JP5250968B2 - エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法並びにエピタキシャル成長用シリコンウェーハ。 - Google Patents
エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法並びにエピタキシャル成長用シリコンウェーハ。 Download PDFInfo
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Description
本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法、並びにエピタキシャルシリコンウェーハを得るためのエピタキシャル成長用シリコンウェーハに関するものである。
従来、半導体デバイスであるパワーＭＯＳＦＥＴ(metal oxide semiconductor field effect transister)、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transister)等の高耐圧素子を製造するには、シリコン単結晶からなるエピタキシャル成長処理用シリコンウェーハの表面に比較的厚いエピタキシャル層を形成した、いわゆるエピタキシャルシリコンウェーハが用いられている。エピタキシャル成長処理用シリコンウェーハは、内周刃スライサー装置やワイヤーソー装置等を用いて、ＣＺ法又はＦＺ法で引上げられたシリコン単結晶からなるインゴットを薄円板状に切断することにより得ている。
一方、シリコン単結晶からなるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ上にエピタキシャル層を成長させたエピタキシャルシリコンウェーハでは、エピタキシャル成長用シリコンウェーハにおける抵抗値とエピタキシャル層における抵抗値とが異なると、反りが発生することが知られている。これは、エピタキシャル層と基板であるエピタキシャル成長用シリコンウェーハとの格子定数のミスフィット(misfit)による弾性変形が生じるためである。そして、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の半導体デバイスは、エピタキシャルシリコンウェーハを使用して製造されるけれども、近年これらデバイスに対する高耐圧化、量産化のニーズは大きく、これに対応するためエピタキシャル層をより厚く、エピタキシャルシリコンウェーハの口径を大きくする傾向にある。これにともないエピタキシャルシリコンウェーハの反りは増大する傾向にあり、通常この反りが大きくなると、デバイス製造工程におけるマスク合わせや、真空チャックによる保持等が困難となる不具合がある。
この点を解消するために、エピタキシャル成長用シリコンウェーハの反り形状の凹凸を識別し、その表面にエピタキシャル層を形成することにより生じる反りを予測して、表面が凹んだエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この製造方法では、エピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面の反りを予め識別して、その反りの方向をエピタキシャル成長で生じる反り変化の方向と逆向きの方向に揃え、これにより、エピタキシャル成長での反りの変化を打ち消し、エピタキシャルシリコンウェーハの反りの絶対値を低減することができる。
そして、互いに所定間隔をおいて配置された複数本のメインローラ間にワイヤーを巻回させたワイヤーソー装置を用い、所望の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハを得るインゴットの切断方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。ワイヤーソー装置を用いたインゴットの切断方法は、メインローラを回転させることによりワイヤーをその走行方向と直交する方向に移動させてインゴットに押し付けてそのインゴットを切断する方法である。そして、この切断方法では、インゴットを切断している間にそれぞれのメインローラを軸方向に変位させている。すると、インゴットを切断しているワイヤーはメインローラとともにインゴットの軸方向に移動することにより切断後に得られたエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面はそのワイヤーの移動量に応じた所望の反りが形成される。
特開平６−１１２１２０号公報（特許請求の範囲）
特開平８−３２３７４１号公報（特許請求の範囲、段落番号［００２７］）
しかし、内周刃スライサー装置やワイヤーソー装置等を用いて、シリコン単結晶からなるインゴットを薄円板状に切断することにより得られたエピタキシャル成長用シリコンウェーハは、内周刃の回転方向やワイヤーの走行方向における反りの量が比較的小さいのにも拘わらず、インゴットを切断するための内周刃の移動方向やワイヤーの走行方向に直交する移動方向における反りの量が比較的大きくなる不具合があった。そして、この反りの量の不均一な程度は、インゴットを切断している間にメインローラを軸方向に変位させて、インゴットを切断しているワイヤーをインゴットの軸方向に移動させるような制御を行うと、更に拡大して、凹状の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハを得ることは更に困難になる問題点があった。そしてこのような不均一の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成しても、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハを得ることは困難になるという未だ解決すべき課題が残存していた。
本発明の目的は、平坦度の高いエピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法、並びにそのようなウェーハを得ることのできるエピタキシャル成長用シリコンウェーハを提供することにある。
本発明の目的は、平坦度の高いエピタキシャルシリコンウェーハ及びその製造方法、並びにそのようなウェーハを得ることのできるエピタキシャル成長用シリコンウェーハを提供することにある。
請求項１に係る発明は、図１に示すように、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたことを特徴とするエピタキシャル成長用シリコンウェーハである。
この請求項１に記載されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を用いてエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ると、このエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に与えられた研削・研磨加工による強制的な反りにより、エピタキシャルシリコンウェーハ２１が得られた段階でそのウェーハ２１に新たに生じる反りが打ち消され、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を確実に得ることができる。
この請求項１に記載されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を用いてエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ると、このエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に与えられた研削・研磨加工による強制的な反りにより、エピタキシャルシリコンウェーハ２１が得られた段階でそのウェーハ２１に新たに生じる反りが打ち消され、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を確実に得ることができる。
請求項２に係る発明は、図２に示すように、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層が形成されたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハである。
この請求項２に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハ２１は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に与えられた研削・研磨加工による強制的な反りによりその後新たに生じる反りが打ち消され、平坦なものとなる。
この請求項２に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハ２１は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に与えられた研削・研磨加工による強制的な反りによりその後新たに生じる反りが打ち消され、平坦なものとなる。
請求項３に係る発明は、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
この請求項３に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、所望とする任意の凹状のシリコンウェーハを高精度に製造することができ、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ることができる。
この請求項３に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、所望とする任意の凹状のシリコンウェーハを高精度に製造することができ、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ることができる。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、エピタキシャル層を形成する以前のエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面を鏡面研磨することを特徴とする。
この請求項４に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、ウェーハ表面がより平坦化されることにより、エピタキシャル成長処理時に研削加工起因の欠陥発生を抑制することができ、高品位なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ることができる。
この請求項４に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、ウェーハ表面がより平坦化されることにより、エピタキシャル成長処理時に研削加工起因の欠陥発生を抑制することができ、高品位なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ることができる。
請求項５に係る発明は、薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハを作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の中央を突出させた状態とし、一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得た後、このシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
この請求項５に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長処理時に発生するウェーハの反りを相殺するのに必要な所望とする凹状の反りが付与されたシリコンウェーハを高精度に製造することができ、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を確実に得ることができる。
この請求項５に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長処理時に発生するウェーハの反りを相殺するのに必要な所望とする凹状の反りが付与されたシリコンウェーハを高精度に製造することができ、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を確実に得ることができる。
請求項６に係る発明は、薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを減少させた凹状のウェーハを作製した後、凹状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の周辺部を突出させた状態とし、一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得た後、このシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
この請求項６に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長処理時に発生する反りを相殺するのに必要な所望とする凹状の反りが付与されたシリコンウェーハを高精度に製造することができ、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を確実に得ることができる。
この請求項６に記載されたエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法によれば、エピタキシャル成長処理時に発生する反りを相殺するのに必要な所望とする凹状の反りが付与されたシリコンウェーハを高精度に製造することができ、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を確実に得ることができる。
本発明のエピタキシャル成長用シリコンウェーハは、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて中央部が凹んだお椀状の反りが付与されている。このため、このエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成してエピタキシャルシリコンウェーハを得ることにより、エピタキシャル成長用シリコンウェーハに与えられた反りにより、エピタキシャル層を形成することに起因して生じる反りが打ち消され、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本発明は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面にエピタキシャル層１１を形成することにより得られるエピタキシャルシリコンウェーハ２１、及びそのようなエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得るために用いられるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に関するものである。このエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は、比抵抗が０．１Ωｃｍ〜０．００１ΩｃｍとなるようにボロンをドープしてＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶インゴットを、内周刃スライサー装置やワイヤーソー装置等を用いて、切断することにより得られる薄円板状のシリコンウェーハ１３（図３）を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより作製される。
図２に示すように、本発明は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面にエピタキシャル層１１を形成することにより得られるエピタキシャルシリコンウェーハ２１、及びそのようなエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得るために用いられるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に関するものである。このエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は、比抵抗が０．１Ωｃｍ〜０．００１ΩｃｍとなるようにボロンをドープしてＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶インゴットを、内周刃スライサー装置やワイヤーソー装置等を用いて、切断することにより得られる薄円板状のシリコンウェーハ１３（図３）を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより作製される。
図１に詳しく示すように、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は、薄円板状のウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより強制的に中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたものであり、その比抵抗は０．００５〜０．０１Ωｃｍの範囲内のものである。そして、その反りの量は、いわゆるバウ（Ｂｏｗ）値であれば−５μｍ以上−６０μｍ以下であることが好ましい。即ち、凹形状の面を表面側（上側）として、吸着固定しないエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の裏面における３点基準面又はベストフィット基準面から、ウェーハ１２の中心部分における厚さ方向の中心点までの変位量（距離Ａ）が−５μｍ以上−６０μｍ以下になるような凹状の反りが形成される。
エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に凹状の反りを形成するのは、このシリコンウェーハ１２の表面にエピタキシャル層１１を形成してエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得た場合に、エピタキシャル層１１を形成することに起因してそのエピタキシャルシリコンウェーハ２１に生じる反りを打ち消すように予め強制的に反りを与えておくものである。
一方、平坦度の高いエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得るためには、このエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の厚さの均一性も重要になる。このため、本発明のエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は、その厚さが均一であることが要求され、具体的な厚さのばらつきは最も厚い部分と最も薄い部分の差が最も厚い部分の１．０％の範囲内に入ることが好ましく、更に好ましくは０．５％の範囲内に入ることが好ましい。最も厚い部分と最も薄い部分の差が最も厚い部分の１．０％を越えるようなものであると、そのエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の反りは面内の一部が不均一であったり、幾何学的な円推状の反りを生じさせるものではなく、得られたエピタキシャルシリコンウェーハ２１における平坦度を十分に上昇させることができないからである。
図３に示すように、上述した中央部が凹んだお椀状の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を得るには、薄円板状のシリコンウェーハ１３を研削装置３１等により研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより行われる。図４〜図７に、このエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を得るために用いられる研削装置３１を例示する。この研削装置３１は、平坦な上面に載せられた薄円板状のシリコンウェーハ１３を吸引してそのシリコンウェーハ１３の下面を強制的に平坦にした状態で保持する平板状の保持テーブル３２と、このテーブル３２にて保持されたシリコンウェーハ１３の上面を研削する複数の四角柱状の砥石３３と、これらの砥石３３を回転軸３４を中心として同一円周上に位置するように保持する砥石ホルダ３６と、砥石ホルダ３６を回転軸３４を介して回転させる回転用モータ３７（図６及び図７）と、この回転用モータ３７を昇降可能に保持する図示しないスライド手段とを備える。ここで、砥石３３としては、粒度♯１５００（平均粒径７．５μｍ）〜♯１００００（平均粒径０．５μｍ）の砥粒をレジンボンドまたはビトリファイドボンドで結合したものを使用した。この砥石３３は薄円板状のシリコンウェーハ１３の研削面のダメージを２μｍ以下に抑制するダメージ低減手段として機能するものである。
図６及び図７に示すように、保持テーブル３２は多孔性のセラミックからなる円板であって、この保持テーブル３２は支持台３８に埋設される。支持台３８は固定台３９の上方に一つの固定軸４１と２つの昇降軸４２，４２により支持され、図７に示すように、２つの昇降軸４２，４２により支持台３８の支持点を上下動させることにより支持台３８を傾けて、その支持台３８に埋設された保持テーブル３２の水平な上面を所望の角度に傾けることができるように構成される。そして、支持台３８には、保持テーブル３２を回転させる図示しない回転手段が設けられ、保持テーブル３２はその上面が傾けられた状態でその傾いた上面の角度を変化させることなく回転可能に構成される。ここで、保持テーブル３２を傾ける場合について説明したが、砥石３３の回転軸３４を傾けるように構成してもよい。
このように構成された研削装置３１を用いて、薄円板状のシリコンウェーハ１３を研削及び研磨して、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を製造する方法を図３に示す。図３では、薄円板状のシリコンウェーハ１３の一方の主面である表面を吸着保持して他方の主面である裏面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハを作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により一方の主面側の中央を突出させた状態とし、この一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得る方法である。それらを以下に具体的に説明する。
＜裏面研削工程＞
先ず薄円板状のシリコンウェーハ１３を準備する。このシリコンウェーハ１３は、比抵抗が０．１Ωｃｍ〜０．００１ΩｃｍとなるようにボロンをドープしてＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶棒インゴットを、内周刃スライサー装置やワイヤーソー装置等を用いて切断することにより作製することができる。図３（ａ）の破線で示すように、その薄円板状のシリコンウェーハ１３の表面を平板状の保持テーブル３２に載せ、シリコンウェーハ１３の裏面を上面とさせた状態でそのシリコンウェーハ１３を保持テーブル３２に吸着させる。その後、保持テーブル３２が埋設された支持台３８をその保持テーブル３２とともに傾ける。支持台３８を傾けるには、その支持台３８を支持する２つの昇降軸４２，４２によりその支持台３８の支持点を上下動させることにより行い、図７に示すように、その支持台３８に埋設された保持テーブルの水平な上面を所望の角度に傾ける。その状態で保持テーブル３２をシリコンウェーハ１３とともに図５の実線矢印の方向に回転させ、砥石ホルダ３６を回転用モータ３７にて図５の破線矢印の方向に回転させる。次いで砥石ホルダ３６を下降させ、砥石３３をシリコンウェーハ１３の裏面に接触させて、砥石３３でそのシリコンウェーハ１３を裏面側から研削する。そして、保持テーブル３２を傾けたことから、研削された裏面は図３（ａ）の実線で示すように山形になり、そのシリコンウェーハ１３は中央が厚肉になるように裏面の中央が突出した中間ウェーハ１４になる。なお、中央部の先端が尖ったような円錐形状の凹面が形成された中間ウェーハ１４では、エピタキシャル成長後の表面平坦度評価においてウェーハ中央部においてナノトポグラフィーが悪化する傾向があるため、凹面全体が緩やかな曲面をもつような凹形状となるように研削することが望ましい。
先ず薄円板状のシリコンウェーハ１３を準備する。このシリコンウェーハ１３は、比抵抗が０．１Ωｃｍ〜０．００１ΩｃｍとなるようにボロンをドープしてＣＺ法又はＦＺ法で引上げたシリコン単結晶棒インゴットを、内周刃スライサー装置やワイヤーソー装置等を用いて切断することにより作製することができる。図３（ａ）の破線で示すように、その薄円板状のシリコンウェーハ１３の表面を平板状の保持テーブル３２に載せ、シリコンウェーハ１３の裏面を上面とさせた状態でそのシリコンウェーハ１３を保持テーブル３２に吸着させる。その後、保持テーブル３２が埋設された支持台３８をその保持テーブル３２とともに傾ける。支持台３８を傾けるには、その支持台３８を支持する２つの昇降軸４２，４２によりその支持台３８の支持点を上下動させることにより行い、図７に示すように、その支持台３８に埋設された保持テーブルの水平な上面を所望の角度に傾ける。その状態で保持テーブル３２をシリコンウェーハ１３とともに図５の実線矢印の方向に回転させ、砥石ホルダ３６を回転用モータ３７にて図５の破線矢印の方向に回転させる。次いで砥石ホルダ３６を下降させ、砥石３３をシリコンウェーハ１３の裏面に接触させて、砥石３３でそのシリコンウェーハ１３を裏面側から研削する。そして、保持テーブル３２を傾けたことから、研削された裏面は図３（ａ）の実線で示すように山形になり、そのシリコンウェーハ１３は中央が厚肉になるように裏面の中央が突出した中間ウェーハ１４になる。なお、中央部の先端が尖ったような円錐形状の凹面が形成された中間ウェーハ１４では、エピタキシャル成長後の表面平坦度評価においてウェーハ中央部においてナノトポグラフィーが悪化する傾向があるため、凹面全体が緩やかな曲面をもつような凹形状となるように研削することが望ましい。
＜表面研削工程＞
次に表面側からそのシリコンウェーハ１３を研削する。そのため先ず裏面の中央が突出するように研削された中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離す。そして、図３（ｂ）の実線で示すように中央が突出した裏面を保持テーブル３２に載せ、破線矢印で示すようにその裏面を吸着して中間ウェーハ１４を保持テーブル３２の平坦な上面に保持させる。すると図３（ｂ）の破線で示すように、保持テーブル３２の上面は平坦であるので中間ウェーハ１４の裏面は保持テーブルに吸着された状態で弾性変形して平坦となり、逆に中間ウェーハ１４の表面の中央は上方に突出することになる。そして、中間ウェーハ１４の裏面を保持テーブル３２に吸着保持させる以前に又はその後、支持台３８を支持する２つの昇降軸４２，４２によりその支持台３８の支持点を上下動させることにより図６に示すように支持台３８を水平に戻し、その支持台３８に埋設された保持テーブル３２の上面を水平に戻す。
次に表面側からそのシリコンウェーハ１３を研削する。そのため先ず裏面の中央が突出するように研削された中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離す。そして、図３（ｂ）の実線で示すように中央が突出した裏面を保持テーブル３２に載せ、破線矢印で示すようにその裏面を吸着して中間ウェーハ１４を保持テーブル３２の平坦な上面に保持させる。すると図３（ｂ）の破線で示すように、保持テーブル３２の上面は平坦であるので中間ウェーハ１４の裏面は保持テーブルに吸着された状態で弾性変形して平坦となり、逆に中間ウェーハ１４の表面の中央は上方に突出することになる。そして、中間ウェーハ１４の裏面を保持テーブル３２に吸着保持させる以前に又はその後、支持台３８を支持する２つの昇降軸４２，４２によりその支持台３８の支持点を上下動させることにより図６に示すように支持台３８を水平に戻し、その支持台３８に埋設された保持テーブル３２の上面を水平に戻す。
次に保持テーブル３２を中間ウェーハ１４とともに回転させ、それとともに砥石ホルダ３６を回転用モータ３７にて回転させる。次いで砥石ホルダ３６を図３（ｃ）の実線矢印の方向に下降させ、砥石３３を中間ウェーハ１４の表面に接触させて、砥石３３でその中間ウェーハ１４を表面側から研削する。そして、保持テーブル３２が水平に戻されていることから、研削された表面は保持テーブル３２と平行になり中間ウェーハ１４は破線で示すように均一な厚さになる。このように均一な厚さにされた中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離すと図３（ｄ）に示すようにそのウェーハ１４は弾性により矢印で示すように復元し、表面の中央が凹むお椀状であってかつ均一厚さを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２が得られる。ここで、表面の中央部が凹んだお椀状の支持基板用シリコンウェーハ１２とは、凹面全体が緩やかな曲面をもつような凹形状となるように研削されたものや、周方向において若干波打ったような凹形状を含むものである。
このようなエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の製造方法では、中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を得ることができる。
このようなエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の製造方法では、中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を得ることができる。
なお、本発明の実施の形態として、表面研削工程及び裏面研削工程において、シリコンウェーハ１３の中央が厚肉になるように裏面の中央が突出した凸状の中間ウェーハ１４を作製する場合の表面研削工程、及びこの中間ウェーハ１４を使用した時の凹状のエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を作製する場合の裏面研削工程についてその手順を説明したが、初めにシリコンウェーハ１３の中央が薄肉になるように裏面の中央が凹んだ凹状の中間ウェーハ１４を作製して厚み均一な凸状のエピタキシャル成長用シリコンウェーハを製造した場合であっても、このウェーハを反転させれば同様の凹状のエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２として使用できものである。また、これとは反対に、凹状のウェーハを作製してこれを反転させれば凸状のウェーハとしても使用することができる。要するに、エピタキシャル成長処理によってエピタキシャルウェーハが反る方向とは逆の方向に反りを付与したウェーハを表面側となるように使用すればよい。
また、各研削工程において、研削装置３１を用いてウェーハを加工する場合について説明したが、研削装置３１に変えて公知の鏡面研磨装置を用いても同様な中央部が凹んだお椀状の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハを得ることができるし、研削装置と鏡面研磨装置の併用も可能である。この場合、エピタキシャル成長処理前の鏡面研磨工程を省略することができる。
次に、上述したエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を用いたエピタキシャルシリコンウェーハ２１の製造方法を図２を用いて詳しく説明する。
図２（ａ）に示すように、先ず薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を準備する。エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は上述した製造手順により得ることができる。なお図２では理解を容易にするために、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は実際の反りより大きく反らせて描いてある。
図２（ａ）に示すように、先ず薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を準備する。エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は上述した製造手順により得ることができる。なお図２では理解を容易にするために、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２は実際の反りより大きく反らせて描いてある。
次いで図２（ｂ）に示すように、その凹状のエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面（図２（ｂ）では上面）にエピタキシャル層１１を形成してエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得る。エピタキシャル層１１の形成は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面に原料ガスをキャリアガスとともに供給しながら、気相成長法により４００〜１２００℃の温度範囲でエピタキシャル層１１を成長させることにより行うことができる。そして、エピタキシャル層１１を形成する以前のエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面を鏡面研磨することが好ましい。ここで、原料ガスとしてはＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＨ4又はＳｉＣｌ4等が挙げられ、キャリアガスとしてはＨ2を主に用いることができる。
エピタキシャル層１１の成膜のために供給する原料ガスとして、半導体ソースガスとハロゲン化物ガスとの混合ガスを用いることもできる。ここで、半導体ソースガスとしては、モノシラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4）等が挙げられる。特に、半導体ソースガスとして、ジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3）、四塩化シリコン（ＳｉＣｌ4）のいずれかを用いることが好ましい。ハロゲン化物ガスとしては塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ2）、フッ素（Ｆ2）、三フッ化塩素（ＣｌＦ3）、フッ化水素（ＨＦ）、臭化水素（ＨＢｒ）のいずれかを用いることが好ましく、特に塩化水素（ＨＣｌ）を用いることが好ましい。
このように、薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面にエピタキシャル層１１を形成することによりエピタキシャルシリコンウェーハ２１が得られる。
このようにして得られたエピタキシャルシリコンウェーハ２１は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に与えられた反りにより、エピタキシャル層１１を形成することに起因して生じる反りが打ち消され、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ることができる。このためこのエピタキシャルシリコンウェーハ２１では、デバイス製造工程におけるマスク合わせや、真空チャックによる保持等が困難となるようなことを回避することができる。
このようにして得られたエピタキシャルシリコンウェーハ２１は、エピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に与えられた反りにより、エピタキシャル層１１を形成することに起因して生じる反りが打ち消され、平坦なエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得ることができる。このためこのエピタキシャルシリコンウェーハ２１では、デバイス製造工程におけるマスク合わせや、真空チャックによる保持等が困難となるようなことを回避することができる。
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳しく説明する。
＜実施例１＞
先ず、ＣＺ法により、ボロンをドープしたシリコン単結晶インゴットを引上げた。次いでこのインゴットを図示しないワイヤーソー装置を用いて切断して、直径が３００ｍｍである薄円板状のシリコンウェーハ１３を５０枚得た。これらの全てを図３に示す手順により円錐状の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２とした。即ち、薄円板状のシリコンウェーハ１３の表面を保持テーブル３２の平坦な上面に吸着保持して裏面側から中央が厚肉になるように研削し裏面の中央を約１０μｍ程度突出させた中間ウェーハ１４を得た後、その中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離し、中央が突出した裏面を保持テーブル３２の平坦な上面に吸着保持させて弾性変形により中間ウェーハ１４の表面の中央を上方に突出させ、その中間ウェーハ１４を表面側から研削して、ウェーハ面内の厚さバラツキが１μm以下の均一厚さとなるように研削した。
その後、均一な厚さにされた中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離して弾性により復元させることにより表面の中央部が凹んだお椀状であってかつ均一厚さを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を５０枚得た。
＜実施例１＞
先ず、ＣＺ法により、ボロンをドープしたシリコン単結晶インゴットを引上げた。次いでこのインゴットを図示しないワイヤーソー装置を用いて切断して、直径が３００ｍｍである薄円板状のシリコンウェーハ１３を５０枚得た。これらの全てを図３に示す手順により円錐状の反りを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２とした。即ち、薄円板状のシリコンウェーハ１３の表面を保持テーブル３２の平坦な上面に吸着保持して裏面側から中央が厚肉になるように研削し裏面の中央を約１０μｍ程度突出させた中間ウェーハ１４を得た後、その中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離し、中央が突出した裏面を保持テーブル３２の平坦な上面に吸着保持させて弾性変形により中間ウェーハ１４の表面の中央を上方に突出させ、その中間ウェーハ１４を表面側から研削して、ウェーハ面内の厚さバラツキが１μm以下の均一厚さとなるように研削した。
その後、均一な厚さにされた中間ウェーハ１４を保持テーブル３２から離して弾性により復元させることにより表面の中央部が凹んだお椀状であってかつ均一厚さを有するエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を５０枚得た。
この５０枚におけるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の比抵抗を４探針抵抗測定器により測定したところ、０．００６〜０．００９Ωｃｍであり、この値は０．００５〜０．０１Ωｃｍの範囲内に入るものであった。また、この５０枚におけるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定した。その結果を図８（ａ）に示す。そして、それらの反りの平均値はバウ（Ｂｏｗ）値において約−５μｍであった。このバウ（Ｂｏｗ）値は、凹形状の面を表面側（上側）として、吸着固定しないエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の裏面における３点基準面又はベストフィット基準面から、ウェーハ１２の中心部分における厚さ方向の中心点までの変位量として表される値である。このバウ（Ｂｏｗ）値が、約−５μｍであるのは、中間ウェーハ１４において裏面の中央を約１０μｍ程度突出させたことによるものと考えられる。
更に、この５０枚のうちから任意の１枚における表面をＡＤＥ社製の平坦度測定器によりその反りの状況を観察した。この反りの状況を図１０に示す。図１０からも明らかなように、この実施例におけるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面形状は中央部が凹んだきれいなお椀状の表面をしており、これはその表面を機械的に研削及び研磨したことによるものと考えられる。
次に、厚さが７７５μｍとなるように、これらのエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面を鏡面研磨した。この鏡面研磨は少なくとも、エピタキシャル層が形成される表面側を鏡面研磨することが望ましく、ウェーハの表裏面を同時に鏡面研磨できる両面研磨装置を用いてウェーハの表裏面を鏡面研磨しても良い。
次に、このように、中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の凹状面側の表面にエピタキシャル層１１を形成してエピタキシャルシリコンウェーハ２１を得た。エピタキシャル層１１の形成は、図示しない反応容器を用いて行われ、反応容器の内部にエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２を支持させ、これを加熱しながら、反応容器のガス導入管及びガス供給口を通してその反応容器内に原料ガスとしてＳｉＨＣｌ3をキャリアガスであるＨ2とともに導入してエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面に比抵抗が約１Ωｃｍのエピタキシャル層１１を３μｍの厚さで形成した。このようにして、凹状のエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の表面にエピタキシャル層１１が形成されたこれらのエピタキシャルシリコンウェーハ２１を実施例１とした。
＜比較例１＞
実施例１と同様に、ＣＺ法ボロンをドープしたシリコン単結晶インゴットを引上げた。次いでこのインゴットを図示しないワイヤーソー装置を用いて切断して薄円板状のシリコンウェーハを５０枚準備した。この薄円板状のシリコンウェーハの表面を鏡面研磨し、直径が３００ｍｍであって、その厚さが約７７５μｍであるエピタキシャル成長用シリコンウェーハを得た。即ち、この比較例においては、ワイヤーソー装置を用いてインゴットを切断した後に強制的に反りを生じさせていない。
実施例１と同様に、ＣＺ法ボロンをドープしたシリコン単結晶インゴットを引上げた。次いでこのインゴットを図示しないワイヤーソー装置を用いて切断して薄円板状のシリコンウェーハを５０枚準備した。この薄円板状のシリコンウェーハの表面を鏡面研磨し、直径が３００ｍｍであって、その厚さが約７７５μｍであるエピタキシャル成長用シリコンウェーハを得た。即ち、この比較例においては、ワイヤーソー装置を用いてインゴットを切断した後に強制的に反りを生じさせていない。
この５０枚におけるエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２の比抵抗を４探針抵抗測定器により測定したところ、それらの比抵抗は実施例と同様に０．００６〜０．００９Ωｃｍであり、この値は０．００５〜０．０１Ωｃｍの範囲内に入るものであった。また、この５０枚における薄円板状のエピタキシャル成長用シリコンウェーハの反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定した。その結果を図９（ａ）に示す。そして、それらの反りの平均値はバウ（Ｂｏｗ）値において約−１μｍであった。このバウ（Ｂｏｗ）値において約−１μｍの反りを有するのは、ワイヤーソー装置を用いて切断する際に生じる一般的な反りの値と思われる。
更に、この５０枚のうちから任意の１枚における表面をＡＤＥ社製の平坦度測定器によりその反りの状況を観察した。この反りの状況を図１１に示す。図１１からも明らかなように、この比較例におけるエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面形状は、その直径方向の反りの大きさが、それぞれの方向において異なり、円周方向にきれいな曲面をもつ中央部が凹んだお椀状の表面をしていなことが判る。これは、インゴットを切断するために用いたワイヤーソー装置におけるワイヤーの走行方向における反りの量が比較的小さいのにも拘わらず、インゴットを切断するためのワイヤーの走行方向に直交する移動方向における反りの量が比較的大きくなってしまったことに起因するものと考えられる。
その後、実施例１と同一の条件及び手順により、そのエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面に比抵抗が約１Ωｃｍの厚さが３μｍのエピタキシャル層を形成して、エピタキシャルシリコンウェーハを得た。この５０枚のエピタキシャルシリコンウェーハを比較例１とした。
＜比較試験及び評価＞
実施例１における５０枚のエピタキシャルシリコンウェーハ２１及び比較例１における５０枚のエピタキシャルシリコンウェーハの反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定し、その分布を図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す。この図８（ｂ）及び図９（ｂ）における反り分布はいわゆるワープ値における反りの分布を示すものであって、このワープ値は、吸着固定しないウェーハの裏面における３点基準面またはベストフィット基準面からウェーハ厚さ方向の中央面までの最大変位と最小変位との差で表される値である。
ここで、図８（ａ）及び図９（ａ）における反り分布は、凹凸の高さレベルがわかるようにバウ（Ｂｏｗ）値で表し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）における反り分布をワープ（Ｗａｒｐ）値で表したのは、一般的にウェーハ全体の反り分布を反映したワープ値がウェーハ反りのスペックとして使用されるからである。
実施例１における５０枚のエピタキシャルシリコンウェーハ２１及び比較例１における５０枚のエピタキシャルシリコンウェーハの反りをＡＤＥ社製の平坦度測定器によりそれぞれ測定し、その分布を図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示す。この図８（ｂ）及び図９（ｂ）における反り分布はいわゆるワープ値における反りの分布を示すものであって、このワープ値は、吸着固定しないウェーハの裏面における３点基準面またはベストフィット基準面からウェーハ厚さ方向の中央面までの最大変位と最小変位との差で表される値である。
ここで、図８（ａ）及び図９（ａ）における反り分布は、凹凸の高さレベルがわかるようにバウ（Ｂｏｗ）値で表し、図８（ｂ）及び図９（ｂ）における反り分布をワープ（Ｗａｒｐ）値で表したのは、一般的にウェーハ全体の反り分布を反映したワープ値がウェーハ反りのスペックとして使用されるからである。
図８（ｂ）及び図９（ｂ）の結果から明らかなように、実施例１におけるエピタキシャルシリコンウェーハ２１のいわゆるワープ値における反りは１３μｍのところに集中し、その平均値は１３．０μｍであるのに対して、比較例１におけるエピタキシャルシリコンウェーハのいわゆるワープ値における反りは実施例１より大きい値である２３μｍのところに集中し、その平均値は２３．０μｍである。即ち、実施例１におけるエピタキシャルシリコンウェーハ２１は、比較例１におけるエピタキシャルシリコンウェーハに比較して１０μｍの反りが低減されていることが判る。これは実施例１がエピタキシャル成長用シリコンウェーハ１２に形成した中央部が凹んだお椀状の反りがエピタキシャルシリコンウェーハ２１が得られた時点で生じる反りを打ち消したことに起因するものと考えられ、本発明の効果が確認された。
１１ エピタキシャル層
１２ エピタキシャル成長用シリコンウェーハ
２１ エピタキシャルシリコンウェーハ
１２ エピタキシャル成長用シリコンウェーハ
２１ エピタキシャルシリコンウェーハ
Claims (6)
- 薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて前記ウェーハの中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたことを特徴とするエピタキシャル成長用シリコンウェーハ。
- 薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて前記ウェーハの中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層が形成されたことを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハ。
- 薄円板状のウェーハを研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行うことにより前記ウェーハの厚さ方向の中央面における中心点がウェーハ全周の厚さ方向の中心点よりも低い位置となるように形成されて前記ウェーハの中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- エピタキシャル層を形成する以前のエピタキシャル成長用シリコンウェーハの表面を鏡面研磨することを特徴とする請求項３記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを増加させた凸状のウェーハを作製した後、凸状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により前記一方の主面側の中央を突出させた状態とし、前記一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得た後、このシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
- 薄円板状のシリコンウェーハの一方の主面を吸着保持して他方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行ってウェーハ外周からウェーハ中心に向けて厚みを減少させた凹状のウェーハを作製した後、凹状に形成した他方の主面を吸着保持して弾性変形により前記一方の主面側の周辺部を突出させた状態とし、前記一方の主面を研削又は研磨のいずれか一方又は双方の処理を行って主面を平坦にし、前記吸着保持を解除することで中央部が凹んだお椀状の反りが付与されたウェーハを得た後、このシリコンウェーハの表面にエピタキシャル層を形成することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
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