JP5743800B2

JP5743800B2 - ＳｉＣウェハの製造方法

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Publication number: JP5743800B2
Application number: JP2011177579A
Authority: JP
Inventors: 上村　賢一; 賢一上村; 叡伊藤; 小島　清; 清小島; 耕三阿部
Original assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 2011-08-15
Filing date: 2011-08-15
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-08-15
Also published as: JP2013040373A

Description

本発明は、ＳｉＣウェハを電解研磨する方法に関する。

ＳｉＣはＳｉと比べて、絶縁破壊電界が大きく、バンドギャップが広く、熱伝導率が高い。このことは、ＳｉＣがＳｉと比べて、耐電圧性、耐熱性（熱安定性）、放熱性に優れることを意味する。これらの特性により、ＳｉＣは次世代パワー半導体として活用されることが期待されている。

Ｓｉ半導体は、半導体として使用するために、機械的な研磨が多く用いられている。ＳｉＣ半導体でも、Ｓｉ半導体と同様の機械的な研磨が適用可能である。

ところで、ＳｉＣは、ダイヤモンドとシリコンのそれぞれの特徴的な性質を併せ持ち、硬度、耐熱性、化学的安定性、半導体的特性に優れることから、研磨材としても半導体としても使用することのできる物質である。その高い硬度ゆえに、機械的な研磨では、研磨レートが低く、生産性が低いという問題がある。また、機械的な研磨では、研磨表面にスクラッチ疵が生じるという問題がある。

これらの問題に対して、ＳｉＣを研磨するための種々の方法が提案されている。

特許文献１（特開２００４−２９９０１８号公報）は、ＳｉＣ単結晶基板を研磨する方法として、コロイダルシリカを含むアルカリ水性研磨液（ｐＨ７〜１０）を用いて回転バフ研磨することを提案している。ＳｉＣ基板にはＳｉとＣの結合が切れている欠陥部（結晶性が単結晶でない部分）が含まれるが、前記アルカリ水性研磨液に含まれるコロイダルシリカがこの欠陥部を選択的に研磨して、平滑な結晶面が得られるとのことである。その研磨速度は、１００ｎｍ／１０分である。

特許文献２（特開２００９−９９８４９号公報）は、ＳｉＣウェハの電解インプロセスドレッシング（ＥＬＩＤ）研削法に関するものである。ＳｉＣウェハはダイヤモンド砥粒を含む砥石で研磨されるが、ＳｉＣウェハの研削を続けるうちに、砥石に含まれるダイヤモンド砥粒が磨耗し、研削速度が低下する。ＥＬＩＤ法は、ＳｉＣウェハの加工中に砥石の電解ドレッシングを行うものであり、これにより砥石の研削面が再生される。本来、ＥＬＩＤ法は砥石を電解するものであるが、ＳｉＣウェハの一部も帯電させて電解膜のような不純物膜を形成することがある。この問題に関して、特許文献２は、ＳｉＣウェハをグランド電位にして、帯電を防ぎ、ＳｉＣウェハでの不純物膜の形成を防止することを提案している。

非特許文献１（ＣａｎｈｕａＬｉｅｔａｌ．ＪｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ．ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．５，２００４ｐ４８１−４８６）は、陽極酸化で酸化物を生成する工程、次いでその酸化物をシリカスラリーを用いて除去する工程の、二つの工程を含む研磨方法を提案している。陽極酸化と酸化物除去を同時に行う研磨方法では、表面に疵が残ると述べている。

非特許文献２（Ｙ．Ｋｅ，ｅｔａｌ．，Ｊ．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１０６，０６４９０１（２００９），Ｓｕｒｆａｃｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｂｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｔｃｈｉｎｇｏｆｐ−ｔｙｐｅ４ＨＳｉＣ）は、ｐ型のＳｉＣ半導体の電解研磨に関するものであり、希釈ＨＦ溶液中で４ＨＳｉＣ半導体のＳｉ−面を最大電流密度付近で電解研磨することを提案している。これにより平滑なＳｉＣ表面が得られる。

特開２００４−２９９０１８号公報特開２００９−９９８４９号公報

ＣａｎｈｕａＬｉｅｔａｌ．ＪｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ．ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．５，２００４ｐ４８１−４８６Ｙ．Ｋｅ，ｅｔａｌ．，Ｊ．ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１０６，０６４９０１（２００９），Ｓｕｒｆａｃｅｐｏｌｉｓｈｉｎｇｂｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｔｃｈｉｎｇｏｆｐ−ｔｙｐｅ４ＨＳｉＣ

上記のとおり、ＳｉＣを研磨するための種々の方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１のコロイダルシリカを含むアルカリ水性研磨液（ｐＨ７〜１０）を用いた研磨方法の研磨速度は、１００ｎｍ／１０分にすぎず、さらなる研磨速度の向上、ひいては生産性の向上が求められている。

また、特許文献２は、砥石を電解ドレッシングして、砥石の研削面を再生するものではあるが、結局のところ機械的研磨の一種にすぎない。

また、これらはいずれも機械的研磨であるため、研磨表面にスクラッチ疵が生じるという問題が残されている

非特許文献１は、ＫＮＯ_３やＨ_２Ｏ_２を用いて陽極酸化した後に、シリカスラリーを用いて研磨する方法により、研磨表面のスクラッチ疵が低減されると述べている。しかし、この方法は、二段階の工程を必要とし、生産性の向上に結びつかない。

非特許文献２は、希釈ＨＦ溶液中で４ＨＳｉＣ半導体のＳｉ−面を最大電流密度付近で電解研磨することで、高い研磨速度と良好な平滑面が得られることを報告している。しかし、電流密度が最大値付近に限定されていては、実用性に乏しい。また、研磨対象物がｐ型ＳｉＣに限定されている等の種々の制限もあり、それらの点でも実用性に乏しい。

本発明者は、上記の課題に鑑みて鋭意検討した結果、広範囲に適用可能で良好な研磨結果を得られるＳｉＣ半導体の電解研磨条件を見出し、本発明に想到した。

本発明により、以下が提供される。
（１）
電気抵抗率が１Ωｃｍ以下であるＳｉＣウェハの研磨する面を研磨定盤に対向配置し、ＳｉＣウェハの研磨する面の少なくとも一部を、ＨＦを含む電解溶液に接触させ、ＳｉＣウェハをアノードとし電解溶液を挟んだ対極をカソードとしてＳｉＣウェハを電解研磨するＳｉＣウェハの製造方法において、
前記電解溶液のＨＦ濃度が０．００１〜１０ｗｔ％であり、
印加電圧と発生電流密度の関係から最大電流密度Ｉmaxとそのときの印加電圧Ｖ_０を予め求めておき、電解研磨中の電流密度Ｉと印加電圧Ｖが
Ｖ＜Ｖ_０のときは０．５Imax≦Ｉ≦Ｉmax、
Ｖ≧Ｖ_０のときは０．８Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように電圧を印加することを特徴とするＳｉＣウェハの製造方法。
（２）
該ＳｉＣウェハが、ｎ型ＳｉＣからなることを特徴とする、（１）に記載の方法。
（３）
電解研磨中に前記電解溶液のＨＦ濃度を監視し、０．００１〜１０ｗｔ％の範囲にＨＦ濃度を調整することを特徴とする、（１）に記載の方法。
（４）
前記ＳｉＣウェハと研磨定盤が前記ＳｉＣウェハの研磨面に平行な方向に相対運動することを特徴とする（１）に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
（５）
前記ＳｉＣウェハを、片面研磨の場合に１００ｇｆ／ｃｍ^２（９．８×１０^３Ｐａ）〜３００ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^４Ｐａ）で、両面研磨の場合に３０ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^３Ｐａ）〜２００ｇｆ／ｃｍ^２（２．０×１０^４Ｐａ）で、研磨定盤方向に押し付けることを特徴する（１）に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
（６）
該電解質が、Ｈ_２Ｏ_２、ＨＮＯ_３またはＫＮＯ_３の少なくとも一つを含む酸化剤を含むことを特徴とする、（１）に記載の方法。
（７）
該電解質の溶媒が、少なくとも水またはエタノールを含むことを特徴とする、（１）に記載の方法。
（８）
該電解質が、ＮＨ_４Ｆ、Ｈ_２ＳｉＦ_６、ＨＣｌまたはＣＨ_３ＣＯＯＨの少なくとも一つを含む支持電解質を含むことを特徴とする、（１）に記載の方法。

図１は、表面曲線のうねりと表面粗さについて説明する図である。図２は、表面粗さ及びうねりの測定方法を説明する図である。図３は、JIS B 0601:2001に基づく、中心線平均表面粗さＲａについて説明する図である。図４は、本発明の研磨工程（電解研磨工程）で用いられる半導体製造装置（研磨装置）の概略的な構成の一例を示す断面図である。図５は、印加電圧と発生電流密度の関係を示す図である。図６は、印加電圧と発生電流密度の関係を示すグラフに、研磨試験の総合判定結果を重ねてプロットした図である。図７は、Ｖ＜Ｖ_０の場合における０．５Imax≦Ｉ≦Ｉmaxを示す図である。図８は、Ｖ≧Ｖ_０の場合における０．８Imax≦Ｉ≦Ｉmaxを示す図である。

本発明の基礎となっているのは「電解研磨」という現象である。電解研磨とは、電気分解のときアノードの導電性物質、一般的には金属、が溶解することを利用した研磨法である。研磨される導電性物質をアノードとし、適当な電解液中で適当な電流密度で電解すると、導電性物質表面の汚れがはげ、物質表面とくに凸部が急速に溶けて、機械的研磨法では得られないきわめて平滑な面が得られる。

本発明では、電気抵抗率が１Ωｃｍ以下であるＳｉＣウェハの研磨する面を研磨定盤に対向配置し、ＳｉＣウェハの研磨する面の少なくとも一部を、ＨＦを含む電解溶液に接触させ、ＳｉＣウェハをアノードとし電解溶液を挟んだ対極をカソードとしてＳｉＣウェハを電解研磨するＳｉＣウェハの製造方法を用いる。

本発明における研磨の対象は、ＳｉＣである。ＳｉＣは、シリコン（Ｓｉ）と炭素（Ｃ）から構成されている。炭素原子よりシリコン原子の方が大きいから、Ｃ＜ＳｉＣ＜Ｓｉと原子間距離は広がり、概してこの順で硬さは下がる。ＳｉＣの硬さは、滑石を1、ダイヤモンドを１５とする修正モース硬度の序列では、13である。また、シリコンとＳｉＣ間の硬さについては、シリコンのビッカース硬度（Ｈｖ）が、単結晶で１０４６、多結晶で１０５３であり、ＳｉＣのビッカース硬度（Ｈｖ）が２２００である。なお、硬さは、結晶構造によって変動しうるものであり、上記の値は概略値である。いずれにしろ、一般に、ＳｉＣはシリコンよりも硬く、同一の研磨法を用いた場合ＳｉＣの研磨時間はシリコンの研磨時間より長い。

ＳｉＣ半導体として、ｎ型ＳｉＣとｐ型ＳｉＣが存在する。ｎ型ＳｉＣには、窒素（Ｎ）などの15族元素がドーピングされている。ｐ型ＳｉＣには、アルミニウム（Ａｌ）などの１３族元素がドーピングされている。本発明においては、ｎ型ＳｉＣとｐ型ＳｉCのいずれも研磨することができる。したがって、ＳｉＣウェハが、ｎ型ＳｉＣであってもよい。

本発明の研磨対象であるＳｉＣの電気抵抗率は１Ωｃｍ以下である。したがって、比較的容易に導電することが可能であり、すなわち電解研磨が可能である。電気抵抗が低いほど好ましく、ＳｉＣの電気抵抗率は好ましくは１００ｍΩｃｍ以下である。一般に、ダイヤモンドやシリコンは電気抵抗率が高く、電解研磨は適さない。

研磨対象物であるＳｉＣウェハをホルダで保持して、ＳｉＣウェハの研磨される面を研磨定盤に対向して配置する。

研磨定盤は、ＳｉＣウェハと接触して、これを研磨するための研磨パッドが張られている。研磨パッドとしてはショアＡ硬度計で測定した硬度が５０°以上６０°以下であるポリウレタンを含浸させた不織布を使用してもよい。研磨圧力は、片面研磨の場合に１００ｇｆ／ｃｍ^２（９．８×１０^３Ｐａ）〜３００ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^４Ｐａ）で、両面研磨の場合に３０ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^３Ｐａ）〜２００ｇｆ／ｃｍ^２（２．０×１０^４Ｐａ）に管理してもよい。

ＳｉＣウェハの研磨する面の少なくとも一部に、ＨＦを含む電解溶液を接触させる。
ＨＦを含む電解溶液を使用するのは、ＳｉＣウェハの表面には、ＳｉＯ_２層が存在することがあり、また他の不純物の化学的もしくは自然酸化層が存在することがあり、これらを除去するのにＨＦを含む電解溶液が有用だからである。さらに、ＨＦを含む電解溶液は、クリーニングプロセスの最終工程で使用されてもよい。

ＨＦの主溶媒として、水またはエタノールを用いてもよい。エタノールを主溶媒とする場合、水を主溶媒とする場合に比べて、電解効率を向上することができる。水を主溶媒とすると、電解電流の一部が、水の電気分解（水素および酸素が発生）に消費されるからである。

ＨＦ濃度は、水を主溶媒とした場合に、０．００１ｗｔ％以上、１０ｗｔ％以下である。好ましくは、ＨＦ濃度を、０．０１ｗｔ％以上、３ｗｔ％以下としてもよい。ＨＦ濃度がこの範囲よりも低いと、電気抵抗率が高く、電解研磨に適さないことがあるためである。また、ＨＦ濃度がこの範囲より高いと、電解電流が大きくなり、電解研磨速度の制御が困難となることがあるためである。エタノールを主溶媒とした場合のＨＦ濃度は、水を主溶媒とした場合と同様の理由により、0.01ｗｔ％以上、10ｗｔ％以下である。好ましくは、ＨＦ濃度を、0.05ｗｔ％以上、10ｗｔ％以下としてもよい。

電解溶液には、支持電解質として、ＮＨ_４Ｆ、Ｈ_２ＳｉＦ_６、HCｌ、ＣＨ_３ＣＯＯＨ、硫酸、リン酸、過水素酸、蟻酸、乳酸、クエン酸、コハク酸、リンゴ酸、アスパラギン酸、スルホン酸、スルファミン酸、または、それらの電解質塩等を加えてもよい。これにより、電解液に導電性をもたらすことができる。これらは、単独で用いても、２種以上を組み合わせて用いてもよい。支持電解質の濃度は特に限定されないが、電解研磨効率に優れている点から、０．１Ｎ以上、さらには１Ｎ以上であり、経時的な電解液の安定性の点から１０Ｎ以下であることが好ましい。

電解溶液には、Ｈ_２Ｏ_２、ＨＮＯ_３またはＫＮＯ_３の少なくとも一つを含む酸化剤を含んでもよい。これにより、電解溶液の酸化力を高めることができる。

電解溶液は、各種化学成分および硬質の微細な砥粒、例えばコロイダルシリカ、を含んでもよい。このとき、電解溶液に含まれる各種化学成分および硬質の微細な砥粒を流しながら、ＳｉＣウェハの研磨が行われる。化学成分が研磨対象物の表面を変化させることで、研磨剤単体で研磨する場合に比べて加工速度を向上することができる。また、研磨剤単体で研磨する場合に残る表面の微細な傷や表面付近に残る加工変質層がきわめて少なくなり、理想的な平滑面を得ることができる。

コロイダルシリカはシリコンより軟質であるため、ひいてはＳｉＣより軟質であるために、例えば、ＳｉＯ₂層が完全に除去されても、コロイダルシリカによりＳｉＣウェハが研磨スクラッチを受けることはない。使用するコロイダルシリカの粒径は、０．１μｍ〜１０μｍ程度の範囲で、適宜調整してもよい。

ＳｉＣウェハをアノードとし電解溶液を挟んだ対極をカソードとして、電圧を印加する。印加された電圧は、カソードから、導電性のある電解溶液を経由して、アノードであるＳｉＣウェハの表面及び裏面に印加される。カソードは定盤であってもよく、定盤に張られた研磨パッドには、電解溶液が接触・含浸し、導電性を確保することができる。

アノードであるＳｉＣウェハにおいては、表層のシリコンが電気化学的に酸化され、表層にＳｉＯ₂が形成される。形成されたＳｉＯ₂層は、研磨パッドまたは、電解溶液に含まれる各種化学成分および硬質の微細な砥粒により研磨・エッチングされ、表層に位置するＳｉＯ₂層は速やかに除去される。また、ＳｉＣウェハに含まれるＣ分は、電気化学的に酸化され、ＣＯまたはＣＯ_２またはその両方が形成され、揮発して、表層から速やかに除去される。

本発明においては、印加電圧と発生電流密度の関係から最大電流密度Ｉmaxとそのときの印加電圧Ｖ_０を予め求めておく。

電圧を印加した際に、発生する電流密度は、電流電圧測定装置を用いて測定される。印加電圧を正方向に高めていくと、陽極酸化、すなわちＳｉＣウェハの酸化が始まる。電流密度も、陽極酸化が始まるまでは０であるが、印加電圧の上昇とともに、上昇し始める。

陽極酸化により、ＳｉＣが酸化すると、ＳｉＯ_２または、ＣＯもしくはＣＯ_２が発生する。ＣＯもしくはＣＯ_２は、概して揮発性が高く、陽極、すなわちＳｉＣウェハ表面から容易に拡散する。一方ＳｉＯ_２は、融点が１６５０℃、沸点が２２３０℃であり、すなわち、揮発性が低い。また、ＳｉＯ_２は、水への溶解度が０．０１２ｇ/１００ｍｌであり、溶解性も高くはない。したがって、ＳｉＯ_２は、ＣＯもしくはＣＯ_２に比べて、拡散しにくく、ＳｉＣウェハ表面に堆積しやすい。ＳｉＣウェハ表面にＳｉＯ_２が堆積すると、ＳｉＣウェハ表面と電解質との接触が断たれ、陽極酸化速度が低下し始める。このとき、電流密度も低下し始める。この、低下し始める直前の電流密度が、最大電流密度Ｉmaxとして測定され、このときの印加電圧をＶ_０とする。最大電流密度Ｉmaxでは、ＳｉＣウェハ表面から発生するＳｉＯ_２と、ＳｉＣウェハ表面から拡散するＳｉＯ_２の速度が、高いレベルでバランスしていると考えることができる。

Ｖ_０を超える電圧を印加し、ＳｉＣウェハ表面からのＳｉＯ_２発生を増加させようとしても、十分に拡散されず、ウェハ表面でのＳｉＯ_２堆積量が増加し、電流密度が下がり、ひいては陽極酸化速度も低下する。このウェハ表面のＳｉＯ_２堆積量が多い状況で、さらにＶ_０を超える電圧を印加すると、局所的な導通が発生してＳｉＣウェハ表面に細孔を生じる、すなわち多孔性のＳｉＯ_２を増加させる。多孔性のＳｉＯ_２の存在は、ＳｉＣウェハ表面の平坦度を低下させる。つまり、ＳｉＣウェハ表面の表面粗さは増加する。また、多孔性のＳｉＯ_２は、剥離することがあり、さらにＳｉＣウェハ表面の表面粗さは増加させ得る。また、多孔性のＳｉＯ_２の存在は、光の反射・屈折・干渉に影響を与え、ＳｉＣウェハ表面の変色をもたらし、品質管理上の問題となり得る。

本発明の電解研磨においては、ＳｉＣウェハの表面に発生したＳｉＯ_２を、研磨定盤を用いてＳｉＣウェハの表面から除去することにより、ＳｉＣウェハ表面と電解質との接触を確保し、陽極酸化速度の低下を防ぐことが可能である。

電解研磨においては、電流密度Ｉおよび印加電圧Ｖは、監視しながら、制御することができる。本発明では、Ｖ＜Ｖ_０のときは０．５Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように、Ｖ≧Ｖ_０のときは０．８Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように電圧を印加することを特徴とする。

最大電流密度Imaxでは、陽極酸化、すなわちＳｉＣウェハの酸化が最も速く進行する。したがって、印加電圧Ｖ＜Ｖ_０のときは、ＩをＩmaxに近づけることにより、陽極酸化速度が高くなることが期待できる。IがＩmaxよりも大幅に小さいと、電解研磨速度も低下する。ＩをＩmaxに近づけるために印加電圧を上昇させた場合、印加電圧ＶがＶ₀以下であれば特に問題はない。しかし、印加電圧Ｖが、Ｖ_０を超えると、多孔性のＳｉＯ_２が増加し、ＳｉＣウェハ表面の平坦度が低下するという問題が生じ得る。

また、実際の電解研磨では、電解溶液の電解質濃度もしくはイオン強度、研磨材性状、定盤速度等の研磨条件因子の影響により、電圧をＩmaxに固定することが困難な場合もある。

これらの状況に鑑みて、本発明では、Ｖ＜Ｖ_０のときは０．５Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように、Ｖ≧Ｖ_０のときは０．８Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように電圧を印加する。この範囲で電圧を印加することにより、電解研磨速度をほぼ最大の速度に制御でき、また印加電圧が大幅にＶ_０を超えて、ＳｉＣウェハ表面の平坦度が低下するという問題も回避でき、さらに実際の電解研磨環境が変化しても、比較的容易に制御が可能である。加えて、驚くべき事に、この電解研磨によって得られるＳｉＣウェハの表面は、表面粗さが非常に少ないことに加えて、うねりも非常に少ない。すなわち、ＳｉＣウェハの表面全体にわたって、表面粗さの均一性が高い。これは、半導体ウェハにとって、非常に望ましい性状の一つである。

ここで、本発明における表面粗さ及びうねりについて説明しておく。本明細書においては、特に断りのない限り、JIS B 0601:2001に基づく、表面粗さ及びうねりを指す。
一般的に、加工した表面を拡大してみると、大きなうねりと細かい凹凸が存在する（図１参照）。うねりを表す曲線をうねり曲線、細かな凹凸を表す曲線を表面粗さ曲線と呼ぶ。概略、うねりは長波長成分、表面粗さは短波長成分と位置づける事ができる。逆に言うと、うねりと表面粗さを重ねあわせたものが表面曲線と位置づける事ができる。
表面粗さ及びうねりを測定する方法について、図２を用いて説明する。測定対象の表面で、触針式表面粗さ測定器の触針を滑らせて、「実表面の断面曲線」を測定する。なお、ここでは、触針式表面粗さ測定器を用いた測定について説明しているが、この原理に基づき、他の測定器を用いることも可能である。測定された断面曲線（「測定断面曲線」という）から、長波長成分のうねりと短波長成分の粗さとを分離抽出するために、フィルタ処理を行う。まず、とくに短い波長成分（λｓ以下）をカットオフし、「断面曲線」を得る。これは、表面粗さを表す「粗さ曲線」とうねりを表す「うねり曲線」を重ね合わせたものに相当する。「断面曲線」から、カットオフ値λｃの高域フィルタによって長波長成分を遮断して、「粗さ曲線」を得る。また「断面曲線」から、カットオフ値λｆおよびλｃの輪郭曲線フィルタによって、長波長成分および短波長成分を遮断して、「うねり曲線」を得る。
JIS B 0601:2001に基づいて、「粗さ曲線」から、中心線平均表面粗さＲａを求める。図３を参照して説明すると、粗さ曲線を中心線から折り返し、その粗さ曲線と中心線によって得られた面積を長さLで割った値をマイクロメートル(μm)で表わす。特に断りのない限り、本明細書において、表面粗さとは、中心線平均表面粗さＲａを指す。
「うねり曲線」から、表面粗さＲａと同様の方法で、うねり高さを求める。うねりについては、ＳｉＣウェハ表面の中心部でのうねり高さと、ＳｉＣウェハ表面の端縁部と中心部の中間にある部分（すなわちＳｉＣウェハの半径をｒとするとｒ／２の部分であり、以下、中間部と称する）でのうねり高さとの比（中心部のうねり高さ／中間部でのうねり高さ）で評価する。このＳｉＣウェハ表面の中心部と中間部でのうねり高さの比が１に近いほど、ＳｉＣウェハ表面のうねりが小さいことを意味する。

本発明で使用する研磨装置について、図４を用いて説明する。

図４は、本実施の形態の研磨方法（電解研磨方法）を実施するための半導体製造装置（研磨装置）５０、すなわち本実施の形態の研磨工程（電解研磨工程）で用いられる半導体製造装置（研磨装置）５０の概略的な構成の一例を示す断面図である。

図４に示される半導体製造装置（研磨装置）５０は、半導体ウェハ（半導体基板、デバイスウエハ）５２の主面に形成された被研磨面５２ａを研磨する際に用いられる研磨装置であり、ここではＳｉＣウェハ５２上の被研磨面５２ａを電解研磨処理する際に用いられる研磨装置である。

半導体製造装置５０は、定盤５３と、定盤５３の上面に配置され固定された研磨用パッド（電解セルパッド、導電性研磨パッド）５１と、ＳｉＣウェハ５２を保持可能なホルダ５４と、電解溶液（電解研磨液）を供給するためのノズル（図示せず）とを有している。定盤５３は、直流電源に電気的に接続されて、カソードとされる。また、ＳｉＣウェハ５２は、直流電源に電気的に接続されて、アノードとされる。半導体ウェハ５２の電解研磨時には、直流電源からＳｉＣウェハ５２の被研磨面に正電位が供給され、直流電源から定盤５３に負電位が供給されて、通電されるようになっている。

定盤５３およびホルダ５４は、それぞれモータ（図示せず）などにより回転可能に構成されている。電解溶液を供給するためのノズルは、研磨パッド５１の上方に配置され、ノズルから電解溶液が研磨パッド５１に供給されるようになっている。

ノズルから供給される電解溶液の濃度等の性状や供給速度を調整することができる。これにより、電解研磨中に電解溶液のＨＦ濃度を監視し、０．００１〜１０ｗｔ％の範囲にＨＦ濃度を調整してもよい。ＨＦ濃度をこの範囲にする理由は、上述のとおりである。すなわち、ＨＦ濃度がこの範囲よりも低いと、電気抵抗率が高く、電解研磨に適さないことがあるためである。また、ＨＦ濃度がこの範囲より高いと、電解電流が大きくなり、電解研磨速度の制御が困難となることがあるためである。電解研磨中に電解溶液のＨＦ濃度を監視する方法として、電解研磨中に使用済み電解溶液を回収して、そのＨＦ濃度を測定してもよい。また、簡易な方法として、電解研磨中の電流密度および印加電圧とＨＦ濃度の相関を予め調べておき、電解研磨中の電流密度および印加電圧を指標として、供給する電解溶液のＨＦ濃度やＨＦ供給量を調整することもできる。

一実施形態の電解研磨工程では、ホルダ５４は、ＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａに平行な方向に相対運動してもよい。ホルダ５４を、ＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａに対して相対的に移動させることで、ＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａの全体で電解研磨を行うことができる。例えば、定盤５３を回転させることにより定盤５３に固定された研磨パッド５１を回転させ、ホルダ５４を回転させることによりホルダ５４に固定されたＳｉＣウェハ５２を回転させ、それによって、研磨パッド５１とＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａの間に、より均質な電解溶液が浸透しやすくなり、より良好な通電が得られやすい。なお、研磨パッド５１をＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａに対して相対的に移動させる手法は、これに限定されず、種々の手法を用いることができる。つまり、一実施形態では、定盤５３は回転運動を行う回転定盤を用いているが、他の形態として、定盤５３として直進または往復運動を行うベルト状定盤などを用いることもできる。より具体的には、定盤５３および研磨パッド５１を固定してデバイスウエハ（ＳｉＣウエハ５２）を回転または規則的に平行移動させたり、あるいは、デバイスウエハ（ＳｉＣウエハ５２）を固定して研磨パッド５１が固定された定盤５３や走行ベルト（対極）を回転または平行移動させることもできる。勿論、デバイスウエハ（ＳｉＣウエハ５２）と対極（定盤５３など）との両方を移動させることもできる。

また、半導体製造装置５０は、ホルダ５４を上下左右方向に移動させて定盤５３に対するホルダ５４の位置を調整し、ホルダ５４に保持されたＳｉＣウェハ５２を定盤５３上の研磨パッド５１に所定（所望）の圧力で押し付ける（押圧する）ことが可能となるように構成されている。一実施形態の電解研磨工程では、ＳｉＣウェハを、片面研磨の場合に１００ｇｆ／ｃｍ^２（９．８×１０^３Ｐａ）〜３００ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^４Ｐａ）で、両面研磨の場合に３０ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^３Ｐａ）〜２００ｇｆ／ｃｍ^２（２．０×１０^４Ｐａ）で、研磨定盤方向に押し付ける。この範囲よりも低い圧力では、ＳｉＣウェハを研磨定盤方向に押し付ける力が十分でなく、研磨速度の向上が十分でないことがある。逆にこの範囲よりも高い圧力では、ＳｉＣウェハを研磨定盤方向に押し付ける力が過剰であり、研磨パッド５１や定盤５３の損傷や変形を生じ、ひいてはＳｉＣウェハ５２の品質に影響を与えるおそれがある。

ＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａの研磨時には、ＳｉＣウェハ５２はホルダ５４に装着されて保持され、ＳｉＣウェハ５２の被研磨面５２ａが研磨パッド５１の表面に接触した状態となる。ホルダ５４は、ＳｉＣウェハ５２をワックス５９を介して保持する。ＳｉＣウェハ５２の端部がワックス５９でシールされ、研磨パッド５１が裂けたり、ＳｉＣウェハ５２が欠けたり、ＳｉＣウェハ５２の端部から電流が漏洩することを防止する。

ここで、本発明の方法を用いてＳｉＣウェハの表面研磨を行った場合の研磨速度および表面性状について、比較例との比較を交えて、説明する。

実施例および比較例で使用するSiCウェハは、直径８インチ(200mm)の4H-SiC単結晶ウェハで、ウェハ表面の方位は、Si(0001)面から(1-210)方向に4°傾いており、電気抵抗が１Ωｃｍ以下のｎ型ＳｉＣウェハであった。電解研磨処理をする前には、あらかじめウェハ表面の異物を除去するために、アンモニア過酸化水素洗浄液（29%NH₄OH：31%H₂O₂：H₂O＝１：１：５容量比）、80℃、10分処理を行い、リンスを十分に実施した後、HF処理（1％HF）にて表面の酸化被膜を除去した後で、研磨を実施した。

図４に示す装置を用いて、SiCウェハを研磨した。このウェハのSi面を２．８ｐｓｉ（１９６１２Ｐａ、0.2kg/cm2）の研磨面圧力で、直径15インチ(380mm)のバフ盤である研磨定盤に押し付け、研磨定盤を40rpmで回転させることによって研磨した。実施例の電解溶液として、ＨＦ濃度が０．００１ｗｔ％〜１０ｗ％のものを用いた。また、異なる溶媒や支持電解質を含む電解溶液も用いた。表１に、電解溶液の詳細を示す。電解溶液は毎時１リットルの割合でローラーポンプで定盤上に供給した。

印加電圧と発生電流密度の関係（図５参照）を調べた。参照極として、銀/塩化銀電極 (Ag/AgCl)を用い、対電極として白金電極を用いた。測定装置は、ポテンショスタットとファンクションジェネレーターを組み合わせたものを用いた。掃引速度は２０ｍＶ／ｓとした。

研磨後は、研磨表面の活性が高いため、アンモニア過酸化水素洗浄液（29%NH₄OH：31%H₂O₂：H2O＝0.2：１：５容量比）にて処理を行い、表面の異物を除去するとともに、表面に自然酸化被膜を形成する処理を行った。

評価項目としては、研磨速度、表面性状を調べた。研磨速度に関しては、電解研磨する前と電解研磨した後のＳｉＣウェハの厚みをダイヤルゲージで５点（中心１点、１／２ｒ：４点）測定して、研磨速度を算出した。ダイヤルゲージは、ミツトヨ製デジマジックインジケーターを使用した。表面性状に関しては、中心線平均表面粗さＲａおよびうねり（うねり高さ比）を求めた。原子間力顕微鏡（AFM）を用いて、ＳｉＣウェハの中心付近および中間部（１／２ｒ）４箇所について、それぞれ視野１μｍのエリアを観察し、表面性状、表面粗さＲａおよびうねりを算出した。AFMとして、Veeco製 D5000を使用した。

評価結果を表１に示す。表１における判定基準は、以下のとおりである。研磨速度に関して、２０nm／分より大きいものを◎とし、２０nm／分以下で１０nm／分より大きいものを○とし、１０nm／分以下のものを×とした。中心線平均表面粗さＲａに関して、０．２ｎｍ未満のものを◎とし、０．２ｎｍ以上で０．３ｎｍ未満のものを○とし、０．３ｎｍ以上のものを×とした。うねりに関して、うねり高さ比が０．８以上で１．２以下のものを○とし、特に０．９以上で１．１以下のものを◎とし、それ以外（すなわち、０．８未満または１．２超）を×とした。そして、これらの研磨速度、表面粗さＲａ、およびうねり高さ比の３項目から総合判定を行った。３項目のいずれも◎であれば、総合判定で◎とした。３項目のうち、ひとつでも×を含む場合は、総合判定で×とした。その他は、総合判定で○とした。

表１に示すとおり、本発明の方法により研磨し、製造されたＳｉＣウェハは、高い研磨速度を保ちつつ、表面性状、すなわち表面粗さおよびうねりの大幅な改善を得た。

ＨＦ濃度が０．００１ｗｔ％と、１０ｗｔ％の場合の、ＳｉＣウェハに電圧を印加したときに発生した電流の関係を図６に示し、表１の総合判定結果を重ねてプロットした。

これらの結果より、電解研磨する際の条件を以下のとおりとした。電解研磨する際の条件としては、電流の最大値を取る電圧をV₀、Imaxとして定義して、V＜V₀の場合は、０．５Imax以上、Imax以下の範囲（図７参照）では、研磨速度、表面粗さともに良好であることが分かる。一方、V≧V₀の場合は０．８Imax以上、Ｉmax以下の範囲（図８参照）で、研磨速度および表面粗さが良好な部分が得られた。

これらの結果より、電解研磨する際の条件として、Ｖ＜Ｖ０の場合は０．５Imax≦Ｉ≦Ｉmax、Ｖ≧Ｖ０のときは０．８Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように電圧、電流の範囲を限定した。

本発明は、以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

５０半導体製造装置
５１研磨パッド
５２ＳｉＣウェハ
５２ａ被研磨面
５３定盤
５４研磨ヘッド
５５電解溶液
５９ワックス

Claims

電気抵抗率が１Ωｃｍ以下であるＳｉＣウェハの研磨する面を研磨定盤に対向配置し、ＳｉＣウェハの研磨する面の少なくとも一部を、ＨＦを含む電解溶液に接触させ、ＳｉＣウェハをアノードとし電解溶液を挟んだ対極をカソードとしてＳｉＣウェハを電解研磨するＳｉＣウェハの製造方法において、
前記電解溶液のＨＦ濃度が０．００１〜１０ｗｔ％であり、
印加電圧と発生電流密度の関係から最大電流密度Ｉmaxとそのときの印加電圧Ｖ_０を予め求めておき、電解研磨中の電流密度Ｉと印加電圧Ｖが
Ｖ＜Ｖ_０のときは０．５Imax≦Ｉ≦Ｉmax、
Ｖ≧Ｖ_０のときは０．８Imax≦Ｉ≦Ｉmaxとなるように電圧を印加することを特徴とするＳｉＣウェハの製造方法。
該ＳｉＣウェハが、ｎ型ＳｉＣからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
電解研磨中に前記電解溶液のＨＦ濃度を監視し、０．００１〜１０ｗｔ％の範囲にＨＦ濃度を調整することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
前記ＳｉＣウェハと研磨定盤が前記ＳｉＣウェハの研磨面に平行な方向に相対運動することを特徴とする請求項１に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
前記ＳｉＣウェハを、片面研磨の場合に１００ｇｆ／ｃｍ^２（９．８×１０^３Ｐａ）〜３００ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^４Ｐａ）で、両面研磨の場合に３０ｇｆ／ｃｍ^２（２．９×１０^３Ｐａ）〜２００ｇｆ／ｃｍ^２（２．０×１０^４Ｐａ）で、研磨定盤方向に押し付けることを特徴する請求項１に記載のＳｉＣウェハの製造方法。
該電解溶液が、Ｈ_２Ｏ_２、ＨＮＯ_３またはＫＮＯ_３の少なくとも一つを含む酸化剤を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
該電解溶液の溶媒が、少なくとも水またはエタノールを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
該電解溶液が、ＮＨ_４Ｆ、Ｈ_２ＳｉＦ_６、ＨＣｌまたはＣＨ_３ＣＯＯＨの少なくとも一つを含む支持電解質を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。