(57)【要約】【課題】本発明の目的は、良好な平坦度及び膜厚均一性を有し、さらに品質の高いエピタキシャルシリコンウェーハを提供することにある。【解決手段】鏡面研磨されたシリコンウェーハ１０（図１(ａ)）の表面上に、エピタキシャル膜２０を形成した後（図１(ｂ)）、前記シリコンウェーハの裏面のみに対し、研削加工処理、研磨加工処理あるいは化学エッチング処理を施し、エピタキシャル膜２０の形成時に前記シリコンウェーハ１０の裏面端部に付着したシリコン析出物２１を除去する（図１(ｃ)）ことを特徴とする。【選択図】図１
2011044491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡面研磨されたシリコンウェーハの表面上に、エピタキシャル膜を形成した後、前記シリコンウェーハの裏面のみに対し、研削加工処理、研磨加工処理あるいは化学エッチング処理を施し、エピタキシャル膜の形成時に前記シリコンウェーハの裏面端部に付着したシリコン析出物を除去することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコン析出物の除去の前処理として、前記エピタキシャル膜の表面に保護酸化膜を形成する請求項１記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記研削加工処理は、表面に粒径が1μm以下の固定砥粒を用いた研削加工処理である請求項１又は２記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記研磨加工処理は、鏡面研磨処理である請求項１又は２記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記化学エッチング処理は、スピンエッチング処理である請求項１又は２記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記保護酸化膜の膜厚が、5nm以上である請求項２記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記鏡面研磨されたシリコンウェーハは、その表面がSEMI規格で定義されるGBIRが200nm以下である請求項１〜６のいずれか１項記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、特に、高品質かつ平坦なエピタキシャルシリコンウェーハを得るための製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャルシリコンウェーハは、シリコン基板上に、厚さ数μmの単結晶シリコン層（エピタキシャル膜）を、主として気相成長させることによって形成した高品質ウェーハである。エピタキシャルシリコンウェーハは、デバイスメーカーの要請等に応じて、高濃度のボロン(B)やリン(P)といったドーパントを添加したウェーハを製造できる点で有効である。
【０００３】
そして、エピタキシャルシリコンウェーハには、高い品質及び平坦度が要求され、例えば特許文献１、２及び３に開示されているように、エピタキシャル膜を形成後のエピタキシャルシリコンウェーハの表面又は両面を鏡面研磨する製造方法が提案されている。この方法によれば、エピタキシャル膜表面を鏡面研磨することによって、エピタキシャルシリコンウェーハ全体の平坦度を調整することができ、一定の平坦度を有するエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平４−１２２０２３号公報
【特許文献２】特公平８−１７１６３号公報
【特許文献３】特開２００６−１９０７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３の発明では、いずれも良好な平坦度を有するエピタキャルシリコンウェーハを得ることができる点では効果があるものの、エピタキシャル膜は非常に活性であるため、平坦化のためにエピタキシャル膜表面を鏡面研磨処理すると、エピタキシャル膜表面に加工起因の新たな欠陥（ＰＩＤ：Polishing Induced Defect）やスクラッチ等が発生するという問題が判明した。
【０００６】
また、エピタキシャル成長を行う際、エピタキシャル膜を形成するために用いられる反応ガスが、シリコン基板の裏面に回り込むことによって、シリコンウェーハ裏面の端部にシリコン析出物が付着し、このようなシリコンウェーハ裏面の端部にシリコン析出物が付着した状態で、エピタキシャル膜表面を鏡面研磨すると、エピタキシャルシリコンウェーハ全体の平坦度を悪化させ、デバイス特性に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００７】
本発明の目的は、シリコンウェーハの裏面のみに対し所定の処理を施すことで、良好な平坦度及び膜厚均一性を有し、さらに品質の高いエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、鏡面研磨されたシリコンウェーハの表面上に、エピタキシャル膜を形成した後、前記シリコンウェーハの裏面のみに対し、研削加工処理、研磨加工処理あるいは化学エッチング処理を施し、エピタキシャル膜の形成時に前記シリコンウェーハの裏面端部に付着したシリコン析出物を除去することによって、前記エピタキシャル膜に加工を加えることによる欠陥の発生を防止でき、膜厚均一性に優れた高品質のエピタキシャル膜が得られると共に、ウェーハ裏面端部のシリコン析出物を選択的に除去できるため、高いウェーハ平坦度も実現できることを見出した。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）鏡面研磨されたシリコンウェーハの表面上に、エピタキシャル膜を形成した後、前記シリコンウェーハの裏面のみに対し、研削加工処理、研磨加工処理あるいは化学エッチング処理を施し、エピタキシャル膜の形成時に前記シリコンウェーハの裏面端部に付着したシリコン析出物を除去することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１０】
（２）前記シリコン析出物の除去の前処理として、前記エピタキシャル膜の表面に保護酸化膜を形成する上記（１）記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１１】
（３）前記研削加工処理は、粒径が1μm以下の固定砥粒を用いた研削加工処理である上記（１）又は（２）記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１２】
（４）前記研磨加工処理は、鏡面研磨処理である上記（１）又は（２）記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１３】
（５）前記化学エッチング処理は、スピンエッチング処理である上記（１）又は（２）記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１４】
（６）前記保護酸化膜の膜厚が、5nm以上である上記（２）記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【００１５】
（７）前記鏡面研磨されたシリコンウェーハは、その表面がSEMI規格で定義されるGBIRが200nm以下である上記（１）〜（６）のいずれか１項記載のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、良好な平坦度及び膜厚均一性を有し、さらに品質の高いエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に従うエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明するためのフロー図である。
【図２】本発明に従うエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法の別の実施形態について説明するためのフロー図である。
【図３】従来のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を説明するためのフロー図である。
【図４】本発明に用いられる研削装置の一例を示した断面図である。
【図５】本発明に用いられる研磨装置の一例を示した断面図である。
【図６】本発明に用いられるエッチング装置の一例を示した断面図である。
【図７】本発明例及び比較例で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハについて、それぞれの表面で観察された欠陥発生分布を示す観察図である。
【図８】本発明例及び比較例で製造されたエピタキシャルシリコンウェーハについて、それぞれの平坦度を評価した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法について、図面を参照しながら説明する。
本発明のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、図１に示すように、鏡面研磨されたシリコンウェーハ１０（図１(ａ)）の表面上に、エピタキシャル膜２０を形成した後（図１(ｂ)）、前記シリコンウェーハの裏面のみに対し、所定の研削加工処理、研磨加工処理又は化学エッチング処理を施し、エピタキシャル膜の形成時に前記シリコンウェーハの裏面端部に付着したシリコン析出物を除去する（図１(ｃ)）ことを特徴とする製造方法である。
【００１９】
上記構成を採用することで、前記エピタキシャル膜２０の表面２０ａに平坦化のための加工を加えることがないため、研削・研磨等の加工に起因した欠陥（ＰＩＤ、Scratch等）の発生を防止できることに加えて、エピタキシャル膜２０の膜厚均一性に優れたエピタキシャルシリコンウェーハが得られる。さらに、ウェーハ裏面１０ａ端部のシリコン析出物２１を選択的に除去できるため、エピタキシャルシリコンウェーハの高い平坦度も実現できる。
【００２０】
一方、従来のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、エピタキシャルシリコンウェーハの平坦化を目的としてエピタキシャル膜２０を鏡面研磨処理しており、エピタキシャル表面に加工に起因した欠陥（ＰＩＤ、スクラッチ等）の発生を防止することはできない。また、図３（ｃ）に示すように、ウェーハ裏面１０ａ端部にシリコン析出物２１が存在する状態でエピタキシャル膜２０表面を鏡面研磨すると、エピタキシャル膜２０外周部の厚みが低下(外周ダレ)してしまい、エピタキシャルシリコンウェーハ全体の厚み平坦度が低下してしまう。
【００２１】
なお、本発明によるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法では、エピタキシャル膜２０に発生する欠陥の防止を目的として、あえて前記エピタキシャル膜２０の表面２０ａに加工やエッチングを施していない。
また、本発明の製造方法に用いられる鏡面研磨されたシリコンウェーハ１０は、その表面上に精度よくエピタキシャル膜２０を形成することができるという点から、その表面がSEMI規格で定義されるGBIR（Global Back-side Ideal Range）が200nm以下とすることが好ましい。GBIRが200nm以内という高い平坦度の表面上に前記エピタキシャル膜２０を形成すれば、形成されたエピタキシャルシリコンウェーハ１の平坦度についても高く維持できる。
【００２２】
また、前記シリコンウェーハ１０上に形成されるエピタキシャル膜については、その用途によって、種々のエピタキシャル膜を形成することができる。エピタキシャル膜２０の形成条件等については、通常の方法に従って行えばよい。例えば、電気低効を変化させる場合には、アンチモン、ヒ素、ボロン等を添加したエピタキシャル膜２０を形成することができる。
【００２３】
本発明による製造方法においては、エピタキシャル成長後の前記シリコンウェーハ裏面１０ａに対して研削加工処理を施すことが好ましく、特に、粒度が1μm以下の固定砥粒が埋設された砥石（研削定盤）を用いて前記シリコンウェーハ裏面１０ａを研削することがより望ましい。これにより、シリコン析出物２１を確実に除去することができ、鏡面研磨処理した時と同等のウェーハ表面品質を有する平坦度に優れたエピタキシャルシリコンウェーハとすることができる。1μmサイズを超える固定砥粒を用いた場合には、前記シリコンウェーハ１０の裏面１０ａにキズなどの加工ダメージを与える恐れがある。
【００２４】
前記研削加工処理は、具体的には、図４に示すような研削装置５０によって行われる。図４に示すように、エピタキシャルシリコンウェーハ１を載置するための被処理体支持部であるターンテーブル５１が、駆動機構（図示せず）により鉛直軸回りに回転可能となるように設けられている。また、ターンテーブル５１の上方側には、研削用砥石５２及び研削用砥石５２を支持するための砥石支持手段５３が設けられ、この砥石支持手段５３は駆動機構（図示せず）により研削用砥石５２を鉛直軸回りに回転可能となるように構成されている。さらに、研削時にシリコンウェーハの裏面１０ａに研削水を供給するための給水ノズル５４が設けられる。そして、前記ターンテーブル５１上に、研削を行う裏面１０ａが上面となるように、エピタキシャルシリコンウェーハ１を載置した後、各駆動機構により固定砥粒が埋設された研削用砥石５２とターンテーブル５１とを相対的に回転させ、研削用砥石５２を前記シリコンウェーハ裏面１０ａの端部に押圧することで研削する。さらに、必要に応じて、前記研削処理の後に、前記シリコンウェーハの裏面１０ａ全体を研磨処理することもできる。
【００２５】
本発明による製造方法においては、エピタキシャル成長後の前記シリコンウェーハ裏面１０ａに対して研磨加工処理を施すことが好ましく、特に、鏡面研磨処理することがより望ましい。前記鏡面研磨処理を行えば、シリコンウェーハ裏面１０ａに加工ダメージ等を発生させることなく、確実に裏面端部のシリコン析出物２１を除去することができる。
【００２６】
前記研磨加工処理は、具体的には、図５に示すような研磨装置７０を用いて行われる。この研磨装置７０は、大きな円板であり、その底面中心に接続されたシャフト７３によって回転する回転定盤７１と、加圧ヘッド７６及びこれに接続して加圧ヘッド７６を回転させるシャフト７７からなるウェーハ保持具７２とを具える。前記回転定盤７１の上面には、研磨布７４が貼付けられ、前記加圧ヘッド７６の下面には、前記シリコンウェーハ１０が固着される研磨プレート７５が取付けられ、前記回転定盤７１の上部には研磨液２８を供給するための配管２９が設けられている。そして、前記シリコンウェーハ１０を固着した加圧ヘッド２２ａを下降させて、シリコンウェーハ１０に所定の圧力を加えながら押圧し、配管７９から研磨液２８を研磨布２４に供給しながら、加圧ヘッド２２ａと回転定盤２１とを同一方向に回転させるとともに、前記シリコンウェーハ裏面１０ａを前記研磨布７４へ押し付けることで研磨することができる。また、使用する研磨液７８は、コロイダルシリカなどの砥粒が含有されるものであっても、砥粒を含まないものであっても構わない。
【００２７】
また、本発明による製造方法における、エピタキシャル成長後の前記シリコンウェーハ裏面１０ａに対する所定の化学エッチング処理は、枚葉式のスピンエッチング処理であることが好ましい。枚葉式のスピンエッチング処理を用いれば、シリコンウェーハ裏面１０ａに供給するエッチング液の供給位置やシリコンウェーハ１０の回転数などを調整することにより、ウェーハ裏面１０ａに任意の表面形状を造りこむことができ、裏面端部のシリコン析出物２１のみを除去することも可能となる。
【００２８】
ここで、スピンエッチング処理とは、図６に示すように、枚葉式エッチング装置６０を用いたエッチング処理である。カップ６１内に配置された真空吸引式のウェーハチャック６２により前記シリコンウェーハ裏面１０ａが上面となるようにシリコンウェーハ１０を水平に載置し、ウェーハチャック６２によりシリコンウェーハ１０をスピンさせ、ウェーハ１０上方に設けられたエッチング液供給ノズル６３を、図６の矢印で示すように、水平に移動させながら、エッチング液供給ノズル６３からエッチング液６４を回転しているシリコンウェーハ裏面１０ａ上に供給することにより、前記ウェーハ裏面１０ａをエッチング処理して前記シリコンウェーハ裏面端部のシリコン析出物２１を除去する。また、エッチング液６４については、フッ酸、硝酸及びリン酸を含有した水溶液である（水溶液中に含まれるフッ酸、硝酸及びリン酸の混合割合は、質量％でフッ酸：硝酸：リン酸＝0.5〜40％：5〜50％：5〜70％に規定）。
【００２９】
また、図２に示すように、前記シリコンウェーハの裏面１０ａに付着した前記シリコン析出物２１の除去（図２(ｄ)）の前処理として、前記エピタキシャル膜２０の表面２０ａに保護酸化膜３０を形成すること（図２(ｃ)）が好ましい。保護酸化膜３０を設けることで、前記エピタキシャル膜２０に、研削装置や研磨装置等が直接接触することなく、前記シリコンウェーハ裏面１０ａの処理を行うことができるからであり、前記保護酸化膜３０を形成しない場合には、前記エピタキシャル膜２０の表面２０ａに前記装置の一部（例えばウェーハ真空吸着パットなど）が接触し、エピタキシャル膜２０の表層部に傷やダメージが発生する恐れがある。
【００３０】
さらに、前記保護酸化膜３０の膜厚が、5nm以上であることが好ましい。5nm未満の場合、膜厚が薄すぎるため、保護膜としての機能が低く、エピタキシャル膜表面２０ａの傷やダメージの抑制を十分に図ることができない恐れがあるからである。一方、前記保護酸化膜３０の膜厚が500nm超える場合、前記ウェーハ裏面１０ａの端部に付着したシリコン析出物２１を処理した後、保護酸化膜３０を除去するのに要する時間が大きくなることに加えて、ウェーハに反りが生じ、ウェーハ平坦度を低下させる恐れがあるからである。
【００３１】
なお、前記保護酸化膜３０の形成方法としては、例えば、常圧ＣＶＤ装置内にシランガス及び酸素ガスを導入して、約400℃の温度で熱処理することで、所望の膜厚の保護酸化膜３０を、前記エピタキシャル膜２０の表面２０ａ上に形成することができる。
【００３２】
また、前記エピタキシャル膜２０上に形成した前記保護酸化膜３０を除去する方法としては、例えば、HF水溶液を用いたエッチングを用いることができる。フッ酸濃度、処理時間等の処理条件は、保護酸化膜３０を完全に除去することが可能である条件であれば、処理時間が冗長にならず、表面荒れの発生等の好ましくない現象が発生しない範囲で、適宜設定することができる。
【００３３】
また、研削加工処理および研磨加工処理については、シリコンウェーハの裏面１０ａのみ加工処理する片面研削装置、片面研磨装置による加工例を例示したが、シリコンウェーハの裏面１０ａに付着したシリコン析出物２１の厚みよりも、エピタキシャル膜表面に形成する保護酸化膜３０の厚みを大きくしておくことにより、表裏面を同時に処理できる両面研削装置や両面研磨装置を用いることもできる。
【００３４】
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
【実施例】
【００３５】
（実施例１）
実施例１として、図１に示すように、SEMI規格で定義されるGBIRが約200nmの鏡面研磨された、直径サイズが300mmのシリコンウェーハ１０（図１(ａ)）の表面上に、膜厚5μmのエピタキシャル膜２０を形成した後（図１(ｂ)）、前記シリンウェーハ１０の裏面１０ａのみに対し、鏡面研磨処理を施し、エピタキシャル膜２０の形成時（図１(ｂ)）に前記シリコンウェーハ１０の裏面１０ａ端部に付着したシリコン析出物２１を除去する（図１(ｃ)）ことで、エピタキシャルシリコンウェーハ１を製造した。なお、図２に示すように、片面研磨処理によってシリコンウェーハの裏面１０ａに付着したシリコン析出物２１を除去（図２(ｄ)）する前処理として、ＣＶＤ装置内にシランガス及び酸素ガスを導入して、約400℃の温度で熱処理を行うことで、前記エピタキシャル膜２０の表面２０ａに膜厚５nmの保護酸化膜３０を形成した(図２(ｃ))。その後、このエピタキシャル膜２０上に形成した保護酸化膜３０の表面を真空吸着パッドにより保持して、シリコンウェーハ裏面１０ａのみに鏡面研磨を施して、裏面１０ａ端部に付着したシリコン析出物２１を除去した(図２(ｅ))。
【００３６】
（実施例２）
実施例２は、図５に示すように、スピンエッチング装置を用い、エッチング液としてフッ酸、硝酸及びリン酸を含有した水溶液を用いて、前記シリコンウェーハ１０の裏面１０ａ端部に付着したシリコン析出物２１を除去したこと（図１(ｃ)）以外は、実施例１と同様の条件によってエピタキシャルシリコンウェーハ１を製造した。
【００３７】
（比較例）
比較例として、図３に示すように、エピタキシャル膜２０の表面に保護酸化膜を形成せずに、両面研磨装置によって、エピタキシャル膜２０の表面およびシリコンウェーハ１０の裏面を同時に研磨して、シリコンウェーハ１０の裏面１０ａ端部に付着したシリコン析出物２１を除去したこと（図１(ｃ)）以外は、実施例１と同様の条件によってエピタキシャルシリコンウェーハ１００を製造した。
【００３８】
（エピタキシャル膜の品質評価）
実施例１、実施例２及び比較例で製造した各エピタキシャルシリコンウェーハ１００について、エピタキシャル膜２０表面の欠陥発生状況を、表面検査装置（Ｍａｇｉｃｓ）を用いて測定した。その結果を図７に示す。図７の結果からわかるように、エピタキシャル膜２０表面を研磨した比較例１では、多くの表面欠陥が観察され、観察された欠陥の中でも、ＰＩＤ欠陥が６０個以上観察されたのに対して、実施例１、２ではパーティクル起因の欠陥が多少観察されただけで、ＰＩＤ欠陥は観察されなかった。
【００３９】
（平坦度の評価）
実施例１、実施例２及び比較例で製造した、各エピタキシャルシリコンウェーハについて、平坦度測定器（ｗａｆｅｒｓｉｔｅ）を用いて平坦度（パーシャルサイト値）の測定を行った。その結果（相対比較）を図８に示す。図８からわかるように、エピタキシャル膜２０表面を研磨した比較例では、外周部のエピタキシャル膜厚みが大きく低下(外周ダレ)することが観察されたのに対して、実施例１、２ではウェーハ全面に亘りほぼ均一な膜厚分布を得ることができたことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明によれば、良好な平坦度及び膜厚均一性を有し、さらに品質の高いエピタキシャルシリコンウェーハを提供することが可能になった。
【符号の説明】
【００４１】
１、１００    エピタキシャルシリコンウェーハ
１０    シリコンウェーハ
２０    エピタキシャル膜
２１    シリコン析出物
３０    保護酸化膜
５０    研削装置
５１    ターンテーブル
５３    砥石支持手段
５４    給水ノズル
６０    枚葉式エッチング装置
６１    カップ
６２    ウェーハチャック
６３    エッチング液供給ノズル
６４    エッチング液
７０    研磨装置
７１    回転定盤
７２    ウェーハ保持具
７３    シャフト
７４    研磨布
７５    研磨プレート
７６    加圧ヘッド
７７    シャフト
７８    研磨液
７９    配管
【図１】
2011044491.tif 000003
【図２】
2011044491.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011044491.tif 000007
【図６】
2011044491.tif 000008
【図７】
2011044491.tif 000009
【図８】
2011044491.tif 000010