JP5287982B2 - シリコン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、当該エピタキシャル層の表面を鏡面加工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クラウン欠陥を除去することができ、また表面の平坦化を達成することができる。

特公平８−１７１６３号公報

しかしながら、上記従来の製造方法では、エピタキシャル成長工程の前後に鏡面研磨工程を有するので、生産性が著しく低下するといった問題を解消することはできない。

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前に、前記シリコン単結晶基板の少なくとも表面を、砥粒を含まないスラリーを用いて研磨布のみにより研磨する第１両面研磨工程を設ける一方で、前記成長工程の後に、前記シリコン単結晶基板の少なくとも表面を仕上げ研磨する第２研磨工程を設け、かつ、前記第１研磨工程の研磨量を１００ｎｍ以上とすることによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、第１両面研磨工程の無砥粒研磨により生産性を高めることができる。また、砥粒によるダメージを低減することができるので、エピタキシャル欠陥を低減することができる。

本発明の一実施の形態を適用した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。 図１の両面同時研磨工程Ｇ１に適用される研磨装置の一例を示す正面図である。 図２のＡ−Ａ線矢視平面図である。 図２の研磨装置による研磨状態を示す模式断面図である。 図１の方法により改善されるエピタキシャル欠陥を示す図である。

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を適用した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。

まず、スライス工程Ａの前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。

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、エッチング工程Ｃにて、表面に発生した研削ダメージが除去される。なお、ラッピング工程Ｂの後にウェーハ基板を面取り工程に送り、その外周面の形状を砥石により整えてもよい。

本例の製造方法では、エピタキシャル成長工程Ｆの前に、エッチング工程Ｃを終了したウェーハ基板の少なくとも表面を、砥粒を含まないスラリーを用いて研磨布のみにより研磨する第１研磨工程Ｄが設けられている。

この第１研磨工程Ｄでは、ウェーハ基板の表面のみを片面研磨するか、あるいはウェーハ基板の表面および裏面を同時に研磨する。両面同時研磨する場合は、たとえば硬質研磨パッドが装着された両面研磨装置の上下定盤でウェーハ基板を挟み、無砥粒の条件でウェーハ基板の両面を同時に研磨する。

この第１研磨工程Ｄにおける研磨量は、たとえば５〜３０μｍである。この第１研磨工程Ｄによりウェーハ基板の平坦度がより向上するとともに、無砥粒で研磨することから砥粒による研磨ダメージの発生を抑制することができ、後に形成されるエピタキシャル層の欠陥を低減することができる。

なお、エッチング工程Ｃの後であって第１研磨工程Ｄの前に、ウェーハ基板の表面を、砥粒を含むスラリーを用いた有砥粒研磨を行ってもよいが、この場合には砥粒による研磨ダメージを除去するため、第１研磨工程Ｄの研磨量は１００ｎｍ以上とすることが望ましい。

第１研磨工程Ｄを終了したら研磨屑を除去するためにウェーハ基板を洗浄し（洗浄工程Ｅ）、エピタキシャル成長工程Ｆへ送る。

エピタキシャル成長工程Ｆ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Ｅに設けてもよい。

エピタキシャル成長工程Ｆ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。

エピタキシャル層が形成されたウェーハ基板は第２研磨工程Ｇに送られ、仕上げ研磨が行われる。第２研磨工程Ｇ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、本例の第２研磨工程Ｇは、両面同時研磨工程Ｇ１と、これに続く片面鏡面研磨工程Ｇ２とから構成されている。以下、第２研磨工程Ｇの一例として両面同時研磨工程Ｇ１と片面鏡面研磨工程Ｇ２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Ｇ１においては、図２〜図４に示す両面研磨装置および研磨方法を用いることができる。以下、両面同時研磨工程Ｇ１で用いられる研磨装置の一例を説明する。図２は研磨装置の一例を示す正面図、図３は図２のＡ−Ａ線矢視平面図である。

図２および図３に示す研磨装置は、水平に支持された環状の下定盤１と、下定盤１に上方から対向する環状の上定盤２と、環状の下定盤１の内側に配置された太陽歯車３と、下定盤１の外側に配置されたリング状の内歯歯車４とを備える。また、５はシリンダ、６はジョイント、７は研磨液のタンク、８はキャリア、９はウェーハ基板１０をセットするホール、である。

下定盤１及び上定盤２の対向面には、図４に示すように、不織布にウレタン樹脂を含浸させたパッド（研磨布）１５，２５、或いは発泡ウレタン等からなるパッド（研磨布）１５，２５が貼付されている。

ウェーハ基板１０の研磨を行うには、上定盤２を上昇させた状態で、下定盤１上に複数のキャリア８をセットし、各キャリア８のホール９にウェーハ基板１０をセットする。そして上定盤２を下降させ、各ウェーハ基板１０に所定の加圧力を付加する。この状態で、下定盤１と上定盤２の間に研磨液を供給しながら、下定盤１、上定盤２、太陽歯車３及び内歯歯車４を所定の方向に所定の速度で回転させる。

これにより、下定盤１と上定盤２の間で複数のキャリア８が自転しながら太陽歯車３の周囲を公転するいわゆる遊星運動をおこなう。各キャリア８に保持されたウェーハ基板１０は、研磨液中で上下の研磨布１５，２５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１０の両面が均等にかつ複数のウェーハ基板１０が均等に研磨されるように設定される。

図４は研磨状態を示す模式断面図である。

従来の研磨技術では、ウェーハ基板１０よりも薄いキャリア８を使用した研磨工程において、図４（ａ）に符号Ａで示すウェーハ基板１０の周縁部Ａに研磨布１５，２５から圧力が集中し、結果的にウェーハ基板１０に周縁部ダレが発生していた。また、特開２００２−２５４２９９号公報に記載された研磨技術では、図４（ｂ）に示すように、キャリア８の厚み寸法を大きくすることによって、ウェーハ基板１０の周縁部Ａに集中していた圧力をウェーハ基板１０およびキャリア８付近へ分散させる手法を採用している。

これに対し、本例の研磨方法では、キャリア８におけるホール９の平面配置を近接させて、図４（ｃ）に示すように、ウェーハ基板１０の配置をキャリア８の中心へ集中させることによって、図４（ｃ）に符号Ｂで示すように接近した隣接のウェーハ基板１０へ研磨布１５，２５からの研磨圧力を分散させるものである。これにより、研磨レート低下による生産性悪化やキャリアの厚み制御等従来技術のデメリットは発生しない状態で、ウェーハ基板１０の周縁部でのダレ発生を低減することが可能となる。

これは、研磨中のウェーハ基板１０によるキャリア８の変形等の影響を排除した状態でウェーハ基板１０間の距離を小さくしたことに起因すると考えられる。これにより、隣り合うウェーハ基板１０どうしの最近接位置付近で発生する定盤１，２表面の研磨布１５，２５からウェーハ基板１０への研磨圧力集中を低減することができる。

研磨処理中においては、ウェーハ基板１０とウェーハ基板１０との間の位置において、ウェーハ基板１０とキャリア８との厚みの差から、可撓性のある定盤表面の研磨布１５，２５がウェーハ基板１０の平面位置における高さ（厚み方向位置）よりもキャリア８側へ突出するように変形する状態となる。このため、ウェーハ基板１０の周縁部近傍において研磨布１５，２５からの圧力がウェーハ基板１０の周縁部に集中して、ウェーハ基板１０の周縁部での研磨量が大きくなりうる。

しかし本例の研磨方法では、図４（ｃ）に示すように、ウェーハ基板１０間の距離（ホール９間の距離）を小さくすることによって、隣り合うウェーハ基板１０どうしの間付近での研磨布１５，２５の変形量を低減することができる。このため、本例では、ウェーハ基板１０の周縁部付近でウェーハ基板１０の周縁部における圧力集中が緩和される。その結果、ウェーハ基板１０の周縁部におけるダレ発生を低減することができる。

これにより、簡単かつ適確に所定量の研磨を行うことができるとともに、研磨の終点の把握を容易にでき、かつ、研磨工程後半でも定盤からキャリア８への圧力を低減してウェーハ基板１０への研磨圧力低減を防止して作業時間・研磨効率の低減を防止できるとともに、キャリア８が研磨されることを低減してキャリア８の短寿命化を防止でき、また、ダレ発生防止により平坦度低下等を回避して、高平坦度のウェーハ基板１０を製造可能とすることができる。

また、研磨処理中においては、ウェーハ基板１０の周縁部であるウェーハ基板１０とキャリア８との境界付近において、研磨処理中におけるウェーハ基板１０とキャリア８との厚みの差から、可撓性のある定盤表面のパッド１５，２５がウェーハ基板１０の周縁部においてウェーハ基板１０の表面位置における高さ（厚み方向位置）よりもキャリア８側へ突出するように変形する。このため、ウェーハ基板１０の周縁部の全長において、研磨布１５，２５からの圧力がウェーハ基板１０の周縁部近傍に集中して、ウェーハ基板１０の周縁ダレが発生する可能性がある。

しかし、本例の研磨方法によれば、両面研磨されるウェーハ基板１０間の距離を減少してウェーハ基板１０どうしを接近させることで、１つのキャリア８において、３カ所のホール９内に配置された各ウェーハ基板１０をあたかも一枚のウェーハ基板１０のように研磨する状態に近づけることができる。このため、１枚のウェーハ基板１０の周縁全長に対して、圧力集中の起こる長さを部分的にすること、つまり、可撓性のある定盤１，２の表面の研磨布１５，２５がウェーハ基板１０とキャリア８との厚みの差から、研磨布１５，２５からの圧力がウェーハ基板１０の周縁部に集中して、ウェーハ基板１０の周縁部での研磨状態が大きくなる部分を減少することが可能となる。これにより、研磨終了時における１枚のウェーハ基板１０に対する周縁部全周への研磨圧力集中を緩和することが可能となり、各ウェーハ基板１０の周縁部におけるダレ発生を低減することが可能になる。

なお、図示する例においては、キャリア８が３枚の構成としたが、他の枚数でもよく、また、これ以外にも、各キャリア８内でのホール９またはウェーハ基板１０の配置が上述した構成であれば、研磨装置の各構成はどのようなものでも適応可能である。

図１へ戻り、第２研磨工程Ｇの両面同時研磨工程Ｇ１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０．１〜１．０μｍの範囲とすることが望ましい。

次の片面鏡面研磨工程Ｇ２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では、エピタキシャル成長工程Ｆの前に行われる第１研磨工程Ｄによりウェーハ基板の平坦度が確保され、また無砥粒研磨であるため研磨ダメージが少ないのでエピタキシャル欠陥を低減することができる。

一方、エピタキシャル成長工程Ｆの後に行われる両面同時研磨Ｇ１により、ウェーハ表面のヘイズレベルが改善される。これと同時に、エピタキシャル成長後の両面同時研磨Ｇ１により、ウェーハ裏面に生じるエピタキシャル反応炉のサセプタとの当たり傷や裏面への堆積物を除去することができ、これらの傷や堆積物による平坦度の低下やパーティクルの発生を抑制することができる。

また、エピタキシャル成長後の両面同時研磨Ｇ１によりウェーハ表面の研磨量を表面の酸化膜を除去する程度にできる限り小さくしているので、表面のエピタキシャル層の厚さを均一に維持することができる。

図５の上段は、図１に示す本例の製造方法にて製造された４枚のシリコンウェーハであって、平均６個／１枚のエピタキシャル欠陥が観察された結果を示す。これに対し、図５の下段は、図１に示す第１研磨工程Ｄにおいて砥粒を含むスラリーを使用した比較例を示す４枚のシリコンウェーハであって、平均２２０個／１枚のエピタキシャル欠陥が観察された結果を示す。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

たとえば上記実施形態では、エピタキシャル成長工程Ｆの後に両面同時研磨工程Ｇ１を設けたが、本発明ではこの両面同時研磨工程Ｇ１を省略することもできる。すなわち、第１研磨工程Ｄにてシリコン単結晶基板の少なくとも表面を、無砥粒スラリーを用いて研磨した後、当該面にエピタキシャル成長をしただけで、その後の両面同時研磨工程Ｇ１を省略することも可能である。これにより、さらなる生産性向上が可能となる。

１…下定盤
２…上定盤
３…太陽歯車
４…内歯歯車
８…キャリア
９…ホール
１０…シリコンウェーハ基板

Claims (8)

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、
   前記成長工程の前に、前記シリコン単結晶基板の少なくとも表面を、砥粒を含まないスラリーを用いて研磨布のみにより研磨する第１研磨工程と、
   前記成長工程の後に、前記シリコン単結晶基板の少なくとも表面を仕上げ研磨する第２研磨工程と、を有し、
   前記第１研磨工程の研磨量は１００ｎｍ以上である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. 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、
   前記第１研磨工程の前に砥粒を用いた研磨工程を有する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。
3. 請求項１または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において、
   前記第２研磨工程は、前記シリコン単結晶基板の両主面を研磨する第１工程と、前記シリコン単結晶基板の表面を鏡面研磨する第２工程とを有する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。
4. 請求項３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、
   前記第１工程は、前記シリコン単結晶基板の裏面の研磨量が表面の研磨量以上である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。
5. 請求項４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、
   前記裏面の研磨量が０．１〜１．０μｍである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。
6. 請求項１または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において、
   前記第２研磨工程は、前記シリコン単結晶基板の表面のみを鏡面研磨する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。
7. 請求項１〜６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、
   前記成長工程は、前記エピタキシャル層を成長させる前にハロゲン化ガスにより前記シリコン単結晶基板の表面に形成された酸化膜を除去するエッチング工程を含む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。
8. 請求項１〜６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、
   前記第１研磨工程と前記成長工程との間に、前記シリコン単結晶基板の表面を湿式エッチング処理するエッチング工程を有する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。

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