(57)【要約】【課題】  ＯＳＦを含むシリコン基板の重金属汚染を低減する。【解決手段】  ＯＳＦを含むシリコン基板に湿式エッチングを行って生成されるエッチング残り１を、ブラシスクラバ洗浄を行って機械的な衝撃を加えることにより、シリコン基板から除去しまたはシリコン基板上で移動させる。エッチング残り１がシリコン基板から除去されることにより、エッチング液に含まれエッチング残り１に付着していた重金属は除去される。また、エッチング残り１を除去しまたは移動させることにより、それまでエッチング残り１とシリコン基板との間に隠れていた部分も表に現れてＲＣＡ洗浄液に曝されるようになるため、そこに付着していた重金属も除去されるようになる。これにより、シリコン基板の重金属汚染を低減することが可能になる。【選択図】  図１
2006032653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の湿式エッチング工程を有する半導体装置の製造方法において、
酸化誘起積層欠陥を含むシリコン基板に湿式エッチングを行って生成されるエッチング残りを前記シリコン基板から除去しまたは前記シリコン基板上で移動させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング残りに機械的な衝撃を加えることによって、前記エッチング残りを前記シリコン基板から除去しまたは前記シリコン基板上で移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記エッチング残りは、ブラシスクラバ洗浄、超音波洗浄またはエアロゾル洗浄によって前記機械的な衝撃が加えられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチング残りに熱的な衝撃を加えることによって、前記エッチング残りを前記シリコン基板から除去しまたは前記シリコン基板上で移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング残りは、レーザ光照射による局所加熱によって前記熱的な衝撃が加えられることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記エッチング残りを酸化することによって、または酸化によって得られた酸化物を溶解することによって、前記エッチング残りを前記シリコン基板から除去しまたは前記シリコン基板上で移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記エッチング残りは、プラズマ酸化、オゾン酸化または酸化剤溶液への浸漬によって酸化されることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特にその製造プロセスに熱酸化処理を行った半導体基板の湿式エッチングプロセスを含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電力変換装置等に用いられるパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor - Field Effect Transistor）や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor，ＩＧＢＴ）には、表面側にデバイス構造を形成したシリコン基板の裏面側を研磨することによって、その素子の低損失化を図っているものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
例えば近年のＩＧＢＴは、それがｎチャネルＩＧＢＴであれば、ｎ-型のシリコン基板の表面側にゲート絶縁膜やゲート電極と共にｐ+ベース層やｎ+エミッタ層、表面電極（エミッタ電極）等のデバイス構造が形成され、基板内部をｎ-ドリフト層として、このシリコン基板の裏面側にｐ+コレクタ層および裏面電極（コレクタ電極）が形成されている。
【０００４】
このようにシリコン基板の裏面側にコレクタ層を有するＩＧＢＴを形成する場合には、前述のような低損失化を目的とし、例えば、厚さ約６００μｍの通常のシリコン基板を用いてその表面側にデバイス構造を形成した後、その表面に保護膜を形成し、さらに、その裏面をバックグラインド研磨して厚さ１００μｍ〜２００μｍ程度まで薄くする。その後、その裏面に導入された研磨ダメージを除去するため、および研削痕を除去するために、フッ酸−硝酸系のエッチング液を用いたスピンエッチャーによる湿式エッチングを行い、裏面からの厚さ約２０μｍ程度のシリコンを除去する。この湿式エッチング後は、ＲＣＡ洗浄を行い、裏面からのイオン注入および活性化アニールを行ってコレクタ層を形成し、その上にＡｕ等の電極蒸着を行ってコレクタ電極を形成する。
【特許文献１】特開２００３−５９８５６号公報（段落番号〔０００８〕〜〔００１３〕、図１〜図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリコン基板の表面側にデバイス構造を形成する工程の中に、ゲート絶縁膜形成工程のように酸化雰囲気下で高温かつ長時間の熱処理を行う工程が含まれると、シリコン基板内にはその奥深くまで酸化誘起積層欠陥(Oxidation induced Stacking Fault，ＯＳＦ)が導入されてしまう場合がある。
【０００６】
図３はシリコン基板内部のＯＳＦの配置模式図である。なお、図３では便宜上ＯＳＦを円状に表している。
ＯＳＦ１０は、通常はシリコン基板の（１１１）面等に沿って存在する面状の格子欠陥であり、この図３に示すように、例えばシリコン基板表面が（１００）面である場合に、その深さ方向に奥行きをもって存在している。
【０００７】
このようなＯＳＦを含むシリコン基板の裏面側を研磨して薄くした場合、その際の研磨ダメージおよび研削痕を除去するためにコレクタ層等の形成に先立って湿式エッチングを行うと、次の図４から図６に示すようなエッチング残りが生成されるようになる。
【０００８】
図４はＯＳＦを含むシリコン基板の湿式エッチング後の光学顕微鏡写真である。また、図５および図６はＯＳＦを含むシリコン基板の湿式エッチング後の電子顕微鏡写真である。
【０００９】
ＯＳＦを含んでいるシリコン基板に対して湿式エッチングを行った場合には、結晶欠陥部分であるＯＳＦがエッチングされにくく、エッチング後は、この図４から図６に示すように、シリコン基板表面にＯＳＦに起因するエッチング残りが生成される。
【００１０】
図７はエッチング残りの形成メカニズムを説明する模式図であって、（Ａ）は湿式エッチング前の状態、（Ｂ）は湿式エッチング途中の状態、（Ｃ）は湿式エッチング後の状態を示している。なお、図７では便宜上ＯＳＦを円状に表している。
【００１１】
ここでは図７（Ａ）に示すように、ＯＳＦ２０がシリコン基板内部の（１１１）面や（−１１１）面に存在する面状の格子欠陥であって、シリコン基板表面の（１００）面に対して深さ方向に奥行きをもって存在している場合を想定する。
【００１２】
このようなＯＳＦ２０を含んだシリコン基板表面に対して湿式エッチングを行うと、ＯＳＦ２０と無欠陥領域のシリコンとの間のエッチングレート差、すなわちＯＳＦ２０のエッチングレートの方が小さいことから、エッチングが進むにつれ、（１１１）面にあったＯＳＦ２０の転位ループ２１が現れてくるようになる。
【００１３】
この転位ループ２１は、本来はＯＳＦ２０が存在していた（１１１）面内にあり、シリコン基板表面の（１００）面に対し、（１００）面と（１１１）面とがなす角θ＝５４．７４°の角度を有している。しかし、この転位ループ２１は、エッチングが進んで図７（Ｂ）に示すようにその周囲のシリコンがなくなってしまうと、もはや（１００）面に対してその角度を維持したまま自立することができなくなる。その結果、転位ループ２１は、図７（Ｃ）に示すように、シリコン基板表面である（１００）面に貼り付いてしまうようになる。
【００１４】
また、さらにエッチングが進行すれば、この（１１１）面にあった転位ループ２１と共に、（−１１１）面内のＯＳＦ２０もある程度シリコン基板表面に現れるようになる。このように湿式エッチング後には、ＯＳＦ２０のほかに、転位ループ２１が芯となったエッチング残りがシリコン基板表面に残ってしまうようになる。
【００１５】
通常、このように表面に露出するＯＳＦ２０や転位ループ２１の芯には、湿式エッチングの際のエッチング液に含まれるＣｕやＦｅ等の重金属が付着しやすい。これらに一旦付着した重金属は除去されにくく、湿式エッチングに続いて行われるＲＣＡ洗浄後にも重金属が残っていると、その後に熱処理が行われたときにその付着していた重金属が拡散して固着してしまい、いわゆるデコレートされた状態になる。特に、転位ループ２１の裏側すなわちシリコン基板表面と接触している側は、ＲＣＡ洗浄液が入り込まないため、ＲＣＡ洗浄後も未洗浄のまま残ってしまい、熱処理時には重金属の固着が起こりやすい。湿式エッチング後にＯＳＦ２０や転位ループ２１に付着した重金属は、ＲＣＡ洗浄のみでは十分に除去することが難しい。
【００１６】
上記のようなＩＧＢＴ形成では、シリコン基板の裏面に熱処理を経てコレクタ層等が形成されるため、重金属が固着した転位ループ２１等が貼り付いているＯＳＦ２０が、素子内のｐｎ接合の空乏層を貫通するように存在する場合には、そのｐｎ接合のリーク電流の異常な増加を引き起こすことになる。
【００１７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、シリコン基板に含まれるＯＳＦの重金属による汚染を抑えて接合リーク電流を低減することのできる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では上記課題を解決するために、シリコン基板の湿式エッチング工程を有する半導体装置の製造方法において、酸化誘起積層欠陥を含むシリコン基板に湿式エッチングを行って生成されるエッチング残りを前記シリコン基板から除去しまたは前記シリコン基板上で移動させる工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
このような半導体装置の製造方法によれば、ＯＳＦを含むシリコン基板に湿式エッチングを行って生成されるエッチング残りが、例えばブラシスクラバ洗浄等によって機械的な衝撃が加えられるなどして、シリコン基板から除去されまたはシリコン基板上を移動する。エッチング残りがシリコン基板から除去されることにより、エッチング液に含まれエッチング残りに付着していた重金属を除去することができる。また、エッチング残りを除去しまたは移動させることにより、それまでエッチング残りとシリコン基板との間に隠れていた部分も表に現れ、例えばその後に行われるＲＣＡ洗浄の際にその洗浄液に十分に曝されるようになるため、重金属を除去しやすくなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法は、ＯＳＦを含むシリコン基板に湿式エッチングを行って生成されたエッチング残りをそこから除去しまたは移動させる。それにより、エッチング残りやその周辺に付着していた重金属を効果的に除去することが可能になり、シリコン基板の重金属汚染を抑え、これを用いた半導体装置のｐｎ接合のリーク電流を大幅に低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、ＩＧＢＴ形成に適用した場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。
【００２２】
この第１の実施の形態では、湿式エッチング後のシリコン基板の裏面をブラシスクラバ洗浄することによって重金属汚染を低減する。
通常、ｎチャネルＩＧＢＴ形成では、ｎ-型のシリコン基板の表面側にゲート絶縁膜やゲート電極と共にｐ+ベース層やｎ+エミッタ層、エミッタ電極等のデバイス構造が形成され（表面側プロセス）、基板内部をｎ-ドリフト層として、この基板の裏面側にｐ+コレクタ層およびコレクタ電極が形成される（裏面側プロセス）。
【００２３】
その場合、表面側プロセスでは、シリコン基板の表面側に、高温の熱酸化処理によって酸化シリコンのゲート絶縁膜を形成した後、ポリシリコンを堆積してゲート電極を形成する。ゲート電極の表面にＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）等を堆積し、シリコン基板の表面側に絶縁ゲート構造を形成する。
【００２４】
また、シリコン基板の表面側にはｐ+ベース層を形成し、このｐ+ベース層内にｎ+エミッタ層を形成する。そして、このｎ+エミッタ層に接するようにアルミニウムシリコン膜等を堆積して４００℃〜５００℃の熱処理を行い、エミッタ電極を形成する。エミッタ電極の表面にはポリイミド等の保護膜を形成する。
【００２５】
一方、裏面側プロセスでは、まず、表面側にデバイス形成を行ったシリコン基板を、その裏面側から所望の厚さまでバックグラインド研磨して薄くする。その後、研磨ダメージおよび研削痕の除去を目的として、フッ酸−硝酸系のエッチング液を用いてシリコン基板の裏面の湿式エッチングを行う。
【００２６】
この湿式エッチング後は、従来であればＲＣＡ洗浄を行うところ、この第１の実施の形態では、そのＲＣＡ洗浄前に、シリコン基板裏面の研磨面をブラシスクラバ洗浄する。
図１は第１の実施の形態のＩＧＢＴ形成方法を説明する模式図であって、（Ａ）はブラシスクラバ洗浄前の状態、（Ｂ）はブラシスクラバ洗浄後の状態を示している。
【００２７】
湿式エッチング後は、例えば図１（Ａ）に示すように、シリコン基板の裏面に、ＯＳＦの転位ループから生じたエッチング残り１が生成する。さらに、図１（Ａ）では、そのエッチング残り１の周りを覆うようにＯＳＦ２が存在している。例えば、このエッチング残り１は、シリコン基板の裏面を（１００）面としたときに、これと一定の角度を有する（１１１）面に存在していた転位ループから生じたものであり、また、エッチング残り１の周りにあるＯＳＦ２は、（−１１１）面に存在していたものである。
【００２８】
このような場合に、従来のように湿式エッチング後にＲＣＡ洗浄を行い、ＯＳＦや転位ループに重金属が残ったままその後にイオン注入や活性化アニールを行うと、そのときの熱処理によってそこに付着していた重金属が固着してしまうようになる。
【００２９】
これに対し、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前に、シリコン基板の裏面をブラシスクラバ洗浄すると、エッチング残り１には、ブラシによって機械的な衝撃が与えられる。この衝撃により、例えば図１（Ｂ）に示すように、エッチング残り１の全部または一部を、シリコン基板裏面から剥離して除去する、あるいはシリコン基板裏面上でその位置を移動させる、といったことが可能になる。
【００３０】
エッチング残り１がシリコン基板から除去されれば、そこに付着していた重金属が除去されることになる。また、エッチング残り１をシリコン基板から除去できなくても、その裏面上でその位置を移動できれば同様の効果を得ることが可能である。すなわち、エッチング残り１の除去や移動が起こると、それまでエッチング残り１とシリコン基板裏面との間に隠れていた部分が表側に現れるようになる。この状態でＲＣＡ洗浄を行えば、それらの部分がＲＣＡ洗浄液に十分に曝されるようになるため、シリコン基板裏面に付着していた重金属をＲＣＡ洗浄で除去することが可能になる。
【００３１】
ＲＣＡ洗浄後は、従来通り、シリコン基板の裏面側にボロン（Ｂ+）を注入してｐ+層を形成した後、電気炉を用いて３５０℃〜５００℃のアニールを行い、ｐ+層を活性化してｐ+コレクタ層を形成する。そして最後に、ｐ+コレクタ層の表面にＡｕ等の金属膜の電極蒸着を行い、コレクタ電極を形成する。
【００３２】
このようにブラシスクラバ洗浄を行うことにより、湿式エッチング後にシリコン基板裏面のエッチング残り１やその周辺に付着していた重金属を効果的に除去することが可能になる。エッチング残り１やその周辺に付着していた重金属が除去されれば、その後に熱処理を行っても、重金属の固着量を減らすことができるので、シリコン基板の重金属汚染を大幅に低減することができるようになる。したがって、形成後のＩＧＢＴにおいて、たとえＯＳＦがｐｎ接合の空乏層に達するような場合であっても、ｐｎ接合のリーク電流の発生を大幅に抑制することが可能になる。
【００３３】
なお、ここでは、ブラシスクラバ洗浄によってエッチング残り１に機械的な衝撃を与える場合を例にして述べたが、ブラシスクラバ洗浄に代えて、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前に超音波洗浄を行うようにしてもよい。このような超音波洗浄によってもエッチング残り１に機械的な衝撃が加えられ、それを除去しあるいは移動させてシリコン基板裏面から重金属を除去することが可能である。また、この超音波洗浄は、ＲＣＡ洗浄中に行うことも可能である。
【００３４】
また、ブラシスクラバ洗浄に代えて、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前に、例えば高速の微小ドライアイス粒子をシリコン基板裏面に吹き付けるエアロゾル洗浄を行うようにしてもよい。このようなエアロゾル洗浄によっても、エッチング残り１に機械的な衝撃を加え、それを除去しあるいは移動させてシリコン基板裏面から重金属を除去することが可能である。
【００３５】
次に、第２の実施の形態について説明する。
この第２の実施の形態では、湿式エッチング後のシリコン基板の裏面にレーザ光を照射することによって重金属汚染を低減する。
【００３６】
図２は第２の実施の形態のＩＧＢＴ形成方法を説明する模式図である。
第２の実施の形態のＩＧＢＴ形成では、シリコン基板表面側のデバイス構造の形成およびその裏面の湿式エッチングまでは第１の実施の形態と同じである。
【００３７】
そして、この第２の実施の形態では、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前に、シリコン基板３の基板裏面３ａに対し、レーザアニール装置を用いて高エネルギー密度のレーザ光４を走査しながら照射して、各照射領域を瞬間的に高温に加熱する。このようなレーザ光４の走査照射を行うことで、ＯＳＦ転位ループのエッチング残り５には、高温の局所加熱による熱的な衝撃が加えられる。この衝撃により、基板裏面３ａに存在しているエッチング残り５の全部または一部を、基板裏面３ａから剥離して除去する、あるいは熱応力による蒸発（アブレーション）によって基板裏面３ａから除去する、あるいは基板裏面３ａ上でその位置を移動させる、といったことが可能になる。
【００３８】
エッチング残り５が除去されると、上記第１の実施の形態において述べたように、そこに付着している重金属を除去することができるようになる。また、エッチング残り５の除去や移動が起こることでそれまで基板裏面３ａとの間に隠れていた部分が表側に現れるようになるため、ＲＣＡ洗浄の際にはその部分がＲＣＡ洗浄液に十分に曝されるようになり、基板裏面３ａに付着していた重金属を除去することが可能になる。
【００３９】
このＲＣＡ洗浄後は、基板裏面３ａ側からＢ+のイオン注入および所定温度の活性化アニールを行って基板裏面３ａにｐ+コレクタ層を形成し、その上にＡｕ等の電極蒸着を行ってコレクタ電極を形成する。
【００４０】
このようにレーザ光４の走査照射を行うことにより、上記第１の実施の形態と同様、シリコン基板の重金属汚染を大幅に低減することが可能になり、ｐｎ接合のリーク電流の発生を大幅に抑制することが可能になる。
【００４１】
次に、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態では、湿式エッチング後のシリコン基板の裏面をプラズマ酸化等で酸化することによって重金属汚染を低減する。このＩＧＢＴ形成では、シリコン基板表面側のデバイス構造の形成およびその裏面の湿式エッチングまでは第１の実施の形態と同じである。
【００４２】
そして、この第３の実施の形態では、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前に、シリコン基板の裏面に対し、例えばプラズマ酸化を行ってエッチング残りを酸化し、その酸化の応力によってエッチング残りの全部または一部をシリコン基板の裏面から除去しまたは裏面上で移動させる、あるいは酸化後のエッチング残りをフッ酸に溶解させて除去しまたは移動させる。
【００４３】
このようなエッチング残りの除去や移動が起こると、上記第１の実施の形態において述べたように、エッチング残りの除去と共に重金属を除去することができ、また、それまで基板裏面３ａとの間に隠れていた部分が表側に現れてＲＣＡ洗浄の際にはその部分がＲＣＡ洗浄液に十分に曝されるようになり、シリコン基板の裏面に付着していた重金属を除去することが可能になる。
【００４４】
ＲＣＡ洗浄後は、シリコン基板の裏面側からＢ+のイオン注入および所定温度の活性化アニールを行ってシリコン基板の裏面にｐ+コレクタ層を形成し、その上にＡｕ等の電極蒸着を行ってコレクタ電極を形成する。
【００４５】
このようにプラズマ酸化を行うことにより、上記第１，第２の実施の形態と同様、シリコン基板の重金属汚染を大幅に低減することが可能になり、ｐｎ接合のリーク電流の発生を大幅に抑制することが可能になる。
【００４６】
なお、ここでは、プラズマ酸化を行ってエッチング残りを酸化する場合を例にして述べたが、プラズマ酸化に代えて、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前にオゾン酸化を行うようにしてもよい。このようなオゾン酸化によってもエッチング残りが除去されまたは移動し、あるいはフッ酸に溶解可能になり、シリコン基板の裏面から重金属を除去することが可能になる。
【００４７】
また、プラズマ酸化やオゾン酸化のほか、湿式エッチング後ＲＣＡ洗浄前に、シリコン基板を過酸化水素水溶液等の酸化力を有する溶液（酸化剤溶液）中に浸漬してエッチング残りを酸化するようにしてもよい。このような方法によってもエッチング残りを除去することができ、シリコン基板の裏面がＲＣＡ洗浄液に十分に曝されるようになるため、重金属を効果的に除去することが可能である。
【００４８】
以上説明したように、熱酸化処理後のシリコン基板を湿式エッチングしたときに生成されるエッチング残りに機械的若しくは熱的な衝撃を加え、あるいはエッチング残りを酸化させる。それにより、湿式エッチング後に生成するエッチング残りのシリコン基板からの除去やシリコン基板上での移動を引き起こし、あるいは酸化後のエッチング残りを溶解させて除去することが可能になる。このようにしてエッチング残りを除去しあるいは移動させてからＲＣＡ洗浄を行うことにより、付着していた重金属を効果的に除去することができるようになる。そのため、その後の熱処理段階における重金属の固着の発生を抑え、シリコン基板の重金属汚染を大幅に低減して、ｐｎ接合リーク電流の発生を抑えたＩＧＢＴの形成が可能になる。
【００４９】
なお、以上の説明では基板裏面にコレクタ層を有するＩＧＢＴの形成を例にして述べたが、上記第１，第２，第３の実施の形態で述べた方法は、このようなＩＧＢＴに限らず、これと同様の素子構造を有する各種半導体装置の形成にも適用可能である。また、上記第１，第２，第３の実施の形態で述べた方法を複数組み合わせることによってシリコン基板から重金属を除去し、それを用いて半導体装置の形成を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の実施の形態のＩＧＢＴ形成方法を説明する模式図であって、（Ａ）はブラシスクラバ洗浄前の状態、（Ｂ）はブラシスクラバ洗浄後の状態を示している。
【図２】第２の実施の形態のＩＧＢＴ形成方法を説明する模式図である。
【図３】シリコン基板内部のＯＳＦの配置模式図である。
【図４】ＯＳＦを含むシリコン基板の湿式エッチング後の光学顕微鏡写真である。
【図５】ＯＳＦを含むシリコン基板の湿式エッチング後の電子顕微鏡写真（その１）である。
【図６】ＯＳＦを含むシリコン基板の湿式エッチング後の電子顕微鏡写真（その２）である。
【図７】エッチング残りの形成メカニズムを説明する模式図であって、（Ａ）は湿式エッチング前の状態、（Ｂ）は湿式エッチング途中の状態、（Ｃ）は湿式エッチング後の状態を示している。
【符号の説明】
【００５１】
１，５  エッチング残り
２  ＯＳＦ
３  シリコン基板
３ａ  基板裏面
４  レーザ光
【図１】
2006032653.tif 000003
【図２】
2006032653.tif 000004
【図３】
2006032653.tif 000005
【図４】
2006032653.tif 000006
【図５】
2006032653.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006032653.tif 000009