JP3737021B2 - シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させたシリコンエピタキシャルウェーハは、通常、以下のような工程に従い製造されている。まず、ＦＺ（フローティングゾーン）法あるいはＣＺ（チョクラルスキー）法等により製造されたシリコン単結晶インゴットを、スライサーを用いてスライシングする。スライシング後のウェーハは、縁部に面取りが施された後、両面がラップ研磨され、さらにケミカルエッチング処理がなされる。ケミカルエッチング終了後のウェーハ（以下、ケミカルエッチウェーハという）は、さらにメカノケミカルポリッシングにより鏡面研磨（以下、鏡面研磨後のウェーハを鏡面ウェーハと称する）がなされた後、シリコン単結晶薄膜の気相成長工程に回される。
【０００３】
ところで、鏡面ウェーハにシリコン単結晶薄膜を気相成長する際に、シリコン単結晶薄膜の表面に突起状欠陥が形成されることがある。突起状欠陥は、成長するシリコン単結晶薄膜が厚い程、形成される頻度が高い。このような突起状欠陥は、フォトリソグラフィー時のマスクコンタクト不良を引き起こし、パターンを精密に焼き付けることをできなくする場合がある。また、突起状欠陥がマスクに接触し、マスクに傷を付けることもある。さらに、パターンを焼き付けることができても突起状欠陥が配線パターン部にある場合には、デバイスの配線不良等の問題を引き起こすことがある。
【０００４】
そのため、従来、手動又は突起取装置（例えば特開昭６１−１２８５３０号公報に開示されているもの）により、突起状欠陥をシリコンエピタキシャルウェーハから除去することが行われていた。しかし、これらの方法によっては、特に突起状欠陥がピラミッド状である場合、突起状欠陥を１０μｍ以下にすることは困難であった。また、突起状欠陥の除去時にシリコンの塵埃がシリコンエピタキシャルウェーハの表面に飛び散るという問題もある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は、シリコン単結晶薄膜を気相成長した後に、鏡面加工により突起状欠陥を除去することを検討した。シリコン単結晶薄膜を気相成長した後に鏡面加工する技術は、特開平３−２９５２３５号に開示されている。この技術を利用して、シリコン単結晶薄膜を気相成長した後に鏡面加工を施すと、突起状欠陥の高さを１０μｍ以下にすることができる。しかしながら、鏡面加工の際に突起物が折れてウェーハの表面に付着するとともに該ウェーハの表面を擦り、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようなキズ不良を発生させてしまうことがある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、キズ不良の発生を抑制しながら突起状欠陥の高さを低減することが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を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
典型的な突起状欠陥としては、柱状の突起物（図４（ａ））とピラミッド状の突起物（図４（ｂ））がある。柱状の突起物は、針状に細長いものであり、その回りにしばしばピットが形成されている。またピラミッド状の突起物は、ずんぐりした形状のものであり、積層欠陥の上に形成されることが多い。その形状から明らかなように、柱状の突起物は、ピラミッド状の突起物とは異なり、小さな圧力で容易に折ることができる。
【０００８】
そのため鏡面加工の際に、研磨布を貼着した回転テーブルに研磨ヘッドでウェーハを押し付けると、その際の圧力で柱状の突起物は折れてしまう。そして、柱状の突起物が折れたままの状態で研磨を続けると、前述したように、突起物が折れてウェーハの表面から脱落したシリコン粒がウェーハの表面を擦り、図３に示すようなキズ不良を発生させてしまうのである。
【０００９】
そこで、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させる気相成長工程と、研磨布と水のみを使う水研磨を行なう工程と、研磨剤を用いた研磨工程とをこの順に行なうことを特徴とする。
【００１０】
水研磨とは水のみを供給しながら行なう研磨のことであり、従来は、特開平１０−２７０３９２号公報に示されているように、鏡面研磨における仕上研磨に引き続いて行われるものである。この場合の水研磨は、最終洗浄への汚染持ち込みを少なくして最終洗浄における負荷を軽減するために従来鏡面研磨後に行なわれていたプレ洗浄を省き、鏡面研磨工程から最終洗浄工程に研磨済みのウェーハを直接渡せるように、研磨工程において、鏡面研磨とは別に汚染物質の低減を図る洗浄を兼ねた研磨としての役割を果たしていた。
【００１１】
しかしながら、本発明においては、その水研磨が、上記公報とは全く異なる目的により、鏡面研磨等の研磨剤を用いた研磨工程に先立って行なわれる点に特徴がある。すなわち、本発明において水研磨は、シリコンエピタキシャルウェーハに形成されている柱状突起物（図４（ａ））に圧力をかけてこれを折るとともに、研磨剤を用いた研磨の前に、その柱状突起物をシリコンエピタキシャルウェーハの表面から除去することにより、キズ発生要因を減少させることを目的としている。
【００１２】
従って、本発明において水研磨は、柱状の突起物に圧力をかけて折ることが重要であり、水研磨の研磨時間が長いと柱状の突起物が折れてウェーハの表面から脱落したシリコン粒がシリコンエピタキシャルウェーハの表面を擦り、キズ不良を発生させる可能性が高くなるので、研磨時間は短いほうが好ましい。また、ウェーハの回転に応じてキズの長さも長くなるので、回転テーブルに対するシリコンエピタキシャルウェーハの相対的な回転速度は小さい方が好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法について、詳細に説明する。図１は、本発明の工程の一例を概略的に示す流れ図であり、図２は、その主要工程を示す模式図である。まず、ＦＺ法あるいはＣＺ法等の公知の方法にてシリコン単結晶インゴットを製造する（工程ａ）。こうして得られる単結晶インゴットは、一定の抵抗率範囲のブロックに切断され、さらに外径研削が施される。外径研削後の各ブロックには、オリエンテーションフラットあるいはオリエンテーションノッチが形成される。このように仕上げられたブロックは、図２（ａ）に示すように、内周刃切断等のスライサーによりスライシングされる（工程ｂ）。スライシング後のシリコン単結晶ウェーハの両面外周縁には、ベベル加工により面取りが施される（工程ｃ）。
【００１４】
面取り終了後のシリコン単結晶ウェーハは、図２（ｂ）に示すように、遊離砥粒を用いて両面がラッピングされ、ラッピングウェーハとなる（工程ｄ）。次に、図２（ｃ）に示すように、そのラッピングウェーハを酸性エッチング液に浸漬することにより、エッチング代δが５０μｍ以上となるように両面をケミカルエッチング処理し（工程ｅ）、ケミカルエッチウェーハとする。ケミカルエッチング工程におけるエッチング代δは、エッチングによるウェーハ両面の中心１点における各厚さの減少量をδ１とδ２として、δ＝δ１＋δ２により定義する。ラッピング工程（工程ｄ）においては、砥粒がウェーハ表面に突き刺さるとピットが形成されることがあるが、ラッピング後にその砥粒を除去するためにアルカリ洗浄を行なうと、その直径や深さが増大して、局所的に深いピットに成長することがある。しかしながら、ケミカルエッチング処理によるエッチング代δを５０μｍ以上にすると、そのようなピットの深さを十分に低減することができる。
【００１５】
ケミカルエッチング工程（工程ｅ）の後は、ケミカルエッチウェーハ上にシリコン単結晶薄膜を気相成長することができる（工程ｈ）。また、気相成長工程ｈの前に、シリコン単結晶薄膜を気相成長する主表面側を支持しつつ裏面側に裏面加工歪層を形成する工程や、オートドーピング防止用の裏面被覆膜を形成する工程等の裏面処理工程（工程ｆ）を施すこともできる。この場合、この裏面処理工程の実施に伴い、ケミカルエッチウェーハの主表面上に損傷が形成されるので、該裏面処理工程の後に、水酸化テトラメチルアンモニウム（（ＣＨ_３）_４ＮＯＨ）等のアルカリ性エッチング液を用いて損傷による歪層をエッチング除去する（工程ｇ）。
【００１６】
なお、気相成長（工程ｈ）は、縦型、バレル型、枚葉型等、如何なるタイプの気相成長装置でも用いることができる。ただし、気相成長するシリコン単結晶薄膜の厚さは、後の研磨工程で研磨除去される量を勘案し、その分だけ厚く形成しておく必要がある。
【００１７】
本実施の形態において、気相成長工程（工程ｈ）は、工程を簡略化するためにケミカルエッチウェーハ上にシリコン単結晶薄膜を気相成長することにより行われる。しかし、鏡面研磨を施した鏡面ウェーハ上に気相成長する場合にも適用できることはいうまでもない。
【００１８】
次に、水研磨工程（工程ｉ）は、図２（ｄ）に示すように、従来知られた研磨装置を用いて実施可能である。すなわち、水研磨は、研磨布にて覆った回転テーブル上に、シリコン単結晶薄膜を形成した第一主表面側が下となるようにエピタキシャルウェーハを配置し、第二主表面側から研磨ヘッドにて押さえつけながら行なう。ただし、研磨は、研磨布とシリコンエピタキシャルウェーハの第一主表面との間に水のみを供給する形で行なわれる。すなわち、研磨剤を用いずに水のみを供給しながら研磨を行なうわけである。すると、シリコンエピタキシャルウェーハに形成されていた柱状の突起物（図４（ａ））は、回転テーブルに研磨ヘッドでシリコンエピタキシャルウェーハを押し付ける際の圧力で、図５（ａ）に示すように折れてしまう。また、ピラミッド状の突起物（図４（ｂ））の先端の一部も欠ける（図５（ｂ））。
【００１９】
なお、上記水研磨の際、研磨時間が長いと柱状の突起物が折れて形成されたシリコン粒がシリコンエピタキシャルウェーハの表面を擦り、キズ不良を発生させる可能性が高くなるので、水研磨時間は１分以内にすることが望ましい。また、ウェーハの回転に応じてキズの長さも長くなるので、回転テーブルのみを回転させ、研磨ヘッドを回転させないことが望ましい。
【００２０】
なお、研磨後のシリコンエピタキシャルウェーハを取り外し、水研磨が終了した後は、次のシリコンエピタキシャルウェーハの水研磨を行なう前に、該シリコンエピタキシャルウェーハから脱落したシリコン粒を研磨布から取り除くことが、キズ等の発生をより生じにくくする観点において望ましい。例えば、水研磨の次工程のメカノケミカルポリッシング（機械・化学複合研磨）工程（工程ｊ）は１０分程度必要なので、水研磨の時間を１分以下にすると、長い待ち時間がある。そこで、その待ち時間の間に、図２（ｅ）に示すように、水研磨工程（工程ｉ）に用いた回転テーブルを覆う研磨布の表面を、ブラシスクラバーを用いてブラッシングし、突起状欠陥が折れまたは欠けて研磨布に付着したシリコン粒を取り除き、次に水研磨するシリコンエピタキシャルウェーハの表面をシリコン粒が擦らないようにすることができる。
【００２１】
水研磨が終了すれば、メカノケミカルポリッシング工程（工程ｊ）によりシリコンエピタキシャルウェーハの第一主表面を研磨する。メカノケミカルポリッシング工程も、前記水研磨工程と同様、従来知られた研磨装置を用いて行なうことができ、例えば、図２（ｆ）に示すように、ＳｉＯ_２を主成分としたコロイダルシリカ等の砥粒とアルカリ液とを含有する研磨液を研磨布に供給しながら回転テーブルを回転させ、研磨を行なう。
【００２２】
なお、シリコン単結晶薄膜はシリコン単結晶基板の第二主表面側にも回り込んで成長するため、シリコン単結晶基板の第二主表面の周縁部には図７（ａ）に示すようなエッジクラウンが形成される。この第二主表面周縁部のエッジクラウンが第二主表面中央部よりも高く形成されると、ウェーハをワックス方式で研磨ヘッドに取り付ける場合、研磨ヘッド面と第二主表面中央部との間には隙間が形成される。この状態で研磨ヘッドによりウェーハを回転テーブルに押し付けて鏡面加工すると、シリコンエピタキシャルウェーハが図７（ｂ）に示すように撓んだ状態で研磨がなされるため、第一主表面の周縁部は、第二主表面のエッジクラウンに対応する部分において比較的多く削られてしまうので、図７（ｃ）に示すように、ウェーハの周縁部が薄くなってしまう不具合を生ずる。
【００２３】
そこで、メカノケミカルポリッシング工程（工程ｊ）は、ワックスを用いないワックスフリー方式を適用することが望ましい。ワックスフリー方式においては、図８（ａ）に示すように、柔軟弾性材料からなるパッキングパットを用いてシリコンエピタキシャルウェーハを研磨ヘッドに装着する。バッキングパッドは柔らかいため、シリコンエピタキシャルウェーハの周縁部に裏面エッジクラウンが形成されていたとしても、研磨ヘッドにより研磨布に押し付けた際には、図８（ｂ）に示すようにバッキングパッドを弾性変形させながらこれに食い込み、シリコンエピタキシャルウェーハに図７（ｂ）のような撓みが生じにくくなる。その結果、図８（ｃ）に示すように、裏面エッジクラウンに対応する部分が多く削られてしまうことがなくなる。なお、バッキングパッド（あるいは研磨布も）としては、発泡ウレタン等の発泡高分子材料（発泡ゴム）を用いることができる。
【００２４】
このように、水研磨の後にメカノケミカルポリッシング工程を行なうことにより、シリコン単結晶薄膜の厚さやフラットネス等の検査工程において行われるハンドリングの際にシリコンエピタキシャルウェーハの表面に付着するパーティクル、および、該ハンドリングの際あるいは水研磨の際に発生するキズを除去することができるので、シリコン単結晶薄膜の成長後に通常行われるウェーハの表面検査を省略することが可能になる。
【００２５】
なお、メカノケミカルポリッシング工程は、例えば、一次研磨、二次研磨、仕上研磨の順に行なうことができる。そして、このメカノケミカルポリッシング工程により、シリコンエピタキシャルウェーハの表面を２μｍ以上１０μｍ以下の範囲内で除去すると、パーティクルとキズとが除去されるとともに、図６に示すように、ピラミッド状突起物が残留する場合でも、その高さｈを１０μｍ以下の高さに低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法の一例を示す流れ図。
【図２】図１の主要工程を模式的に示す工程説明図。
【図３】シリコンエピタキシャルウェーハに形成されるキズの例を示す図。
【図４】シリコンエピタキシャルウェーハに形成される柱状突起物とピラミッド状突起物との形態例を示す模式図。
【図５】水研磨後の柱状突起物とピラミッド状突起物との形態例を示す模式図。
【図６】メカノケミカルポリッシング後の柱状突起物とピラミッド状突起物との形態例を示す模式図。
【図７】ワックスを用いた鏡面研磨の問題点を示す説明図。
【図８】ワックスフリー研磨により図７の問題点が解消される様子を示す説明図。

Claims (7)

1. シリコン単結晶基板上にシリコン単結晶薄膜を気相成長させる気相成長工程と、研磨布と水のみを使う水研磨を行なう工程と、研磨剤を用いた研磨工程とをこの順に行なうことを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 前記水研磨は、前記シリコン単結晶基板の第一主表面に前記シリコン単結晶薄膜を形成させたシリコンエピタキシャルウェーハを、研磨布にて覆った回転テーブル上に該第一主表面側が下となるように配置し、第二主表面側から研磨ヘッドにて押さえつけながら、その状態で前記研磨布と前記シリコンエピタキシャルウェーハの前記第一主表面との間に水のみを供給する形で行なわれるものであることを特徴とする請求項１記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
3. 前記水研磨を行なう際に、前記回転テーブルのみを回転させ、前記研磨ヘッドを回転させないことを特徴とする請求項２記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 前記水研磨が終了した後、研磨後のシリコンエピタキシャルウェーハを取り外し、該シリコンエピタキシャルウェーハから脱落したシリコン粒を前記研磨布から取り除いた後、次のシリコンエピタキシャルウェーハの水研磨を行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
5. 前記研磨剤を用いた研磨工程は、ワックスフリー方式で行われることを特徴とする請求項１記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。
6. 前記シリコン単結晶基板は、ケミカルエッチウェーハであることを特徴とする請求項１又は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。
7. 前記研磨剤を用いた研磨工程は、前記ケミカルエッチウェーハ上へシリコン単結晶薄膜を形成した後に行なわれるメカノケミカルポリッシング工程であることを特徴とする請求項６記載のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。

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