取り部１からの発塵が防止できる。また、ウェーハ基板の周縁にあるエピタキシャル層が結晶方位の選択性や異常成長により鋭角な形状になる、いわゆるエッジクラウンを鈍化できるので、このエッジクラウンからの発塵も防止できる。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、鏡面面取り研磨工程Ｄ２における研磨時間に対する面取り部１（上面１１、端面１２及び下面１３）の粗さの測定結果である。用いた研磨装置２は、研磨時間５秒、１０秒、２０秒および３０秒に対する研磨代は０．５〜１．５μｍ、１．５〜２．２μｍ、１．８〜３．２μｍ、３．２〜４．８μｍであった。図４Ａ〜図４Ｃの結果によると、研磨時間を１０秒（研磨代が１．５〜２．２μｍに相当）とすることでウェーハ基板の結晶方位に拘らず面取り部１の粗さが充分に低減した。

１…面取り部
１１…上面
１２…端面
１３…下面
２…研磨装置
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…研磨布

Claims (5)

1. シリコン単結晶基板にエピタキシャル層を成長させる成長工程と、
   前記成長工程の後に、前記シリコン単結晶基板の周縁の面取り部を鏡面研磨する鏡面面取り研磨工程と、を有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 請求項１に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、
   前記成長工程の前に、前記シリコン単結晶基板の周縁の面取り部を鏡面研磨する鏡面面取り研磨工程を有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 請求項２に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、
   前記成長工程前の鏡面面取り研磨工程は、前記シリコン単結晶基板のノッチ部又はオリエンテーションフラット部を含む周縁の面取り部を鏡面研磨し、
   前記成長工程後の鏡面面取り研磨工程は、前記シリコン単結晶基板のノッチ部又はオリエンテーションフラット部を除く周縁の面取り部を鏡面研磨するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、
   前記成長工程後の鏡面面取り研磨工程は、前記シリコン単結晶基板の周縁の上面、端面及び下面を同時に鏡面研磨するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法において、
   前記成長工程後の鏡面面取り研磨工程の後に、前記シリコン単結晶基板の表面及び裏面を同時に鏡面研磨する仕上げ研磨工程を有するシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。

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