JP4791694B2 - 半導体エピタキシャルウェーハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハなどの半導体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。

半導体デバイスは、図１（ａ）に示すように、シリコンウェーハ基板１１上にエピタキシャル成長層の薄膜１２を形成する工程を経て製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ１０を用意し、このウェーハ１０のエピタキシャル成長層２をデバイス層として、トランジスタを作り込むことで作製される。

従来のシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造する工程は、以下のとおりである。図１（ａ）は従来の工程の一部を示す。（１）、（２）、（３）、（４）の順で工程が進
行する。

（単結晶インゴットの成長工程）
チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等により単結晶シリコンのインゴットを成長させる。

（外形研削工程）
つぎに、成長した単結晶インゴットは外周形状がいびつであるために、インゴットの外周を円筒研削盤等によって研削して、単結晶インゴットの外周形状を整える。

（スライス工程）
つぎに、ワイヤソー等のスライス装置によって単結晶インゴットを厚さ５００〜１０００μｍ程度の円板状のウェーハ（シリコンウェーハ基板１１）に切り出す。

（面取り工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の外周部を図２に示すように面取り加工して面取り部１１ｃを形成する。

（ラッピング工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａおよび裏面１０ｂをラップ砥粒を用いて研削して表面および裏面を平坦化する。

（エッチング工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａおよび裏面１０ｂを酸エッチングすることで化学研磨処理を施し、前工程で形成された加工歪層（ダメージ層）を除去するとともに、表面および裏面の面の精度を高める。

（酸化膜形成工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂに、常圧ＣＶＤ法などにより酸化膜１３（ＳiＯ2）を蒸着し酸化膜層を形成する。この酸化膜１３は、後工程でエピタキシャル成長の段階で後述するオートドープを防止し、裏面１０ｂを保護するための保護膜として機能させるために設ける。

（エッジレリーフ工程）
酸化膜形成工程で裏面１０ｂに酸化膜１３を形成する際に、酸化膜１３が面取り部１０ｃ、表面１１ａに回り込むことがある。そこで、面取り部１０ｃ、表面１１ａに回り込んで形成された酸化膜１３が除去される。

このときのシリコンウェーハ基板１１の断面を概念的に図１（ａ）の（１）に示す。

つぎの粗研磨工程、仕上げ研磨工程では、片面研磨機が使用される。片面研磨機は、シリコンウェーハ基板１１の片面である裏面１０ｂが固定される研磨ヘッドと、表面に研磨クロスが貼着された定盤とから構成されている。シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂが研磨ヘッドのチャックに固定される。たとえばセラミック製のチャックに、真空吸着によって裏面１０ｂが固定される。そして、研磨ヘッドが押し下げられることによりシリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂが研磨クロスに押し付けられ、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａと研磨クロスとの間に研磨用のスラリが供給されつつ、シリコンウェーハ基板１１側の研磨ヘッドと研磨クロス側の定盤とが相対的に逆回転される。これによりシリコンウェーハ基板１１の表面１１ａが最終的に鏡面状に研磨される。

（粗研磨工程）
まずシリコンウェーハ基板１１の表面１１ａが、粗研磨用のステージで、粗研磨用のスラリを用いて粗研磨される。

（仕上げ研磨工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａが、仕上げ研磨用のステージで、仕上げ磨用のスラリを用いて仕上げ研磨される。

以上のようにして、図１（ａ）の（２）に示されるように、研磨ライン２０で示される研磨代分だけシリコンウェーハ基板１１の表面１１ａが、裏面１０ｂをチャックに固定した状態で研磨される（裏面基準による研磨）。

（エピタキシャル成長膜形成工程）
つぎに、エピタキシャル成長炉内にシリコンウェーハ基板１１が載置され、ランプ加熱等によりシリコンウェーハ基板１１が気相成長温度に適した成長温度まで高められるとともに、シリコンウェーハ基板１１の表面に沿って、エピタキシャル成長薄膜形成用の原料ガスが流される。これにより、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａに、同じシリコンのエピタキシャル成長層１２の薄膜が形成される。ここで気相成長中には、シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂからドーパント（ボロンＢ等）のドーパントの放出が生じ、オートドープガスとしてシリコンウェーハ基板１１の外方からエピタキシャル成長層１２の外周部に回り込みエピタキシャル成長層１２内に取り込まれるというオートドープ（オートドーピング）が生じる。ここで上記酸化膜形成工程で、シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂに酸化膜１３が形成されているため、このオートドープが防止され、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の品質の劣化が防止される。

図１（ａ）の（３）は、エピタキシャル成長膜形成工程直後のシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面を概念的に示す。

（マウンドクラッシュ工程）
エピタキシャル成長の段階で、図２で後述するように、種々の異常結晶等の異物がウェーハ１０で成長する。この異物はウェーハ１０に荷重をかけることで押しつぶされ除去される。

（洗浄工程）
最後に、シリコンエピタキシャルウェーハ１０が洗浄される。

ところで、半導体デバイスの中には、ＩＧＢＴなど、容量が大きく耐圧の高いものがある。このような大容量、高耐圧の半導体デバイスを製造するためには、エピタキシャル成長層１２の厚さを厚いものにしなければならない。たとえば６００Ｖの仕様で７０μｍ程度の厚さのエピタキシャル成長層が要求され、１２００Ｖの仕様で１２０μｍ程度の厚さのエピタキシャル成長層が要求される。

しかしながらエピタキシャル成長層２の厚さが厚くなればなるほど、ウェーハ１０の表面１０ａであるエピタキシャル成長面１０ａの平坦度は悪化する傾向にある。

ここでプレーナ構造のデバイスを製造する場合であれば、エピタキシャル成長面１０ａの平坦度はそれ程高いものは要求されないものの、近年のトレンチ微細化に伴い高平坦度が要求されている。たとえば平坦度の指標の一つにＳＢＩＲがあるが、シリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面１０ａの平坦度は、近年、たとえばＳＢＩＲ≦１．５μｍという高度のものが要求されている。

またウェーハ１０の外周部における平坦度が悪化するとチップの取得率が悪化し半導体デバイスの歩留まりに影響を与える。

またエピタキシャル成長層１２の厚さが厚くなるほど、エピタキシャル成長層１２の厚さ（以下、エピ厚という）が面内でばらつき易い傾向にある。特にエピタキシャル成長層１２の厚さが厚くなるほど面１０ａの中心部よりも外周部でエピ厚のバラツキが大きくなる傾向がみられる。

エピ厚の面内バラツキは、デバイス層の厚さの面内バラツキを意味することから、トレンチ微細化の傾向にある半導体デバイスの歩留まりに影響を与える。このため近年、エピ厚の面内バラツキΔｔの低減は、たとえばΔｔ≦４％という高度のものが要求されている。

またエピタキシャル成長の段階で、図２に示すように、各種異物が生成する。エピ厚が厚くなるほど、異常成長が生じやすい。すなわち、エピタキシャル成長面１０ａに、マウンド（隆起物）１４が生成する。またウェーハ１０の裏面１０ｂの酸化膜１３中に、ノジュール１５が生成する。また裏面１０ｂの酸化膜１３とエピタキシャル成長層１２との間に、ステップ１６（多結晶シリコンの段差）が生成する。また表面１０ａ側の面取り部１３ｃには、クラウン１７が生成する。またウェーハ１０の端面には、ナイフエッジ１８やノジュール１９が生成する。これら異物は、半導体デバイスを製造する際にウェーハ１０の割れやチャッキングのエラーやフォーカス異常を招くことなり、半導体デバイスの品質に悪影響を与えることから、完全に除去することが必要となる。

（従来技術１）
下記特許文献１には、エピタキシャル成長後に、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の外周部、特に面取り部１０ｃを研磨することで、図２に示される異物を除去するという発明が記載されている。
特開平３−２９５２３５号公報

図１（ａ）の（４）は、従来の製造工程で、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ１０の平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔを概念的に示している。図１（ａ）の（４）は、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚いシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造し、そのウェーハ１０を裏面１０ｂを固定して裏面１０ｂを基準にして測定した平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔを示している。

従来の製造工程で、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚いシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造すると、平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔは、上述した高度の要求を満たさないことが明らかになった。

また従来の製造工程では、マウンドクラッシュ工程を設けて、エピタキシャル成長の段階で生成される異物を除去するようにしているが、マウンド１４、ノジュール１５については除去できるものの、外周部特に面取り部１３ｃにおけるステップ１６、クラウン１７、ナイフエッジ１８、ノジュール１９については完全に除去できないことがある。またマウンドクラッシュ工程自体を省略して製造工程の短縮を図り製造コストを低減したいとの要請もある。

上述した従来技術１を適用して、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の外周部特に面取り部１０ｃの異物を研磨により除去することも考えられるが、エピタキシャル成長膜形成工程の後に、異物除去のためだけに、別途、研磨の工程を設けなくてはならないため、製造工程が多くなり製造コストが上昇する。

本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、エピタキシャル成長層の厚さが厚くなった場合であっても、平坦度、エピ厚の面内バラツキの低減を一定レベル以下にすることができ、しかもエピタキシャル成長の段階で生成される異物を、製造の工数、コストを増大させることなく完全に除去することを、解決課題とするものである。

第１発明は、
半導体ウェーハ基板の裏面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
酸化膜形成工程の後、裏面に酸化膜が形成された半導体ウェーハ基板の表面にエピタキシャル成長膜を形成して半導体エピタキシャルウェーハを生成するエピタキシャル成長膜形成工程と、
エピタキシャル成長膜形成工程の後、両面研磨機の研磨ヘッドの荷重を３０〜７０ｇ／ｃｍ^２に設定することにより、エピタキシャル成長層の厚さの面内バラツキを４％以下とすると共に、成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を調整して半導体エピタキシャルウェーハを両面研磨し、酸化膜を残して成長面を研磨する研磨工程と
を含む半導体エピタキシャルウェーハの製造方法である。

第２発明は、第１発明において、
半導体エピタキシャルウェーハの表面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数と、半導体エピタキシャルウェーハの裏面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数との比率を調整することで、エピタキシャル成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を所望する比率にすること
を特徴とする。

第３発明は、
エピタキシャル成長層をデバイス層としたトランジスタの製造に用いられる半導体エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
半導体ウェーハ基板の裏面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
酸化膜形成工程の後、裏面に酸化膜が形成された半導体ウェーハ基板の表面にエピタキシャル成長膜を形成して半導体エピタキシャルウェーハを生成するエピタキシャル成長膜形成工程と、
エピタキシャル成長膜形成工程の後、両面研磨機の研磨ヘッドの荷重を３０〜７０ｇ／ｃｍ ^２ に設定することにより、エピタキシャル成長層の厚さの面内バラツキを４％以下とすると共に、成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を調整して半導体エピタキシャルウェーハを両面研磨し、酸化膜を残して成長面を研磨する研磨工程と
を含む半導体エピタキシャルウェーハの製造方法である。

第４発明は、第３発明において、
半導体エピタキシャルウェーハの表面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数と、半導体エピタキシャルウェーハの裏面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数との比率を調整することで、エピタキシャル成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を所望する比率にすることを特徴とする。

第１及び３発明によれば、エピタキシャル成長膜形成工程の後に、エピタキシャル成長面を研磨するエピタキシャル成長面研磨工程を備えるようにしたため（図１（ｂ）、図１（ｃ））、研磨後のエピタキシャル成長面１０ａの少なくとも平坦度を従来（図１（ａ））よりも改善することができる。またエピタキシャル成長を行った後のエピタキシャル成長面研磨工程でエピタキシャル成長面１０ａを研磨しているため、その研磨の過程で同時にエピタキシャル成長の段階で生成される図２に示される異物を、除去することができる。このため異物を除去するためだけの工程を設けることが不要となり工数を減らし、製造コストを低減することができる。第１発明では、両面研磨機を使用する。

第１及び３発明では、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂが固定されていない状態で研磨される（図１（ｃ）の（２））。つまり裏面基準（図１（ａ）の（２））ではなく両面基準で研磨される。裏面１０ｂが固定されていない両面基準で研磨されるため、表面１０ａの面内の凹凸を裏面１０ｂの面内の凹凸で緩和することができ、研磨後のエピタキシャル成長面１０ａの平坦度のみならず厚さの面内バラツキを改善することができる。

第１及び３発明では、両面研磨機の研磨ヘッドが低荷重に設定され（３０〜７０ｇ/ｃｍ2）、この低荷重でシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂを押さえつけた状態で研磨される。これによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面１０ａの厚さの面内バラツキを一定レベル以下（たとえばΔｔ≦４％）にすることができる。なおエピタキシャル成長面１０ａの平坦度を一定レベル以下（たとえばＳＢＩＲ≦１．５μｍ）に研磨することもできる。

第２及び４発明では、エピタキシャル成長面１０ａの研磨取代と裏面１０ｂの酸化膜１３の研磨取代の比率が所定の値となるように研磨される。この場合、両面研磨機で、たとえば表面１０ａ側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数と、裏面１０ｂ側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数との比率を調整することで上記研磨取代の比率が設定される。表面１０ａ側の相対回転数が裏面１０ｂ側の相対回転数よりも大きくなるように調整することで、裏面１０ｂよりも表面１０ａの方が、より厚い研磨代で研磨される。第２発明によれば、裏面１０ｂの酸化膜１３を任意の研磨量だけ研磨して所望する膜厚にできるため、酸化膜形成工程における酸化膜１３の成膜量の柔軟性が向上するとともに、所望の厚さの酸化膜１３を保護膜として残すことができる。

以下、図面を参照して本発明に係る半導体エピタキシャルウェーハの製造方法について説明する。なお実施形態では、半導体エピタキシャルウェーハとして、シリコンエピタキシャルウェーハを想定する。

（実施例１）
実施例１のシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造する工程は、以下のとおりである。図１（ｃ）は実施例１の工程の一部を示す。（１）、（２）、（３）、（４）の順で
工程が進行する。

（単結晶インゴットの成長工程）
チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等により単結晶シリコンのインゴットを成長させる。

（外形研削工程）
つぎに、成長した単結晶インゴットは外周形状がいびつであるために、インゴットの外周を円筒研削盤等によって研削して、単結晶インゴットの外周形状を整える。

（スライス工程）
つぎに、ワイヤソー等のスライス装置によって単結晶インゴットを厚さ５００〜１０００μｍ程度の円板状のウェーハ（シリコンウェーハ基板１１）に切り出す。

（面取り工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の外周部を図２に示すように面取り加工して面取り部１１ｃを形成する。

（ラッピング工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａおよび裏面１０ｂをラップ砥粒を用いて研削して表面および裏面を平坦化する。

（エッチング工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａおよび裏面１０ｂを酸エッチングすることで化学研磨処理を施し、前工程で形成された加工歪層（ダメージ層）を除去するとともに、表面および裏面の面の精度を高める。

（酸化膜形成工程）
つぎに、シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂに、常圧ＣＶＤ法などにより酸化膜１３（ＳiＯ2）を蒸着し酸化膜層を形成する。この酸化膜１３は、後工程でエピタキシャル成長の段階で後述するオートドープを防止し、裏面１０ｂを保護するための保護膜として機能させるために設ける。

（エッジレリーフ工程）
酸化膜形成工程で裏面１０ｂに酸化膜１３を形成する際に、酸化膜１３が面取り部１０ｃ、表面１１ａに回り込むことがある。そこで、面取り部１０ｃ、表面１１ａに回り込んで形成された酸化膜１３が除去される。

（エピタキシャル成長膜形成工程）
エピタキシャル成長炉内にシリコンウェーハ基板１１が載置され、ランプ加熱等によりシリコンウェーハ基板１１が気相成長温度に適した成長温度まで高められるとともに、シリコンウェーハ基板１１の表面に沿って、エピタキシャル成長薄膜形成用の原料ガスが流される。これにより、シリコンウェーハ基板１１の表面１１ａに、同じシリコンのエピタキシャル成長層１２の薄膜が形成される。ここで気相成長中には、シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂからドーパント（ボロンＢ等）のドーパントの放出が生じ、オートドープガスとしてシリコンウェーハ基板１１の外方からエピタキシャル成長層１２の外周部に回り込みエピタキシャル成長層１２内に取り込まれるというオートドープ（オートドーピング）が生じる。ここで上記酸化膜形成工程で、シリコンウェーハ基板１１の裏面１０ｂに酸化膜１３が形成されているため、このオートドープが防止され、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の品質の劣化が防止される。

エピタキシャル成長膜形成工程直後のシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面を概念的に図１（ｃ）の（１）に示す。

つぎのエピタキシャル成長面研磨工程では、両面研磨機が使用される。両面研磨機は、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の端面を保持してエピタキシャル成長面である表面１０ａおよび裏面１０ｂを露出させた状態で収容するテンプレートと、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａ側、裏面１０ｂ側にそれぞれ設けられ、表面に研磨クロスが貼着された両研磨ヘッドとから構成されている。シリコンエピタキシャルウェーハ１０がテンプレートに収容される。そして、両研磨ヘッドが押し下げられることによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂにそれぞれ研磨クロスに押し付けられ、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａ、裏面１０ｂと研磨クロスとの間に研磨用のスラリが供給されつつ、シリコンエピタキシャルウェーハ１０側のテンプレートと研磨クロス側の研磨ヘッドとが相対的に逆回転される。これによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面である表面１０ａが所定の研磨代だけ研磨されて鏡面状態にされるとともに、裏面１０ｂの酸化膜１３が所定の研磨代だけ研磨される。

（エピタキシャル成長面研磨工程；粗研磨工程）
まずシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂが、粗研磨用のステージで、粗研磨用のスラリを用いて粗研磨される。

（エピタキシャル成長面研磨工程；仕上げ研磨工程）
つぎにシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂが、仕上げ研磨用のステージで、仕上げ磨用のスラリを用いて仕上げ研磨される。

図１（ｃ）の（２）は、シリコンエピタキシャルウェーハ１０が上記エピタキシャル成長面研磨工程で研磨される様子を示す。

両面研磨機で研磨が行われるためシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａのみならず裏面１０ｂについても、片面研磨機を使用した場合（図１（ａ）の（２）参照）と異なり、固定されていない状態で研磨される。つまり裏面基準ではなく両面基準で研磨される。裏面１０ｂが固定されていない両面基準で研磨されるため、表面１０ａの面内の凹凸を裏面１０ｂの面内の凹凸で緩和することができ、研磨後のエピタキシャル成長面１０ａの平坦度、厚さの面内バラツキを改善することができる。

シリコンエピタキシャルウェーハ１０は、エピタキシャル成長面１０ａの厚さの面内バラツキが上述した一定レベル以下（たとえばΔｔ≦４％）になるように、しかもエピタキシャル成長面１０ａの平坦度が上述した一定レベル以下（たとえばＳＢＩＲ≦１．５μｍ）になるように、研磨される。そのために両面研磨機の研磨ヘッドは低荷重に設定されて（３０〜７０ｇ/ｃｍ²）、この低荷重でシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａおよび裏面１０ｂを押さえつけた状態で研磨される。なお一般的には、両面研磨機では、高荷重（たとえば３８５ｇ/ｃｍ²）に設定してウェーハの両面を研磨する。なお、また従来の片面研磨機を使用する研磨方法では（図１（ａ）の（２））、研磨ヘッドの荷重を高荷重（たとえば１７５ｇ/ｃｍ²）に設定してウェーハの片面を研磨する。

またエピタキシャル成長面１０ａの研磨取代と裏面１０ｂの酸化膜１３の研磨取代の比率が所定の値となるように研磨される。そのためには表面１０ａ側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数と、裏面１０ｂ側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数との比率が調整される。表面１０ａ側の相対回転数が裏面１０ｂ側の相対回転数よりも大きくなるように調整することで、裏面１０ｂよりも表面１０ａの方が、より厚い研磨代で研磨される。ただし裏面１０ｂは、裏面保護のために、酸化膜１３を残す程度の研磨代に調整される。たとえば研磨前のエピタキシャル成長層１２の厚さが８０μｍで酸化膜１３の厚さが１．２μｍであり、研磨後にエピタキシャル成長層１２の厚さを７０μｍにし、酸化膜１３に１μｍにしたい場合には、表面１０ａ側の研磨代（１０μｍ）と、裏面１０ｂ側の研磨代（０．２μｍ）の比率に合わせて、表面１０ａ側の相対回転数と裏面１０ｂ側の相対回転数の比率が調整されて、研磨が行われる。ただし、従来の研磨方法（図１（ａ））と異なり、酸化膜１３についても研磨する必要があるため酸化膜１３は酸化膜形成工程で従来の膜厚よりも研磨代を考慮して１５００Å（１．５μｍ）以上成膜しておく必要がある。ここで酸化膜１３の研磨量は、両面研磨機における相対回転数の比率を調整することで自由に変更できるため、酸化膜形成工程において形成すべき酸化膜１３の成膜厚さは自由に設定できる柔軟性がある。

以上のようにして、図１（ｃ）の（２）に示されるように、研磨ライン２０で示される研磨代分だけシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１１ａが研磨され、研磨ライン２１で示される研磨代分だけシリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂが研磨される。

図１（ｃ）の（３）は、研磨加工終了後に、両面研磨機から取り外したシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面を概念的に示す。これを従来の片面研磨機を使用して研磨されたシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面（図１（ａ）の（３））と比較すると、エピタキシャル成長面１０ａの厚さの面内のバラツキが改善されているのがわかる。

本実施例では、エピタキシャル成長を行った後で表面１０ａおよび裏面１０ｂを研磨している。このためエピタキシャル成長の段階で生成される図２に示される異物をエピタキシャル成長面研磨工程で除去することができる。このため従来技術では必要であったマウンドクラッシュ工程は省略される。しかもシリコンエピタキシャルウェーハ１０の端面をテンプレートに保持しつつ両面を研磨するようにしたため、マウンド１４、ノジュール１５のみならず、外周部特に面取り部１３ｃにおけるステップ１６、クラウン１７、ナイフエッジ１８、ノジュール１９についても完全に除去することができる。

（洗浄工程）
つぎに、シリコンエピタキシャルウェーハ１０が洗浄される。

図１（ｃ）の（４）は、実施例１の製造工程で、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ１０の平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔを概念的に示している。図１（ｃ）の（４）は、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚い（たとえば７０μｍ）シリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造し、そのウェーハ１０を裏面１０ｂを固定して裏面１０ｂを基準にして測定した平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔを示している。

図３の表は複数枚の試料について測定した結果を、実施例１（図３中「本発明」）と図１（ａ）に示す従来の製造工程（図３中「従来」）とを比較して示す。平坦度ＳＢＩＲは１７．５ｍｍ角のセルで測定し、複数枚の試料の平均値（Ａｖe）と標準偏差（Ｓtd）で示す。エピ厚の面内バラツキΔｔについても、複数枚の試料の平均値（Ａｖe）と標準偏差（Ｓtd）で示す。図３から、実施例１の製造工程で、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚いシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造すると、平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔは、図１（ａ）の（４）に示される従来技術の場合の平坦度、エピ厚の面内バラツキよりも改善されており、上述した高度の要求（たとえばＳＢＩＲ≦１．５μｍ、Δｔ≦４％）をほぼ満たすことがわかった。

以上のように実施例１によれば、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚くなった場合であっても、平坦度、エピ厚の面内バラツキの低減を一定レベル以下にすることができる。しかもエピタキシャル成長の段階で生成される異物を、エピタキシャル成長後のエピタキシャル成長面研磨工程で同時に取り除くことができるため、異物除去のためだけの工程を設ける必要がなくなり、製造の工数、コストを低減させつつ異物の完全な除去が可能となる。

上述した実施例１では両面研磨機を使用してエピタキシャル成長面１０ａを研磨しているが、参考例として、片面研磨機を使用してエピタキシャル成長面１０ａを研磨する参考例１を以下に示す。

（参考例１）
参考例１のシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造する工程の一部を図１（ｂ）に示す。（１）、（２）、（３）、（４）の順で工程が進行する。

単結晶インゴットの成長工程、外形研削工程、スライス工程、面取り工程、ラッピング工程、エッチング工程、酸化膜形成工程、エッジレリーフ工程、エピタキシャル成長膜形成工程については実施例１と同様な処理であるので説明を省略する。

エピタキシャル成長膜形成工程直後のシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面を概念的に図１（ｂ）の（１）に示す。

つぎのエピタキシャル成長面研磨工程では、片面研磨機が使用される。片面研磨機は、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の片面である裏面１０ｂが固定される研磨ヘッドと、表面に研磨クロスが貼着された定盤とから構成されている。シリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂが研磨ヘッドのチャックに固定される。たとえばセラミック製のチャックに、真空吸着によって裏面１０ｂが固定される。そして、研磨ヘッドが押し下げられることによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂが研磨クロスに押し付けられ、シリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面である表面１０ａと研磨クロスとの間に研磨用のスラリが供給されつつ、シリコンエピタキシャルウェーハ１０側の研磨ヘッドと研磨クロス側の定盤とが相対的に逆回転される。これによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面である表面１０ａが最終的に鏡面状に研磨される。

（エピタキシャル成長面研磨工程；粗研磨工程）
まずシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａが、粗研磨用のステージで、粗研磨用のスラリを用いて粗研磨される。

（エピタキシャル成長面研磨工程；仕上げ研磨工程）
つぎに、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａが、仕上げ研磨用のステージで、仕上げ磨用のスラリを用いて仕上げ研磨される。

以上のようにして、図１（ｂ）の（２）に示されるように、研磨ライン２０で示される研磨代分だけシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａが、裏面１０ｂをチャックに固定した状態で研磨される（裏面基準による研磨）。

図１（ｂ）の（３）は、研磨加工終了後に、片面研磨機から取り外したシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面を概念的に示す。

本参考例では、エピタキシャル成長を行った後で表面１０ａを研磨している。このため実施例１と同様に、エピタキシャル成長の段階で生成される図２に示される異物をエピタキシャル成長面研磨工程で除去することができる。このため従来技術では必要であったマウンドクラッシュ工程は省略される。

（洗浄工程）
つぎに、シリコンエピタキシャルウェーハ１０が洗浄される。

図１（ｂ）の（４）は、参考例１の製造工程で、製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ１０の平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔを概念的に示している。図１（ｂ）の（４）は、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚い（たとえば７０μｍ）シリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造し、そのウェーハ１０を裏面１０ｂを固定して裏面１０ｂを基準にして測定した平坦度ＳＢＩＲ、エピ厚の面内バラツキΔｔを示している。

参考例１の製造工程で、エピタキシャル成長層１２の厚さが厚いシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造すると、平坦度ＳＢＩＲは、図１（ａ）の（４）に示される従来技術の場合の平坦度よりも改善され、上述した高度の要求（たとえばＳＢＩＲ≦１．５μｍ）を満たすことがわかった。

上述した参考例１では、裏面１０ｂを固定して裏面基準で研磨しているが、下記参考例２で説明するように、片面研磨機を使用しつつも裏面１０ｂを固定せずに両面基準で研磨してもよい。

（参考例２）
参考例２のシリコンエピタキシャルウェーハ１０を製造する工程のうち、単結晶インゴットの成長工程、外形研削工程、スライス工程、面取り工程、ラッピング工程、エッチング工程、酸化膜形成工程、エッジレリーフ工程、エピタキシャル成長膜形成工程については、上述した実施例１、参考例１と同様であるため説明を省略する。

エピタキシャル成長膜形成工程の直後には、つぎのエピタキシャル成長研磨工程が実施される。

エピタキシャル成長面研磨工程では、片面研磨機が使用される。ただし片面研磨機の研磨ヘッドは、シリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂを固定状態にしないで把持できるものが使用される。たとえばセラミックを材質とするチャックの表面にスエード状のパッドを貼着し、このパッドを水で濡らした状態にしてシリコンエピタキシャルウェーハ１０を吸着する研磨ヘッドが使用される。シリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂが研磨ヘッドのチャックに把持される。そして、研磨ヘッドが押し下げられることによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０の裏面１０ｂが研磨クロスに押し付けられ、シリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面である表面１０ａと研磨クロスとの間に研磨用のスラリが供給されつつ、シリコンエピタキシャルウェーハ１０側の研磨ヘッドと研磨クロス側の定盤とが相対的に逆回転される。これによりシリコンエピタキシャルウェーハ１０のエピタキシャル成長面である表面１０ａが、裏面１０ｂを固定状態にせずに両面基準で鏡面状に研磨される。

（エピタキシャル成長面研磨工程；粗研磨工程）
まずシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａが、粗研磨用のステージで、粗研磨用のスラリを用いて粗研磨される。

（エピタキシャル成長面研磨工程；仕上げ研磨工程）
つぎにシリコンエピタキシャルウェーハ１０の表面１０ａが、仕上げ研磨用のステージで、仕上げ磨用のスラリを用いて仕上げ研磨される。

本参考例では、エピタキシャル成長を行った後で表面１０ａを研磨している。このため実施例１、２と同様に、エピタキシャル成長の段階で生成される図２に示される異物をエピタキシャル成長面研磨工程で除去することができる。このため従来技術では必要であったマウンドクラッシュ工程は省略される。

（洗浄工程）
つぎに、シリコンエピタキシャルウェーハ１０が洗浄される。
上述した参考例２によれば、片面研磨機を使用しつつも裏面１０ｂを固定状態にしないで両面基準で表面１０ａを研磨するため、実施例１と同様に、表面１０ａの面内の凹凸を裏面１０ｂの面内の凹凸で緩和することができる（図１（ｃ）の（２）参照）。このため研磨後のエピタキシャル成長面１０ａの平坦度、厚さの面内バラツキを改善することができる。すなわち参考例２の製造工程で製造されたシリコンエピタキシャルウェーハ１０の断面は、実施例１の場合のウェーハ断面（図１（ｃ）の（４））と同様な断面となり、図１（ａ）の（４）に示される従来技術の場合の平坦度、エピ厚の面内バラツキよりも改善され、上述した高度の要求（たとえばＳＢＩＲ≦１．５μｍ、Δｔ≦４％）をほぼ満たすことができる。

本発明はシリコンウェーハ以外のＧａＡs（ガリウム砒素）などの半導体ウェーハを製造する場合にも適用することができる。

図１（ａ）は従来技術の製造工程の一部を示す図で、図１（ｂ）は参考例１の製造工程の一部を示す図で、図１（ｃ）は実施例１の製造工程の一部を示す図で、半導体ウェーハの断面を概念的に示した図である。 図２はシリコンエピタキシャルウェーハで生成される異物を説明する図である。 図３は本発明による効果を示した表である。

１０ シリコンエピタキシャルウェーハ
１１ シリコンウェーハ基板
１２ エピタキシャル成長層
１３ 酸化膜
１０ａ エピタキシャル成長面（表面）
１０ｂ 裏面

Claims (4)

1. 半導体ウェーハ基板の裏面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
   酸化膜形成工程の後、裏面に酸化膜が形成された半導体ウェーハ基板の表面にエピタキシャル成長膜を形成して半導体エピタキシャルウェーハを生成するエピタキシャル成長膜形成工程と、
   エピタキシャル成長膜形成工程の後、両面研磨機の研磨ヘッドの荷重を３０〜７０ｇ／ｃｍ^２に設定することにより、エピタキシャル成長層の厚さの面内バラツキを４％以下とすると共に、成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を調整して半導体エピタキシャルウェーハを両面研磨し、酸化膜を残して成長面を研磨する研磨工程と
   を含む半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
2. 半導体エピタキシャルウェーハの表面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数と、半導体エピタキシャルウェーハの裏面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数との比率を調整することで、エピタキシャル成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を所望する比率にすることを特徴とする請求項１記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
3. エピタキシャル成長層をデバイス層としたトランジスタの製造に用いられる半導体エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
   半導体ウェーハ基板の裏面に酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
   酸化膜形成工程の後、裏面に酸化膜が形成された半導体ウェーハ基板の表面にエピタキシャル成長膜を形成して半導体エピタキシャルウェーハを生成するエピタキシャル成長膜形成工程と、
   エピタキシャル成長膜形成工程の後、両面研磨機の研磨ヘッドの荷重を３０〜７０ｇ／ｃｍ ^２ に設定することにより、エピタキシャル成長層の厚さの面内バラツキを４％以下とすると共に、成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を調整して半導体エピタキシャルウェーハを両面研磨し、酸化膜を残して成長面を研磨する研磨工程と
   を含む半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。
4. 半導体エピタキシャルウェーハの表面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数と、半導体エピタキシャルウェーハの裏面側を研磨する研磨ヘッドとテンプレートとの相対回転数との比率を調整することで、エピタキシャル成長面の研磨取代と裏面の酸化膜の研磨取代との比率を所望する比率にすることを特徴とする請求項３記載の半導体エピタキシャルウェーハの製造方法。

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