JPH0645301A - 半導体素子用シリコンウェハ及びその製造方法 - Google Patents
半導体素子用シリコンウェハ及びその製造方法Info
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- JPH0645301A JPH0645301A JP19514192A JP19514192A JPH0645301A JP H0645301 A JPH0645301 A JP H0645301A JP 19514192 A JP19514192 A JP 19514192A JP 19514192 A JP19514192 A JP 19514192A JP H0645301 A JPH0645301 A JP H0645301A
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- JP
- Japan
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- silicon wafer
- polishing
- surface roughness
- processing
- wafer
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Abstract
(57)【要約】
【目的】表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘ以内の平滑なシリ
コンウェハと、それを得る製造方法とを実現する。 【構成】メカノケミカル加工において得られるシリコン
ウェハの表面粗さは、メカニカルな加工とケミカルな加
工の最適な適合であり、研磨温度を２５℃以内、研磨剤
のｐＨを１０以内（＞７）に抑えることによりケミカル
な反応を抑え、その薄膜化した反応層２を砥粒１により
メカニカルに加工することによって、高集積化の進んだ
半導体素子に使用可能な、表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘ
以内のシリコンウェハを実現した。
コンウェハと、それを得る製造方法とを実現する。 【構成】メカノケミカル加工において得られるシリコン
ウェハの表面粗さは、メカニカルな加工とケミカルな加
工の最適な適合であり、研磨温度を２５℃以内、研磨剤
のｐＨを１０以内（＞７）に抑えることによりケミカル
な反応を抑え、その薄膜化した反応層２を砥粒１により
メカニカルに加工することによって、高集積化の進んだ
半導体素子に使用可能な、表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘ
以内のシリコンウェハを実現した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子用シリコン
ウェハ及びその製造方法に係るものであり、特に表面粗
さが原子オーダーのレベルに制御されたシリコンウェハ
及びその製造方法に関するものである。
ウェハ及びその製造方法に係るものであり、特に表面粗
さが原子オーダーのレベルに制御されたシリコンウェハ
及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来からシリコンウェハは研磨クロスと
研磨剤の相対揺動により鏡面研磨されているが、表面粗
さについては特に言及されておらず、ただ経験的に鏡面
仕上げするに過ぎなかった。最近、より平滑化な面を得
る方法として、たとえばＥＥＭ（Elastic Emission Mac
hining）法による０．５ｎｍＲｍａｘのウェハ加工法が
１９９０年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集
ｐ．３１３に提案されている。
研磨剤の相対揺動により鏡面研磨されているが、表面粗
さについては特に言及されておらず、ただ経験的に鏡面
仕上げするに過ぎなかった。最近、より平滑化な面を得
る方法として、たとえばＥＥＭ（Elastic Emission Mac
hining）法による０．５ｎｍＲｍａｘのウェハ加工法が
１９９０年度精密工学会秋季大会学術講演会講演論文集
ｐ．３１３に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＥＥＭなどの局所加工
によるものは示されているが、ウェハ全面を鏡面化する
ことに関する問題を解決する方法が示されていない。Ｅ
ＥＭでは原子レベルに近い加工精度を有しているが、そ
の加工能率は非常に小さく、生産性には問題があった。
半導体素子を高集積化するための信頼性を得るため、平
坦度の他に今まではあまり問題とされなかったシリコン
ウェハ表面のマイクロラフネスが重要となり、シリコン
ウェハの表面形状の平滑化が要求され、シリコンウェハ
の酸化膜耐圧が非常に大切な要素となっている。また、
この酸化膜耐圧は、ウェハ表面粗さが悪くなると低下す
る傾向がみられる。特に半導体集積回路素子の高集積化
が進むにつれて、この表面粗さの問題は素子の信頼性を
高める上で重要な技術の一つとされ、表面粗さ０．３ｎ
ｍＲｍａｘ程度の、すなわち、原子オーダーの平滑面の
制御が要求されてきた。しかし、かかる平滑面を再現性
良く工業的に実現することは極めて困難であった。
によるものは示されているが、ウェハ全面を鏡面化する
ことに関する問題を解決する方法が示されていない。Ｅ
ＥＭでは原子レベルに近い加工精度を有しているが、そ
の加工能率は非常に小さく、生産性には問題があった。
半導体素子を高集積化するための信頼性を得るため、平
坦度の他に今まではあまり問題とされなかったシリコン
ウェハ表面のマイクロラフネスが重要となり、シリコン
ウェハの表面形状の平滑化が要求され、シリコンウェハ
の酸化膜耐圧が非常に大切な要素となっている。また、
この酸化膜耐圧は、ウェハ表面粗さが悪くなると低下す
る傾向がみられる。特に半導体集積回路素子の高集積化
が進むにつれて、この表面粗さの問題は素子の信頼性を
高める上で重要な技術の一つとされ、表面粗さ０．３ｎ
ｍＲｍａｘ程度の、すなわち、原子オーダーの平滑面の
制御が要求されてきた。しかし、かかる平滑面を再現性
良く工業的に実現することは極めて困難であった。
【０００４】したがって、本発明の目的は上記従来の問
題点を解消することにあり、第１の目的は平滑研磨によ
り原子オーダーの平滑面に制御された半導体素子用シリ
コンウェハを、第２の目的はその製造方法を、それぞれ
提供することにある。
題点を解消することにあり、第１の目的は平滑研磨によ
り原子オーダーの平滑面に制御された半導体素子用シリ
コンウェハを、第２の目的はその製造方法を、それぞれ
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、メカニカルな作用とケミカルな作用の複合によるメ
カノケミカル加工の加工要因を明確にする必要がある。
先ず、ケミカル成分としては研磨剤の化学成分、砥
粒とポリシャの摩擦による発生熱量、メカニカル成分と
しては砥粒径・硬さ・粘度、研磨クロスの硬さ・形
状、研磨速度、加工圧力などが挙げられる。このメ
カノケミカル加工においてウェハ表面では、メカニカ
ルな表面層除去、研磨によって生じるケミカルな反応
層、研磨剤によるエッチングが行なわれている。原子
オ−ダ−の平滑面を得るために、ケミカルな作用により
生成した反応層を薄くし、その反応層をメカニカル的に
除去するものである。
め、メカニカルな作用とケミカルな作用の複合によるメ
カノケミカル加工の加工要因を明確にする必要がある。
先ず、ケミカル成分としては研磨剤の化学成分、砥
粒とポリシャの摩擦による発生熱量、メカニカル成分と
しては砥粒径・硬さ・粘度、研磨クロスの硬さ・形
状、研磨速度、加工圧力などが挙げられる。このメ
カノケミカル加工においてウェハ表面では、メカニカ
ルな表面層除去、研磨によって生じるケミカルな反応
層、研磨剤によるエッチングが行なわれている。原子
オ−ダ−の平滑面を得るために、ケミカルな作用により
生成した反応層を薄くし、その反応層をメカニカル的に
除去するものである。
【０００６】本発明者等は研磨加工について種々実験、
検討の結果、研磨温度及び研磨剤のｐＨがこの反応層の
厚さ、エッチングに大きく影響するという知見を得た。
したがって、上記本発明の目的は、反応層を薄くするた
めのメカノケミカル加工条件として、研磨温度を２５℃
以内、好ましくは１８〜２０℃とし、研磨剤をｐＨ１０
以下のアルカリ液、好ましくはｐＨ９〜１０とすること
により、達成される。これにより表面粗さ０．３ｎｍＲ
ｍａｘの平滑面を有するシリコンウェハを実現すること
ができる。研磨剤のｐＨの調製は、例えばＫＯＨ等のア
ルカリ液で容易に調製することができる。研磨剤として
は、市販のもので対応可能であり、通常シリカ等の微細
な砥粒をアミン系の分散媒に分散したものが挙げられ
る。
検討の結果、研磨温度及び研磨剤のｐＨがこの反応層の
厚さ、エッチングに大きく影響するという知見を得た。
したがって、上記本発明の目的は、反応層を薄くするた
めのメカノケミカル加工条件として、研磨温度を２５℃
以内、好ましくは１８〜２０℃とし、研磨剤をｐＨ１０
以下のアルカリ液、好ましくはｐＨ９〜１０とすること
により、達成される。これにより表面粗さ０．３ｎｍＲ
ｍａｘの平滑面を有するシリコンウェハを実現すること
ができる。研磨剤のｐＨの調製は、例えばＫＯＨ等のア
ルカリ液で容易に調製することができる。研磨剤として
は、市販のもので対応可能であり、通常シリカ等の微細
な砥粒をアミン系の分散媒に分散したものが挙げられ
る。
【０００７】
【作用】シリコンウェハの研磨面はケミカルな作用によ
り生成した反応層をできるだけ薄くし、その反応層をメ
カニカル的に除去することによってより平滑な面を得る
ことができる。研磨温度を制御し、研磨剤のｐＨも制御
することにより、反応層生成を抑制できる本発明は、メ
カノケミカル研磨により、表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘ
のシリコンウェハを得る。
り生成した反応層をできるだけ薄くし、その反応層をメ
カニカル的に除去することによってより平滑な面を得る
ことができる。研磨温度を制御し、研磨剤のｐＨも制御
することにより、反応層生成を抑制できる本発明は、メ
カノケミカル研磨により、表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘ
のシリコンウェハを得る。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の一実施例を示し、さらに具体
的に説明する。高集積化された半導体素子の信頼性を得
るため、平坦度の他に今まではあまり問題とされなかっ
たシリコンウェハ表面のマイクロラフネスが重要とな
る。素子の高集積化においてシリコンウェハの酸化膜耐
圧が非常に大切な要素となり、その表面粗さと酸化膜耐
圧との間には、表面粗さが悪くなると酸化膜耐圧が低下
する傾向がみられる。
的に説明する。高集積化された半導体素子の信頼性を得
るため、平坦度の他に今まではあまり問題とされなかっ
たシリコンウェハ表面のマイクロラフネスが重要とな
る。素子の高集積化においてシリコンウェハの酸化膜耐
圧が非常に大切な要素となり、その表面粗さと酸化膜耐
圧との間には、表面粗さが悪くなると酸化膜耐圧が低下
する傾向がみられる。
【０００９】図１は、メカノケミカル加工における加工
モデルを示したものである。シリコンウェハ３の表面に
は研磨剤によってケミカル反応により反応層２が形成さ
れる。メカニカル的な研磨により、この反応層２を、ま
たは、反応層２とシリコン３を砥粒１が除去して行くと
共に、ウェハ表面は研磨剤によりエッチングされる。こ
の反応層２は研磨温度と研磨剤のアルカリ成分（ｐＨ）
に大きく影響される。エッチングは研磨温度と研磨剤の
ｐＨ、エッチング時間に大きく影響され、温度が高いほ
ど、ｐＨが高いほど、そしてエッチング時間が長いほど
得られる面粗さは悪くなる。メカニカルな除去量は微小
にして、研磨剤による反応層の形成を抑え、その反応層
２を砥粒１により除去することがシリコンウェハの表面
粗さを向上させる。
モデルを示したものである。シリコンウェハ３の表面に
は研磨剤によってケミカル反応により反応層２が形成さ
れる。メカニカル的な研磨により、この反応層２を、ま
たは、反応層２とシリコン３を砥粒１が除去して行くと
共に、ウェハ表面は研磨剤によりエッチングされる。こ
の反応層２は研磨温度と研磨剤のアルカリ成分（ｐＨ）
に大きく影響される。エッチングは研磨温度と研磨剤の
ｐＨ、エッチング時間に大きく影響され、温度が高いほ
ど、ｐＨが高いほど、そしてエッチング時間が長いほど
得られる面粗さは悪くなる。メカニカルな除去量は微小
にして、研磨剤による反応層の形成を抑え、その反応層
２を砥粒１により除去することがシリコンウェハの表面
粗さを向上させる。
【００１０】図２は、研磨装置の要部断面を示したもの
であり、本実施例ではこの研磨装置を用いてシリコンウ
ェハを研磨した。装置構成について概略説明すると、回
転数が任意に変えられる回転定盤４上に研磨クロス５が
貼られ、その上に研磨剤６が供給される。研磨クロス５
上にはキャリヤー７に真空吸着により固定されたシリコ
ンウェハ８が設置され、キャリヤー７自体はウェハ貼付
治具９に貼付されており、このウェハ貼付治具９は、加
圧・回転・揺動させることが可能である。メカノケミカ
ル研磨においては、平均粒径１０ｎｍの砥粒を用い、研
磨クロス５として微細多孔質のポリウレタン発泡層のパ
ッドを使用した。平滑な加工面を得るには砥粒径が小さ
く、微細多孔質ポリウレタン発泡層のパッドが適してい
る。
であり、本実施例ではこの研磨装置を用いてシリコンウ
ェハを研磨した。装置構成について概略説明すると、回
転数が任意に変えられる回転定盤４上に研磨クロス５が
貼られ、その上に研磨剤６が供給される。研磨クロス５
上にはキャリヤー７に真空吸着により固定されたシリコ
ンウェハ８が設置され、キャリヤー７自体はウェハ貼付
治具９に貼付されており、このウェハ貼付治具９は、加
圧・回転・揺動させることが可能である。メカノケミカ
ル研磨においては、平均粒径１０ｎｍの砥粒を用い、研
磨クロス５として微細多孔質のポリウレタン発泡層のパ
ッドを使用した。平滑な加工面を得るには砥粒径が小さ
く、微細多孔質ポリウレタン発泡層のパッドが適してい
る。
【００１１】メカノケミカル研磨においてケミカルな反
応を抑え、反応層を薄くするのに影響するものとして
は、メカノケミカル研磨の研磨温度、研磨剤のｐＨがあ
る。図３は、研磨温度とシリコンウェハの表面粗さとの
関係を示した特性図であり、この図から研磨温度を２５
℃以内、好ましくは１８〜２０℃の範囲で研磨すること
により、シリコンウェハの表面粗さをＲｍａｘ０．３ｎ
ｍに向上できることがわかる。これは研磨温度を低く保
つことによりケミカルな反応を抑制し、生成される反応
層を薄膜化したことによる。
応を抑え、反応層を薄くするのに影響するものとして
は、メカノケミカル研磨の研磨温度、研磨剤のｐＨがあ
る。図３は、研磨温度とシリコンウェハの表面粗さとの
関係を示した特性図であり、この図から研磨温度を２５
℃以内、好ましくは１８〜２０℃の範囲で研磨すること
により、シリコンウェハの表面粗さをＲｍａｘ０．３ｎ
ｍに向上できることがわかる。これは研磨温度を低く保
つことによりケミカルな反応を抑制し、生成される反応
層を薄膜化したことによる。
【００１２】図４は、研磨剤のｐＨとシリコンウェハの
表面粗さとの関係を示した特性図であり、表面粗さはｐ
Ｈを特定値に制御することによって良くなることを示し
ている。これは、その研磨条件における活性化エネルギ
−が低下するためである。この活性化されたケミカルな
反応は、シリコンウェハ表面のエッチングと反応層の形
成とに寄与するものであり、よって表面粗さの良いシリ
コンウェハを得るためには、研磨剤のｐＨを１０以内の
アルカリ、好ましくはｐＨ９〜１０に制御する条件が適
している。なお、ｐＨの調製はＫＯＨを用いて行なっ
た。上記表面粗さの計測は、何れも測定範囲１μｍ×１
μｍでＡＦＭ（Atomic Force Microscope）によった。
表面粗さとの関係を示した特性図であり、表面粗さはｐ
Ｈを特定値に制御することによって良くなることを示し
ている。これは、その研磨条件における活性化エネルギ
−が低下するためである。この活性化されたケミカルな
反応は、シリコンウェハ表面のエッチングと反応層の形
成とに寄与するものであり、よって表面粗さの良いシリ
コンウェハを得るためには、研磨剤のｐＨを１０以内の
アルカリ、好ましくはｐＨ９〜１０に制御する条件が適
している。なお、ｐＨの調製はＫＯＨを用いて行なっ
た。上記表面粗さの計測は、何れも測定範囲１μｍ×１
μｍでＡＦＭ（Atomic Force Microscope）によった。
【００１３】
【発明の効果】本発明によれば、上述したように研磨温
度を２５℃以内、研磨剤のｐＨを１０以内のアルカリ側
とすることにより、表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘのシリ
コンウェハ表面を得ることができる。このシリコンウェ
ハは高集積化の進んだ半導体素子の基板として用いられ
るものである。
度を２５℃以内、研磨剤のｐＨを１０以内のアルカリ側
とすることにより、表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘのシリ
コンウェハ表面を得ることができる。このシリコンウェ
ハは高集積化の進んだ半導体素子の基板として用いられ
るものである。
【図１】本発明の一実施例となるメカノケミカル加工に
おける加工モデルを説明する断面模式図。
おける加工モデルを説明する断面模式図。
【図２】同じく研磨装置の要部断面図。
【図３】同じく回転定盤温度とシリコンウェハの表面粗
さとの関係を示す特性図。
さとの関係を示す特性図。
【図４】同じく研磨剤のｐＨとシリコンウェハの表面粗
さとの関係を示す特性図。
さとの関係を示す特性図。
１…砥粒、 ２…反応層、
３…シリコン、４…回転定盤、 ５…研磨
クロス、 ６…研磨剤、７…キャリヤー、
８…シリコンウェハ、 ９…ウェハ貼付治
具。
３…シリコン、４…回転定盤、 ５…研磨
クロス、 ６…研磨剤、７…キャリヤー、
８…シリコンウェハ、 ９…ウェハ貼付治
具。
Claims (2)
- 【請求項１】表面粗さ０．３ｎｍＲｍａｘ以内の鏡面を
有する半導体素子用シリコンウェハ。 - 【請求項２】メカノケミカル加工によりシリコンウェハ
を鏡面研磨するに際し、研磨剤のｐＨを１０以下のアル
カリとし、研磨温度を２５℃以下として成り、表面粗さ
０．３ｎｍＲｍａｘ以内の鏡面を有する半導体素子用シ
リコンウェハの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19514192A JPH0645301A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 半導体素子用シリコンウェハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19514192A JPH0645301A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 半導体素子用シリコンウェハ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0645301A true JPH0645301A (ja) | 1994-02-18 |
Family
ID=16336132
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19514192A Pending JPH0645301A (ja) | 1992-07-22 | 1992-07-22 | 半導体素子用シリコンウェハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0645301A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0711854A1 (en) * | 1994-11-14 | 1996-05-15 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Epitaxial wafer and method for the preparation thereof |
| DE10147761B4 (de) * | 2000-09-28 | 2010-01-14 | Sharp K.K. | Verfahren zum Herstellen von Siliciumwafern |
| JP2013038435A (ja) * | 2012-09-13 | 2013-02-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶ウェーハの製造方法並びにシリコン単結晶ウェーハの評価方法 |
-
1992
- 1992-07-22 JP JP19514192A patent/JPH0645301A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0711854A1 (en) * | 1994-11-14 | 1996-05-15 | Shin-Etsu Handotai Company Limited | Epitaxial wafer and method for the preparation thereof |
| DE10147761B4 (de) * | 2000-09-28 | 2010-01-14 | Sharp K.K. | Verfahren zum Herstellen von Siliciumwafern |
| JP2013038435A (ja) * | 2012-09-13 | 2013-02-21 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | シリコン単結晶ウェーハの製造方法並びにシリコン単結晶ウェーハの評価方法 |
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