JP2762193B2 - シリコン単結晶ウェーハにおけるサンドブラスト条件の評価及び管理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶ウェー
ハ（以下単にウェーハと略す）のうち、特に＜１００＞
面を主面とするウェーハに関し、エクストリンシックゲ
ッタリング効果を付与する手段としてのサンドブラスト
法において、その条件を評価し及び管理する方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスがより小型化・高
集積化されるに伴ない、半導体デバイスの基板材料とな
るウェーハに対する品質要求もより厳しくなりつつあ
り、その要求の一つとして、半導体デバイスの製造工程
でウェーハの素子形成面上における汚染物質に起因する
結晶欠陥の発生を抑制する問題がある。

【０００３】このような結晶欠陥の抑制手段として、素
子形成工程で重金属を主とする汚染不純物を、素子形成
領域外に形成した歪場に集めてしまうゲッタリング法が
知られている。このゲッタリング法は、イントリンシッ
クゲッタリング（ＩＧ）とエクストリンシックゲッタリ
ング（ＥＧ）とに大別される。

【０００４】エクストリンシックゲッタリングに分類さ
れる方法は、主としてウェーハの素子形成面とは反対側
の裏面に機械的な歪みを付与するものであり、その一方
法としてサンドブラスト法がある。このサンドブラスト
法によりウェーハ裏面に形成されるバックサイドダメー
ジの大きさは上記ゲッタリング技術の重要な要素であ
り、サンドブラストされたウェーハの酸化熱処理により
生成する酸化誘起積層欠陥（oxidation induced stacki
ng fault；以下ＯＳＦと略す）の密度の大小をもって評
価することができる。

【０００５】サンドブラスト法は図８で模擬的に示すよ
うに、ローダー１によりウェーハ２をコンベアーベルト
３に載せる。コンベアーベルト３上のウェーハ２は図８
矢印方向に搬送され、搬送中にフィーダー４から石英粒
子やアルミナ粒子の噴流５を衝突させて、サンドブラス
ト処理が行なわれる。サンドブラスト処理後のウェーハ
２はアンローダー６にてコンベアーベルト３から降ろさ
れ、次の加工工程に移される。

【０００６】ところで、現状のウェーハは、半導体デバ
イス製造時の歩留まりを上げるために＜１００＞方位に
成長させた単結晶より切り出した、＜１００＞面を主面
とするウェーハが圧倒的な多数で用いられ、＜１１１＞
面を主面とするウェーハは極く僅かしか用いられていな
い。従って、サンドブラストに付されるウェーハもその
殆どが＜１００＞面を主面とするものである。

【０００７】ところが、このような事実にもかかわら
ず、サンドブラストの評価及び工程の管理には、＜１１
１＞面を主面とするウェーハがモニターとして用いられ
る。これは、＜１１１＞面を主面とするウェーハは、サ
ンドブラストの条件と、その評価のために行なわれる酸
化熱処理によるＯＳＦ密度測定値の再現性が良好である
ために、サンドブラスト工程におけるその条件付けを比
較的正確に行なえるからである。

【０００８】このことを図３により明らかにする。図３
は任意の輝度を有するウェーハを、図８に示すサンドブ
ラスト処理装置で処理した場合の説明図で、フィーダー
４からの石英粒子やアルミナ粒子の噴流５の噴出スピー
ドを一定にしておき、コンベアーベルト３の搬送速度を
変化させることにより、粒子の噴流５を衝突させる時間
を変えた場合における、サンドブラスト後のウェーハの
ＯＳＦ密度測定値とベルトスピードの逆数との関係を示
すものである。図３によれば、ベルトスピードの逆数
（サンドブラスト処理時間に相当する）とＯＳＦ密度測
定値とは直線的比例関係にあり、しかもこの関係は、ウ
ェーハ輝度の影響を殆ど受けていないことがわかる。換
言すれば、＜１１１＞面を主面とするウェーハの場合、
どのような輝度のウェーハであっても、一定のサンドブ
ラスト条件に対しては、一定のＯＳＦ密度が再現される
ということを示しており、この事実がサンドブラスト条
件を評価するためのモニターに採用される根拠になって
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前述のよ
うに、実際にサンドブラストされるウェーハは、＜１０
０＞面を主面とするものが圧倒的であるから、この型の
ウェーハをサンドブラスト処理する際のモニター用に、
＜１１１＞面を主面とするウェーハを使用するのは不自
然であり、可能であるなら＜１００＞主面と同一のウェ
ーハをモニターとして採用すべきであるとの着想がでる
のは至極当然のことである。また、生産量の少ない＜１
１１＞面を主面とするウェーハを、わざわざ調達しなけ
ればならない不便がある。しかし、＜１００＞面を主面
とするウェーハの場合、サンドブラスト後、酸化熱処理
をすることによってＯＳＦ密度を測定する場合、ＯＳＦ
密度の測定値は非常に不安定で再現性が悪く、サンドブ
ラストの条件を正しく設定することができないという問
題があった。

【００１０】本発明は上記の点を解決しようとするもの
で、その目的は、＜１００＞面を主面とするウェーハを
モニターとして使用するに際し、サンドブラストの条件
とその後の酸化熱処理により導入されたＯＳＦの密度
を、再現性良く、正確に評価することができる方法を提
供することにあり、更にはこれにより、＜１００＞面を
主面とするウェーハをサンドブラスト処理するに際し、
その条件設定を＜１００＞面を主面とするウェーハをモ
ニターに使用することによっても直接的に行なうことが
できる管理方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るシリコン単
結晶ウェーハにおけるサンドブラスト条件の評価方法
は、＜１００＞面を主面とするシリコン単結晶ウェーハ
の片側表面をサンドブラストした後、酸化熱処理を行な
い、前記ウェーハのサンドブラストされた片側表面上に
酸化誘起積層欠陥を導入し、その表面欠陥密度を測定す
ることによりサンドブラストの条件を評価する方法にお
いて、前記ウェーハ主面の輝度を予め特定した後、サン
ドブラストを行なうことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のサンドブラスト条件の管理
方法は、＜１００＞面を主面とするシリコン単結晶ウェ
ーハをサンドブラストするに際し、請求項１に記載の方
法により、前記ウェーハ主面の輝度と、酸化誘起積層欠
陥密度により評価されるサンドブラスト条件との関係を
予め測定し、それより得られる関係に基づいて、任意の
輝度を有する前記シリコン単結晶ウェーハに対し、その
輝度に対応しながらサンドブラストの条件を設定するこ
とを特徴とする。

【００１３】本発明のサンドブラスト条件の管理方法で
は、＜１００＞面を主面とするシリコン単結晶ウェーハ
において、その主面の輝度を特定したウェーハをモニタ
ーとして使用することを特徴とする。

【００１４】本発明が適用される＜１００＞面を主面と
するウェーハは、＜１００＞軸方向に成長させたシリコ
ン単結晶棒の引上軸を回転中心として円筒研磨した後、
同引上軸の垂直方向にスライスして円板を得、同円板エ
ッジ部の面取りと主表面をラッピングした後、残存する
加工歪を除去する目的でエッチング処理を行なった段階
のものを指し、通常ケミカルエッチウェーハ（ＣＷウェ
ーハ）と称されるものである。すなわち、本発明の適用
を受けるウェーハは、正確にはこのＣＷウェーハの略称
である。サンドブラスト処理はその後で行なわれ、更に
最終的な鏡面研磨を施されたものが、製品として出荷さ
れる鏡面ウェーハ（ＰＷウェーハ）である。

【００１５】また本発明でいうウェーハの輝度の測定
は、JIS Z 8741-1987 （鏡面光沢測定方法）を参考に
し、同規格で指定の鏡面光沢度計（グロスメーターＳ
Ｄ）を使用、同法に準じた方法により測定した。すなわ
ち対物位置に何も置かない状態の輝度を便宜上０％と仮
想し、鏡面ウェーハの輝度を１００％とする設定条件に
おいて、予め、ウェーハのエッチング量により相対的に
輝度が増加する傾向に対応して作製された、各種の標準
ウェーハを基準にして決定された検量線を使用した。こ
の現象を一般的に説明すれば、＜１００＞ウェーハにお
いて、ケミカルエッチする際のエッチング代（μｍ）を
２０、３０、４０、５０、６０とする時のウェーハの輝
度の値（％）は各々で大体１０〜３０、４０、６５、８
０、９０の値を示す。

【００１６】サンドブラストされたウェーハに対する、
その度合いを評価する方法は色々考えられるが、本発明
の場合はＥＧ効果との関連において、サンドブラスト後
のウェーハを熱酸化処理した際に発生するＯＳＦ密度を
測定する方法を採用した。すなわち、サンドブラスト処
理されたウェーハは、湿式酸化雰囲気中で１１００℃／
１時間の熱処理を行なった後冷却し、フッ酸処理で表面
酸化膜を除去した後、ジルトルエッチング液により単結
晶表面を約１μｍエッチングし、洗浄及び乾燥したウェ
ーハのサンドブラストされた表面を、光学顕微鏡（NIKO
N ＩＣ顕微鏡）で観察し、生成したＯＳＦを計測する。
ＯＳＦ計測は測定倍率を１０００倍とし、ウェーハの任
意半径方向を３等分した３点について、視野中に存在す
るＯＳＦをカウンターを利用して計数し、その密度を×
１０⁴ 個／ｃｍ² 換算することで統一した。

【００１７】前述の方法を用いることにより、本発明が
完成されるに至った過程については、実施例において、
詳しく説明する。

【００１８】

【作用】＜１００＞面を主面とするウェーハをサンドブ
ラストした後、熱酸化処理することにより導入されるＯ
ＳＦの密度は、サンドブラストに付すウェーハの輝度を
特定していれば、サンドブラスト強度に比例する。よっ
て、この比例関係を利用することによりサンドブラスト
条件を再現性よく評価することができる。よって＜１０
０＞面を主面とするウェーハのＯＳＦ密度が所定値にな
るようにサンドブラスト条件を制御することができる。

【００１９】

【実施例】次に、実施例を挙げて更に詳細に本発明を説
明する。 実施例１及び比較例１ 各種の輝度を有するウェーハに対するサンドブラスト条
件として、その強度に対するＯＳＦ発生の関係を、＜１
１１＞主面のウェーハ（比較例１）と＜１００＞主面の
ウェーハ（実施例１）について調べた。

【００２０】［試験の条件と方法］結晶方位で＜１１１
＞及び＜１００＞を主面とするＰ型（抵抗率１Ωｃｍの
普通抵抗品）単結晶より、輝度が各々３０％、６０％、
９０％であるようにエッチング処理されたウェーハ（Ｃ
Ｗウェーハ）を各３枚づつ調製した。この各ウェーハに
対して、＜１１１＞主面のＰ型ウェーハをモニターとす
るサンドブラスト強度（サンドブラスト後のＯＳＦ発生
量、個／ｃｍ² として評価）の設定条件として、３０
万、５０万、７０万の３水準での処理を行なった。

【００２１】［試験結果］サンドブラスト処理後の各３
枚のウェーハ３ケ所の観察点（計９点）について、ＯＳ
Ｆ密度の検査を行ない、その平均値であるＯＳＦ発生量
と、サンドブラスト強度及びウェーハ輝度との関係を図
１（比較例１）と図２（実施例１）で示した。

【００２２】図１及び図２より明らかなことは、＜１１
１＞主面ウェーハ及び＜１００＞主面ウェーハ共にサン
ドブラスト強度の強弱に対応し、ＯＳＦの発生が増減す
る点では同一の傾向が見られる。比較例１（図１）の場
合、同一のサンドブラスト強度の設定条件に対し、いず
れの場合もウェーハ輝度による影響は少なく、設定条件
に近い値を示している。一方、実施例１（図２）の場
合、ＯＳＦの発生はウェーハ輝度に対応し指数関数的な
増加を示している。この事実は＜１１１＞主面ウェーハ
の場合、ウェーハ輝度の影響は殆ど無く、従ってどのよ
うな輝度のＣＷウェーハを使用しても、サンドブラスト
強度の設定条件さえ一定なら、一定のＯＳＦを発生する
という再現性が得られるのに対し、＜１００＞主面ウェ
ーハの場合は、その輝度によるＯＳＦ発生値の変動が極
めて大きいため、その輝度を管理しない限り、ＯＳＦ発
生値の再現性が得られない。換言すればこの事実が、従
来より＜１００＞主面ウェーハをモニターに採用できな
かった理由である。しかし＜１００＞主面ウェーハで
も、図２のようにウェーハ輝度とサンドブラスト強度及
びＯＳＦ発生量の間には定量的な関係が存在することか
ら、予めその輝度さえ特定すればサンドブラスト用のモ
ニターとして使用できることを示すものである。なお、
データを省略したがＮ型ウェーハの場合も、Ｐ型ウェー
ハと同様の結果となることが確認されている。

【００２３】実施例２及び比較例２ 各種の輝度を有するウェーハに対するサンドブラスト条
件として、その量（サンドブラストする時間で規定）と
ＯＳＦ発生との関係を、＜１１１＞主面のウェーハ（比
較例２）と＜１００＞主面のウェーハ（実施例２）につ
いて調べた。 ［試験の条件と方法］結晶方位＜１１１＞及び＜１００
＞を主面とするＰ型単結晶（抵抗率１Ωｃｍの普通抵抗
品）より、輝度が各々３０％、６０％、９０％であるよ
うにエッチング処理されたウェーハ（ＣＷウェーハ）、
及び輝度１００％の鏡面ウェーハ（ＰＷウェーハ）を各
３枚づつ調製した。この各ウェーハを、＜１１１＞主面
でＰ型のモニター用ウェーハによるサンドブラスト強度
の設定条件として５０万個／ｃｍ² の一定とし、サンド
ブラスト量は、図８で模擬的に示されるサンドブラスト
装置におけるコンベアーベルトスピード（ｍ／ｍｉｎ）
で、１．８、１．２、０．８、０．６に設定してサンド
ブラスト処理を行ない、その逆数（ｍｉｎ／ｍ；処理時
間に相当）をサンドブラスト量とした。

【００２４】［試験結果］サンドブラスト後の各３枚の
ウェーハにつき３ケ所の観察点（計９点）のＯＳＦ密度
の検査を行ない、その平均値であるＯＳＦ発生量と、サ
ンドブラスト量（時間）及びウェーハ輝度との関係を図
３（比較例２）と図４（実施例２）に示した。図３及び
図４で共通するのは、サンドブラスト量（処理時間）の
増加とＯＳＦ発生量は明確な比例関係にあるが、この両
者における大きな相違は、比較例２（図３）の場合、ウ
ェーハ輝度の如何を問わずサンドブラスト時間とＯＳＦ
発生量は一定の関係を示しているのに対し、実施例２
（図４）では実施例１の場合と同様、各種輝度のウェー
ハについてサンドブラスト条件とＯＳＦ発生量の間に、
かなり顕著な差が存在することである。

【００２５】この場合、ウェーハ輝度が高くなるにつれ
ＯＳＦ発生量が高くなるのは実施例１と同様の傾向であ
るから、＜１００＞を主面とするウェーハの場合、その
輝度さえ特定して管理すれば、＜１１１＞主面ウェーハ
の場合と同様、モニターとしての採用が可能となり、従
って＜１００＞主面ウェーハのサンドブラスト条件を設
定する管理手段として利用することができる。

【００２６】すなわち＜１００＞主面のウェーハに対
し、任意のサンドブラスト装置と処理条件でサンドブラ
ストを行なう場合、予め図４のような管理図を作成して
おけば、ウェーハに対するサンドブラストの条件を自在
に決定することができる。

【００２７】実施例３，比較例３及び実施例４，比較例
４ ＜１１１＞主面のウェーハと＜１００＞主面のウェーハ
をサンドブラスト管理用モニターとして２０日間使用
し、双方のモニターの比較を行なった。

【００２８】［試験の条件と方法］実施例１及び実施例
２で使用したものと同じ導電型と抵抗率を有するウェー
ハについて、次の組合せでのモニター用ウェーハ比較試
験を行なった。 （比較例３） ＜１１１＞主面モニター用ウェーハ（輝
度５５％）２０枚 （実施例３） ＜１００＞主面モニター用ウェーハ（輝
度４０％）２０枚 （比較例４） ＜１１１＞主面モニター用ウェーハ（輝
度５５％）２０枚 （実施例４） ＜１００＞主面モニター用ウェーハ（輝
度６０％）２０枚 試験は毎朝、＜１１１＞及び＜１００＞モニター用ウェ
ーハの各１枚づつを、同時にサンドブラスト処理した
後、所定の方法によりＯＳＦ発生の検査を行なった。な
お、サンドブラスト条件として、その設定強度は＜１１
１＞モニター使用における５０万個／ｃｍ² に、またベ
ルトスピードは１．２ｍ／ｍｉｎの共通条件として行な
った。

【００２９】［試験結果］試験結果を図５（比較例３及
び実施例３）及び図６（比較例４及び実施例４）に示
す。比較例３、比較例４の＜１１１＞主面モニターウェ
ーハにおいては、前記５０万個／ｃｍ² に設定のサンド
ブラスト強度に対応した水準値（再現性）で推移してい
る。これに対し、実施例３の輝度４０％＜１００＞主面
ウェーハでは＜１１１＞の場合よりも低いレベルの値で
あるが、数値的には同じく安定した水準で推移し、再現
性のあることがわかる。同じ傾向は実施例４の輝度６０
％の＜１００＞主面ウェーハでも見られ、この場合は、
たまたま比較例４の＜１１１＞主面のウェーハと重なり
合った値になっている。このことは＜１００＞主面ウェ
ーハでも、その輝度をある値（本実施例では約６０％）
に設定すれば、＜１１１＞主面ウェーハと同等のモニタ
ーとしての機能を付与し得ることを意味している。

【００３０】実施例５ 比較例４で使用の＜１１１＞モニター用ウェーハ（輝度
５５％）と実施例４で使用の＜１００＞主面モニター用
ウェーハ（輝度６０％）について、サンドブラストの条
件を振りながらＯＳＦの発生の仕方を調べた。その結果
を図７に示す。前記実施例４の傾向を、別の角度から確
認したものであるが、両者の間に一定の相関のあること
がわかる。

【００３１】

【発明の効果】本発明のサンドブラスト条件の評価方法
によれば、ウェーハの＜１００＞面の輝度を特定するこ
とにより、サンドブラスト条件を再現性よく評価するこ
とができる。また、本発明のサンドブラスト条件の管理
方法によれば、＜１００＞面を主面とするシリコン単結
晶ウェーハのＯＳＦ密度が所定値になるようにサンドブ
ラスト条件を制御することができる。また、＜１００＞
面を主面とするシリコン単結晶ウェーハにおいて、その
主面の輝度を特定したウェーハをモニターとして使用す
ることにより、＜１００＞面以外の面を主面とする特別
なモニターを使用しなくても、サンドブラスト条件を管
理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】＜１１１＞Ｐ型ウェーハの輝度とＯＳＦ密度の
関係を示すグラフである。

【図２】＜１００＞Ｐ型ウェーハの輝度とＯＳＦ密度の
関係を示すグラフである。

【図３】＜１１１＞Ｐ型ウェーハのＯＳＦ密度とベルト
スピードの逆数（サンドブラスト量）及びウェーハ輝度
との関係を示すグラフである。

【図４】＜１００＞Ｐ型ウェーハのＯＳＦ密度とベルト
スピードの逆数（サンドブラスト量）及びウェーハ輝度
との関係を示すグラフである。

【図５】実施例３におけるＯＳＦ密度と輝度との関係を
示すグラフである。

【図６】実施例４におけるＯＳＦ密度の稼動日数による
変化を示すグラフである。

【図７】実施例４で使用の＜１１１＞モニター用ウェー
ハ（輝度５５％）と＜１００＞主面モニター用ウェーハ
（輝度６０％）についてサンドブラスト条件を振った場
合の互いのＯＳＦ密度の相関関係を示すグラフである。

【図８】サンドブラスト法を模擬的に示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ローダー ２ ウェーハ ３ コンベアーベルト ４ フィーダー ５ 噴流 ６ アンローダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 浩 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電 子工業株式会社内 (72)発明者 平原 幹男 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田 596の２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 鳥越 盛明 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田 596の２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 高松 直之 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社 白河工 場内 (56)参考文献 特開 平４−93177（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−148474（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24C 1/00 H01L 21/304 301

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＜１００＞面を主面とするシリコン単結
   晶ウェーハの片側表面をサンドブラストした後、酸化熱
   処理を行ない、前記ウェーハのサンドブラストされた片
   側表面上に酸化誘起積層欠陥を導入し、その表面欠陥密
   度を測定することによりサンドブラストの条件を評価す
   る方法において、前記ウェーハ主面の輝度を予め特定し
   た後、サンドブラストを行なうことを特徴とするシリコ
   ン単結晶ウェーハにおけるサンドブラスト条件の評価方
   法。
2. 【請求項２】 ＜１００＞面を主面とするシリコン単結
   晶ウェーハをサンドブラストするに際し、請求項１に記
   載の方法により、前記ウェーハ主面の輝度と、酸化誘起
   積層欠陥密度により評価されるサンドブラスト条件との
   関係を予め測定し、それより得られる関係に基づいて、
   任意の輝度を有する前記シリコン単結晶ウェーハに対
   し、その輝度に対応させながらサンドブラストの条件を
   設定することを特徴とする、シリコン単結晶ウェーハの
   酸化誘起積層欠陥密度を制御するためのサンドブラスト
   条件の管理方法。
3. 【請求項３】 ＜１００＞面を主面とするシリコン単結
   晶ウェーハにおいて、その主面の輝度を特定したウェー
   ハをモニターとして使用することを特徴とする請求項２
   に記載のシリコン単結晶ウェーハにおけるサンドブラス
   ト条件の管理方法。