JP4123861B2

JP4123861B2 - 半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JP4123861B2
Application number: JP2002229192A
Authority: JP
Inventors: 尚志足立
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-08-06
Also published as: JP2004071836A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体基板の製造方法、詳しくは半導体単結晶基板の熱処理工程において、基板保持治具による保持を原因とした半導体単結晶基板の裏面に対する傷の発生またはパーティクルの付着を防ぐ半導体基板の製造技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、片面鏡面ウェーハの製造にあって、デバイスメーカからのウェーハの表面精度の要求が厳しくなっている。これにより、高精度な片面鏡面ウェーハに対しては、裏面研磨を施すことが一般的となっている。ウェーハの裏面が粗ければ、例えばデバイス作製時のフォトリソ工程で、真空チャックされたウェーハの裏面の凹凸がウェーハの表面（デバイス形成面）に転写され、露光時の焦点がぼやけたり、歩留りが低下するためである。
また、近年にあっては、シリコンウェーハの直径が２００ｍｍ（８インチ）から３００ｍｍ以上へと大口径化している。大口径ウェーハでは、各種の高温熱処理工程、成膜工程におけるウェーハの保持に際して、自重によるウェーハ変形を原因としたスリップの発生のおそれがある。
それを防ぐため、ウェーハ保持部が大きい基板保持治具を使用し、ウェーハの外周部の裏面を大きな面積で保持する方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、裏面が研磨されたウェーハの外周部を下方から大きな保持面積で保持すると、小さな保持面積で保持した場合よりも、基板保持治具のウェーハ保持面に付着したパーティクルなどが、ウェーハの裏面に転移する可能性が高くなる。しかも、ウェーハの外周部の裏面に基板保持治具との接触による傷が発生し、この傷に伴うパーティクルがウェーハの裏面に飛移する恐れもあった。
こうして発生したパーティクルは、その後の熱処理工程で、ウェーハの裏面に焼き付けられる。焼き付けられたパーティクルは、後工程のＳＣ−１液またはＳＣ−２液などによる洗浄では、ほとんど除去することができない。その結果、裏面にパーティクルを有するウェーハは、顕著な不良品を除き、そのままデバイスメーカに出荷されていた。これにより、デバイスメーカでは、前述したようにデバイス作製時のフォトリソ工程で、真空チャックされたウェーハの裏面の凹凸がウェーハの表面に転写されて露光時の焦点がぼやけたり、ウェーハの裏面から剥がれた一部のパーティクルが、新たにウェーハの表面に付着して歩留りを低下させていた。
従来、このような熱処理後のウェーハ裏面の課題を解消するため、基板保持治具からの発塵を低減する各種の方法が開発されている。しかしながら、これらの従来法は抜本的にパーティクルを低減することができる技術ではなかった。
【０００４】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、既存のエッチング装置または研磨装置などを使用し、熱処理後のウェーハの裏面を所定の厚さだけ除去すれば、基板保持治具に起因したパーティクルおよび傷などによる不良品の発生を低減できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、基板保持治具に起因したパーティクルおよび傷などによる不良品の発生を低減することができる半導体基板の製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、少なくとも表面が鏡面仕上げされたシリコン単結晶基板の内部に、その表面側から酸素イオンを注入する工程と、次に、このシリコン単結晶基板を、熱処理炉に挿入し、熱処理を行うことにより、シリコン酸化膜が表裏面に被着されたＳＩＭＯＸ基板を作製する工程と、次に、このＳＩＭＯＸ基板の表面を、チャック面との間に窒素ガスが供給されているベルヌーイチャックにより保持し、このＳＩＭＯＸ基板の裏面だけをＨＦ水溶液に接触させることにより、裏面側のシリコン酸化膜を除去する工程と、その後、このシリコン酸化膜が除去されたＳＩＭＯＸ基板の裏面にだけ、フッ酸と硝酸との混酸溶液を接触させてＳＩＭＯＸ基板の裏面を所定厚さだけエッチングする工程とを備えた半導体基板の製造方法である。
半導体基板としては、代表的なシリコンウェーハ以外にも、例えばガリウム砒素ウェーハ（ＧａＡｓウェーハ）などを採用することができる。
熱処理装置の種類は限定されない。例えば、半導体基板の表面に薄膜をそれぞれ形成するエピタキシャル成長装置、ＣＶＤ装置、スパッタリング装置および真空蒸着装置などを採用することができる。また、半導体基板を熱処理する装置は、この熱酸化装置の他、半導体基板の表面の平坦度を高める水素アニール装置、アルゴンアニール装置などを採用することができる。さらには、ＳＩＭＯＸ基板の作製時などに用いられるイオン注入後の高温アニール装置などを採用することができる。熱処理の条件は、熱処理装置の種類によりそれぞれ異なる。例えば、貼り合わせＳＯＩ基板の場合では酸化性ガスの雰囲気下で１１００℃程度の熱処理、ＳＩＭＯＸ基板の場合では埋め込みシリコン酸化膜を形成するために、酸化性ガスの雰囲気下で１３００℃以上の熱処理となる。
【０００７】
半導体基板の裏面から除去する厚さは、基板保持治具に起因したパーティクルおよび傷を除去可能な量である。この除去は、研磨、エッチングなどによる。
この半導体基板の裏面除去時には、デバイス形成面の損傷を最小限に抑えるため、半導体基板の表面側を非接触状態で保持する。これには、例えばベルヌーイチャック方式またはエッジクランプ方式などを採用することができる。特に、ＳＩＭＯＸ基板の場合には、表面シリコン層（活性層）の厚さが０．１〜０．２μｍ程度であるので、基板の表面に傷を発生させないように非接触式保持を利用したエッチングによる除去が好ましい。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、上記裏面のエッチング量は０．１〜２０μｍである請求項１に記載の半導体基板の製造方法である。
好ましい裏面からのエッチング除去量は０．１〜５μｍである。０．１μｍ未満ではパーティクルやキズの低減効果が乏しいという不都合が生じる。また、２０μｍを超えると表面精度の劣化（フラットネスの劣化）という不都合が生じる。
【０００９】
【作用】
この発明によれば、半導体基板を基板保持治具により保持し、熱処理装置により熱処理する。このとき、基板保持治具の基板支持面に存在するパーティクルが、基板の裏面に転移し、この熱処理時の熱により焼き付く。また、基板保持治具との接触により基板の外周部の裏面に傷も発生し、その傷に伴うパーティクルが、基板の裏面に付着して、同様に焼き付きが起きる。
その後、既存のエッチング装置または研磨装置などを使用し、熱処理後の半導体基板の裏面を若干量だけ除去する。その際、基板保持治具に起因した半導体基板の裏面に焼き付いたパーティクルおよび傷なども除去される。この結果、これらのパーティクルおよび傷などに起因した半導体基板の不良品、および、デバイスの不良品の発生を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例に係る半導体基板の製造方法を説明する。図１は、この発明の一実施例に係る半導体基板の製造方法を示すフローシートである。
【００１１】
両面鏡面仕上げされた直径３００ｍｍのシリコン単結晶基板を用い、大電流イオン注入装置を使用し、あらかじめ５５０℃に保持した炉内で、１８０ｋｅＶの加速電圧により、シリコン単結晶基板の内部に、その表面側から酸素イオンを４×１０¹⁷ａｔｍｓ／ｃｍ³で注入する。次に、シリコン単結晶基板をＳＣ−１洗浄およびＳＣ−２洗浄する。それから、縦型熱処理炉にシリコン単結晶基板を挿入し、アルゴンガス雰囲気中で、１３５０℃、酸素分圧０．５％、４時間の熱処理を行う。
その後、酸素分圧を５０％まで引き上げ、さらに７時間の熱処理を施す。これにより、所定の厚さの表面シリコン層１２とバルク層１３との間に埋め込みシリコン酸化膜１１が介されたＳＩＭＯＸ基板１０が得られる（図１（ａ））。
【００１２】
これらの熱処理時には、スリップ防止のため、リング形状のサセプタを用いて、シリコン単結晶基板の外周部の裏面が広範囲に保持される。その際、サセプタの基板支持面に存在するパーティクルが、ウェーハの裏面に転移し、その後、この熱処理時の熱によって焼き付けられる。また、サセプタとの接触により、シリコン単結晶基板の外周部の裏面に傷が発生する。しかも、その傷に伴って発生したパーティクルも基板裏面に焼き付く。そして、得られたＳＩＭＯＸ基板１０を炉内より取り出す。このＳＩＭＯＸ基板１０には、熱処理により厚さ０．４μｍ程度のシリコン酸化膜１４が被着されている。
【００１３】
次に、このＳＩＭＯＸ基板１０の表面を、チャック面との間に窒素ガスが供給されているベルヌーイチャック２０により保持する。それから、ＳＩＭＯＸ基板１０の裏面だけを例えば２５℃のＨＦ水溶液に５分間接触させる。これにより、上述した熱処理時、基板の露出面の全域に形成されたシリコン酸化膜１４のうち、裏面側のシリコン酸化膜１４の部分が除去される（図１（ｂ））。その後、このシリコン酸化膜１４が除去されたＳＩＭＯＸ基板１０の裏面にだけ、フッ酸と硝酸とを４：１で混合した混酸溶液（２５℃）を数秒〜数分間接触させる。これにより、ＳＩＭＯＸ基板１０の裏面側が、０．１〜２０μｍの範囲でエッチングされる（図１（ｃ））。エッチング量は、薬液の配合比，温度等の条件により変化するもので、適宜調整できる。
このとき、サセプタに起因してＳＩＭＯＸ基板１０の裏面に焼き付いていたパーティクルおよび傷が除去される。その結果、このようなパーティクルおよび傷などに起因したＳＩＭＯＸ基板１０の不良品の発生、および、デバイス作製時の例えばフォトリソ工程で、真空チャックされたＳＩＭＯＸ基板１０の裏面の凹凸がその表面に転写され、露光時の焦点がぼやけたりして発生したデバイスの不良品の個数を低減することができる。その後、ＳＩＭＯＸ基板１０はＳＣ−１洗浄およびＳＣ−２洗浄され、デバイスメーカに出荷される。
【００１４】
ここで、一実施例に示す製造方法（本発明）により作製されたＳＩＭＯＸ基板（試験例１〜６）と、従来の製造方法により作製されたＳＩＭＯＸ基板（比較例１）とについて、ＳＩＭＯＸ基板の裏面に対するパーティクルおよび傷の発生についての試験結果を報告する。パーティクルおよび傷の発生の度合いは、集光灯の下で、目視外観検査を実施することにより測定した。
このうち、比較例１では、作製されたＳＩＭＯＸ基板をＨＦ水溶液に５分間だけ浸漬し、その露出面の全域からシリコン酸化膜を除去した後、裏面のエッチングが施されないまま、ＳＣ−１洗浄およびＳＣ−２洗浄された。試験例１〜６では、混酸液によるＳＩＭＯＸ基板の裏面のエッチング量が、０．５μｍ（試験例１）、５μｍ（試験例２）、１０μｍ（試験例３）、２０μｍ（試験例４）、３０μｍ（試験例５）および５０μｍ（試験例６）となるようにエッチング条件を適宜変更した。その結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】

【００１６】
また、ＳＩＭＯＸ基板ではなく、アルゴンガス中で熱処理されたシリコン単結晶基板について、この発明法により得られたシリコン単結晶基板（試験例７）と、従来法により得られたシリコン単結晶基板（比較例２）に対する試験結果を報告する。使用されるシリコン単結晶基板は、一実施例に記載された方法と同じ方法で作製されたＣＺウェーハとし、これを縦型高温熱処理装置に挿入し、アルゴン雰囲気下で１２００℃、１時間だけ熱処理した。シリコン単結晶基板を支持するサセプタには、一実施例の場合と同じものを採用した。
比較例２のシリコン単結晶基板は、裏面のエッチングが施されないまま、ＳＣ−１洗浄およびＳＣ−２洗浄された。試験例７では、混酸液によるシリコン単結晶基板の裏面を５μｍだけエッチングした。その結果を同じく表１に示す。
【００１７】
表１から明らかなように、比較例１のＳＩＭＯＸ基板の外周部の裏面または比較例２のシリコン単結晶基板の外周部の裏面に、サセプタによるパーティクルが多発した。しかも、両裏面には傷も発生していた。これに対して、ＳＩＭＯＸ基板の裏面をエッチング、または、アルゴンガス雰囲気下で加熱処理されたシリコン単結晶基板の裏面をエッチングした試験例１〜７にあっては、パーティクルが大幅に低減し、傷の発生も抑えられた。しかも、その傷はエッチング量の増加に伴い低減する傾向が見られた。ただし、エッチング量が２０μｍの場合と３０μｍの場合とでは、顕著な差はなかった。
【００１８】
【発明の効果】
この発明によれば、熱処理後の半導体基板の裏面を若干量だけ除去するように構成したので、この裏面の除去時に、基板保持治具に起因して半導体基板の裏面に存在するパーティクルおよび傷などを除去することができる。その結果、半導体基板の不良品およびこの基板の表面に作製されるデバイスの不良品の発生頻度をそれぞれ低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体基板の製造方法を示すフローシートである。
【符号の説明】
１０ＳＩＭＯＸ基板。

Claims

少なくとも表面が鏡面仕上げされたシリコン単結晶基板の内部に、その表面側から酸素イオンを注入する工程と、
次に、このシリコン単結晶基板を、熱処理炉に挿入し、熱処理を行うことにより、シリコン酸化膜が表裏面に被着されたＳＩＭＯＸ基板を作製する工程と、
次に、このＳＩＭＯＸ基板の表面を、チャック面との間に窒素ガスが供給されているベルヌーイチャックにより保持し、このＳＩＭＯＸ基板の裏面だけをＨＦ水溶液に接触させることにより、裏面側のシリコン酸化膜を除去する工程と、
その後、このシリコン酸化膜が除去されたＳＩＭＯＸ基板の裏面にだけ、フッ酸と硝酸との混酸溶液を接触させてＳＩＭＯＸ基板の裏面を所定厚さだけエッチングする工程とを備えた半導体基板の製造方法。
上記裏面のエッチング量は０．１〜２０μｍである請求項１に記載の半導体基板の製造方法。