JP5479390B2 - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
まず、一般的にチョクラルスキー(CZ)法またはフローティングゾーン(FZ)法等により単結晶インゴットが製造される。この製造された単結晶インゴットは、ブロックに切断され、直径を揃えるために丸め加工(円筒研削工程)が施される。この単結晶インゴットブロックから複数のウェーハが切り出され(スライス加工工程)、切り出されたウェーハの周辺部の角を落とすために面取り(ベベリング加工工程)が施される。さらに、このウェーハ表面の凹凸を無くし、平坦度を高め、スライス時の加工歪を最小にするために機械研削(ラッピング加工工程)が施される。その後、機械研削時にウェーハの表面層に形成された加工歪み層が混酸エッチングなどにより除去される(エッチング工程)。
特に、従来からパワーMOS用半導体エピタキシャルウェーハの製造には、不純物を高濃度にドープしたP型あるいはN型のいずれかの導電型の低抵抗率のウェーハがエピタキシャル膜形成用の基板として用いられ、この場合、オートドーピングの発生が顕著となる。
その後、上記したミラーポリッシュ工程においてシリコンウェーハの表面側、すなわちエピタキシャル膜を気相成長させる側を片面研磨により鏡面研磨するが、CVDによる酸化膜形成工程によって歪みなどがシリコン表面に生じてしまうので、その歪みなどを除去するために、この片面研磨においてシリコン表面側を数ミクロン以上研磨して鏡面に仕上げる必要がある。
ここで、特許文献1には、CVDにより片面に酸化膜を成長させたウェーハを両面研磨装置により研磨することで鏡面と粗面を有し、平坦度の高いウェーハの加工を可能とした半導体ウェーハの製造方法が開示されている。
このようにすれば、シリコンウェーハの平坦度を更に向上でき、鏡面研磨面を高精度に仕上げることができる。
このような、後工程でのエピタキシャルウェーハ工程においてオートドーピングが発生し易い低抵抗率のシリコンウェーハを用いた場合においても、本発明によってドーパント揮散防止用保護膜としての酸化膜の傷を抑制し、オートドーピングを確実に防ぐことができるシリコンウェーハを製造できる。
このようにすれば、両面研磨において、酸化膜の傷をより確実に抑制でき、かつより確実に高平坦に研磨できる。
一般に、半導体エピタキシャルウェーハ製造用のシリコンウェーハには、オートドーピングを防止するために、ドーパント揮散防止用保護膜としての酸化膜がウェーハの裏面側に形成される。この酸化膜はCVDによって形成されるが、このCVDの際にシリコン表面に歪みが生じてしまう。この歪みを除去するため、エピタキシャル膜を気相成長させる側の表面を片側研磨によって鏡面に仕上げる際に研磨代を数ミクロン以上とする必要がある。しかし、このような研磨代での片面研磨によって平坦度が悪化してしまうという問題が生じる。
このように、従来の方法では、ドーパント揮散防止用の酸化膜の品質を保ちつつ、高平坦度を有するウェーハを製造することが困難であった。
まず、片面にドーパント揮散防止用の酸化膜を成長させた原料シリコンウェーハを以下のようにして準備する。尚、酸化膜を成長させるまでの工程は原則として従来と同様である。以下、原料シリコンウェーハの酸化膜を形成する側の面を裏面と呼び、酸化膜が形成されておらず、鏡面研磨してエピタキシャル膜を形成する側の面を表面と呼ぶことがある。
具体的には、CZ法またはFZ法等によりシリコンインゴットを製造する。そして、製造したシリコンインゴットを、所定長さのブロックに切断し、直径を揃えるために丸め加工(円筒研削工程)を施す。そして、シリコンインゴットからウェーハを切り出す(スライス加工工程)(図1(a))。
ここで、ウェーハの平坦度をより向上するために、後述するドーパント揮散防止用酸化膜成長工程の前、例えば上記エッチング工程後に、ウェーハを両面研磨することができる。特に直径300mmなどの大直径のウェーハを製造する場合にはより高い平坦度が要求されるので、このような両面研磨を行うことが好ましい。この両面研磨の際に用いる研磨布は特に限定されず、従来と同様のものを用いることができる。
ここで、このドーパント揮散防止用の酸化膜として、シリコン酸化膜を形成することができる。シリコン酸化膜は常圧CVD法による堆積や熱酸化による熱酸化膜の形成等によって容易に形成することができ、安価に製造することができる。
また、このドーパント揮散防止用の酸化膜の外周部をエッチング、又は機械的加工で除去しても良い。
図2に示すように、この両面研磨装置10は上下方向に相対向して設けられた上定盤11及び下定盤12を有している。上下定盤11、12の対向面側には、それぞれ研磨布21、22が貼付されている。上下定盤11、12はそれぞれ上下の定盤回転軸13、14によって互いに逆方向に回転可能となっている。
すなわち、酸化膜が形成された側(酸化膜表面側)に、ウレタン樹脂を塗布後に湿式凝固させて発泡させたスウェード系研磨布又は不織布にウレタン樹脂を含浸させたベロア系研磨布で、かつアスカーCゴム硬度が50°以上90°未満、より好ましくは50°以上70°以下の研磨布を用い、酸化膜を成長させていない表面を研磨する側(鏡面研磨する表面側)に、ウレタン単発泡体研磨布又は不織布にウレタン樹脂を含浸させたベロア系研磨布で、かつアスカーCゴム硬度が90°以上の研磨布を用いる。
そして、上定盤11に複数個配置されている研磨剤供給口18から研磨剤を供給しながら原料シリコンウェーハWを保持したキャリア17を自転及び公転させ、さらに上下定盤11、12を回転させつつ荷重を与えることで原料シリコンウェーハWを研磨する。
尚、使用する研磨剤は特に限定されず、例えば、コロイダルシリカ又はヒュームドシリカを用いることができる。
このようにすれば、ウェーハの鏡面研磨面を高精度に仕上げることができ、シリコンウェーハの平坦度を更に向上できる。本発明において、CVDによるシリコン表面の歪みは上記した両面研磨によって既に除去されているので、この片面研磨の研磨代は大きくする必要はなく、片面研磨によって平坦度が悪化することはない。
エピタキシャル工程におけるオードドーピングは、不純物を高濃度にドープした低抵抗率のウェーハを用いる場合に顕著に発生するが、本発明では、このような低抵抗率のシリコンウェーハを用いる場合であっても、確実にオードドーピングを防ぐことができるドーパント揮散防止用の酸化膜が形成された高平坦度のシリコンウェーハを製造することができる。
図1に示すような本発明のシリコンウェーハの製造方法によりシリコン単結晶ウェーハを製造し、酸化膜表面の傷の発生率を評価した。
まず、CZ法によりシリコン単結晶インゴットを引き上げ、スライスして直径300mm、結晶方位<100>、導電型がP型のシリコン単結晶ウェーハを600枚準備した。これらウェーハのエッジ部を面取りし、ラッピングを行い、ラッピングによる残留ひずみを取り除くためにエッチングを行った。その後、より高平坦化するために両面を鏡面研磨し、エッジ部からのパーティクルを低減するために鏡面面取りを行った。
その後、図2に示すような両面研磨装置を用い、シリコン単結晶ウェーハを酸化膜表面側を下にして保持し、両面研磨した。ここで、研磨布として、鏡面研磨する側、すなわち、酸化膜を成長させていない表面を研磨する側(上側)にウレタン単発泡体研磨布でアスカーCゴム硬度が90°のものを用い、酸化膜表面側(下側)に、スウェード系研磨布でアスカーCゴム硬度が85°(実施例1)、80°(実施例2)、70°(実施例3)、65°(実施例4)、50°(実施例5)のものを用いた。この両面研磨をそれぞれ100枚の上記シリコン単結晶ウェーハに対して行った。
原料ウェーハ:P型、結晶方位<100>、直径300mm
上側研磨布: ウレタン単発泡体、アスカーCゴム硬度90°
下側研磨布: スウェード系研磨布、アスカーCゴム硬度85°〜50°
研磨剤: コロイダルシリカ研磨剤
研磨荷重: 100g/cm2
研磨時間: 40分
研磨代: 4μm
そして、このシリコン単結晶ウェーハの酸化膜上の傷の発生率を、蛍光灯下にて目視によって傷の有無を検査することによって評価した。
その結果を図3に示す。ここで、図3における傷の発生率の値は、後述する比較例1の傷の発生率を1とした場合の数値を示している。図3に示すように、研磨布の硬度と傷の発生率には相関があり、研磨布の硬度が低いほど傷が少なくなっている。そして、比較例1の結果と比べ大幅に傷が抑制されており、特にアスカーCゴム硬度が70°以下場合では比較例1の1/10以下にまで傷が低減されている。
このように、本発明のシリコンウェーハの製造方法は、酸化膜の傷及び研磨量を抑制してそのドーパント揮散防止用保護膜としての品質を保てることが確認できた。
鏡面研磨する側(上側)の研磨布のアスカーC硬度を95°とした以外実施例3と同様な条件(下側の研磨布のアスカーCゴム硬度が70°)で300枚のシリコン単結晶ウェーハを製造し、その平坦度を評価した。
尚、平坦度として、ADE社製のAFS装置を用いてSFQR(MAX)を測定し、サイトサイズが26mm×8mmで外周2mmを除外した値とした。
その結果を実施例3で得られたものの値と合わせて図4に示す。図4に示すように、SFQR(MAX)の平均値は、アスカーCゴム硬度が90°の場合(実施例3)は50nm、アスカーCゴム硬度が95°の場合(実施例6)は45nmと高平坦であり、後述する比較例2、3の結果と比べ大幅に改善されていた。
酸化膜表面側に使用したスウェード系研磨布のアスカーCゴム硬度を90°とした以外、実施例1と同様な条件でシリコン単結晶ウェーハを製造し、実施例1と同様に評価した。
その結果を図3に示す。図3に示すように、傷の発生率はいずれの実施例と比べても大幅に悪化していた。
鏡面研磨する側(上側)の研磨布のアスカーCゴム硬度を60°、70°、80°、85°とした以外実施例6と同様な条件で300枚のシリコン単結晶ウェーハを製造し、その平坦度を評価した。
その結果を図4に示す。図4に示すように、SFQR(MAX)の平均値は実施例6の結果と比べ大幅に悪化していた。
このことから、鏡面研磨する側に用いる研磨布のアスカーC硬度は90°以上である必要があることが確認できた。
CVDによるシリコン単結晶ウェーハの裏面への酸化膜の形成及びエッジ部の酸化膜の除去までの工程を、実施例と同様の条件で行い、その後、本発明の両面研磨をすることなく、シリコン単結晶ウェーハの酸化膜を成長させていない鏡面研磨する側の表面を片面研磨装置を用いて鏡面研磨し、実施例6と同様に評価した。尚、CVDによる酸化膜形成工程で単結晶シリコン表面に生じた歪みを除去するために、研磨代を5μmに設定した。
ここで、研磨条件を以下に示す。
原料ウェーハ:P型、結晶方位<100>、直径300mm
研磨ヘッド: 真空吸着式
研磨布: ウレタン単発泡体、アスカーC硬度90°
研磨剤: コロイダルシリカ研磨剤
研磨荷重: 250g/cm2
研磨時間: 6分
研磨代: 5μm
このように、シリコン単結晶ウェーハの鏡面研磨を片面研磨装置を用いて上記したようなCVDによる酸化膜形成工程で単結晶シリコン表面に生じた歪みを除去するために必要な研磨代で研磨すると、平坦度が悪化してしまい、所望の高平坦度のシリコンウェーハを製造することができない。
15サンギア…、 16…インターナルギア、 17…キャリア、
18…研磨剤供給口、21、22…研磨布。
Claims (4)
- 原料シリコンウェーハの片面に化学気相成長法により酸化膜を成長させた後、該酸化膜を成長させていない側の前記原料シリコンウェーハの表面を研磨して、鏡面研磨面と酸化膜面とを有するシリコンウェーハを製造する製造方法であって、
前記酸化膜を成長させた後に、前記酸化膜表面側に、ウレタン樹脂を塗布後に湿式凝固させて発泡させたスウェード系研磨布又は不織布にウレタン樹脂を含浸させたベロア系研磨布で、かつアスカーCゴム硬度が50°以上90°未満の研磨布を用い、前記酸化膜を成長させていない表面を研磨する側に、ウレタン単発泡体研磨布又は不織布にウレタン樹脂を含浸させたベロア系研磨布で、かつアスカーCゴム硬度が90°以上の研磨布を用いて前記原料シリコンウェーハを両面研磨する工程を有することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。 - 前記両面研磨する工程の後に、前記鏡面研磨面を片面研磨装置を用いて研磨することを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記原料シリコンウェーハとして、抵抗率が0.1Ω・cm以下のシリコンウェーハを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコンウェーハの製造方法。
- 前記酸化膜表面側の研磨布のアスカーCゴム硬度が50°以上70°以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のシリコンウェーハの製造方法。
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