(57)【要約】【課題】鏡面研磨工程が簡略化し、生産性が高まってコストダウンが図れ、エピタキシャル膜の表面ラフネスも抑制可能な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。【解決手段】仕上げ鏡面研磨されていない鏡面シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を気相成長させる。その後、エピタキシャル膜の表面をＨＣｌガスエッチングするので、鏡面研磨工程が簡略化し、生産性が高まってコストダウンが図れ、エピタキシャル膜の表面ラフネスも抑制できる。【選択図】図１
2011091387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨が施されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を気相成長させ、
該エピタキシャル膜の気相成長後、該エピタキシャル膜の表面をＨＣｌガスによりエッチング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】
前記シリコンウェーハとして、砥粒を含まないアルカリ性水溶液に水溶性高分子が添加された研磨液によって研磨したものを使用する請求項１に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】
前記シリコンウェーハの表面の面粗さは、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を測定した際、ＲＭＳ表示で０．３ｎｍ以下である請求項１または請求項２に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】
前記エピタキシャル膜の厚さが１〜１０μｍである請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に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】
前記エピタキシャル膜の表面のＨＣｌガスによるエッチング条件は、ＨＣｌガスとキャリアガスとの混合ガスからなる雰囲気ガス中のＨＣｌガス濃度が０．３〜３．０％で、前記シリコンウェーハの加熱温度が１０００〜１１８０℃、エッチング時間が０．３〜５．０分間である請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に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】
この発明は、エピタキシャルシリコンウェーハの製造方法、詳しくはシリコンウェーハの鏡面研磨された表面に、エピタキシャル膜が気相成長したエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＯＳ用デバイスを作製する基板として、エピタキシャルシリコンウェーハが知られている。これは、表面が鏡面仕上げされたｐ型で低抵抗（０．０１Ω・ｃｍ程度）のシリコンウェーハに、単結晶シリコンからなる厚さ数μｍのｐ型のエピタキシャル膜を気相成長させたものである。
【０００３】
表面が鏡面仕上げされたシリコンウェーハは、チョクラルスキー（ＣＺ）法により育成された単結晶シリコンインゴットをスライスし、得られたシリコンウェーハに面取り、ラッピング（研削加工）、エッチングを順次施し、その後、ウェーハ表面の鏡面研磨を行うことで製造される。
一般的な鏡面研磨方法によれば、シリコンウェーハの表面に１次鏡面研磨、２次鏡面研磨、仕上げ鏡面研磨および各研磨段階後の洗浄が順次施される。鏡面研磨はその段階が移行する毎に、例えば研磨砥粒が微細化し、研磨布が低硬度化してウェーハ表面の面粗さが低い値となるように、ウェーハ表面に多段の研磨処理が施される。
【０００４】
ところが、このような多段階にわたる精密な鏡面研磨方法では、各段階で研磨と洗浄とが繰り返されることから、より高硬度化された低抵抗ウェーハになるほど、その研磨時間が長くなっていた。その結果、シリコンウェーハの表面の平坦度が低下し、ウェーハ表面にピットが生じるとともに、シリコンウェーハの外周部にダレや周期的な凹凸が発生し、これを原因として、エピタキシャル膜の表面の平坦度の低下を招いていた。また、１次鏡面研磨、２次鏡面研磨、仕上げ鏡面研磨などシリコンウェーハに対する多段研磨処理によってコストが高まるという問題があった。
【０００５】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば特許文献１が知られている。これは、エッチング後のシリコンウェーハの表面に、コロイダルシリカなどの遊離砥粒を含む研磨液を使用して１次鏡面研磨のみを施し、その研磨面にエピタキシャル膜を気相成長させるものである。この場合、１次鏡面研磨面の粗さは、原子間力顕微鏡を利用し、１μｍ×１μｍの測定面積域を測定したとき、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）表示で０．３ｎｍ以上１．２ｎｍ以下であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１２０８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の１次鏡面研磨で使用される研磨液には、遊離砥粒が含まれていた。そのため、原子間力顕微鏡による１μｍ×１μｍの測定面積域を測定した際、ＲＭＳ表示で０．３ｎｍ以上の表面粗さであった。また、このようなウェーハ表面にエピタキシャル膜を成膜した場合には、シリコンウェーハの表面粗さの影響がエピタキシャル膜を気相成長させた後も顕著に残り、エピタキシャル膜の表面ラフネスは大きくなってしまう。近年、エピタキシャルシリコンウェーハの表面で観察されるＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔｓ）のサイズやその個数を厳格に管理することが要求され、微小サイズＬＰＤの有無を保証するには、エピタキシャルシリコンウェーハの表面のラフネス精度を高める必要がある。
【０００８】
しかも、砥粒を含む研磨液を使用してウェーハ表面を１次鏡面研磨すれば、鏡面研磨中のメカニカル作用により、ウェーハ表層部に概ね深さ５ｎｍ以上の加工ダメージが数多く発生し、酸化膜耐圧特性が低下するという別の問題が生じてしまう。また、このようなウェーハ表面にエピタキシャル膜を成膜すれば、エピタキシャル膜の表面のＬＰＤ密度も高まる。さらには、研磨液中の砥粒の凝集を原因として、シリコンウェーハの１次鏡面研磨面には、マイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥なども発生する。その結果、ＬＰＤの発生量が増加する。具体的には、直径３００ｍｍのシリコンウェーハ１枚当たりで、１３０ｎｍサイズ以上のＬＰＤが１０００個以上も現出していた。
【０００９】
そこで、発明者は鋭意研究の結果、シリコンウェーハの仕上げ鏡面研磨が施されていない表面にエピタキシャル膜を気相成長させ、その後、エピタキシャル膜の表面をＨＣｌ（塩酸）ガスによりエッチングすれば、低コストでエピタキシャル膜の表面ラフネスを小さくしたエピタキシャルシリコンウェーハを提供できることを知見し、この発明を完成させた。
また、発明者は鋭意研究の結果、砥粒を含まずに水溶性高分子が添加されたアルカリ性水溶液の研磨液を使用してシリコンウェーハの表面を鏡面研磨し、その後、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を気相成長させれば、上述した研磨液中の遊離砥粒を原因としたＬＰＤの問題は全て解消することを知見し、この発明を完成させた。
【００１０】
すなわち、この発明は、仕上げ鏡面研磨を省略してエピタキシャルシリコンウェーハが製造可能となることで、鏡面研磨工程の簡略化により生産性が高まってコストダウンが可能となり、しかもエピタキシャル膜の表面ラフネスも小さくすることができる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を目的としている。
また、この発明は、鏡面研磨されたシリコンウェーハの表面に発生する加工起因のＬＰＤの密度を低減し、ウェーハ表面の表面粗さを小さくすることができる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を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨が施されたシリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を気相成長させ、該エピタキシャル膜の気相成長後、該エピタキシャル膜の表面をＨＣｌガスによりエッチングするエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法である。
【００１２】
本発明によれば、仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨を施したシリコンウェーハを用意し、そのウェーハ表面にエピタキシャル膜を気相成長させる。このように、仕上げ鏡面研磨を省略してのエピタキシャルシリコンウェーハの製造が可能となることで、鏡面研磨工程が簡略化し、生産性が高まりコストダウンを図ることができる。
ただし、仕上げ鏡面研磨を行わないことから、シリコンウェーハの表面ラフネスが大きくなり、シリコンウェーハの表面粗さの影響がエピタキシャル膜を気相成長させた後も顕著に残り、エピタキシャル膜の表面ラフネスは大きくなる。そこで、エピタキシャル膜の表面をＨＣｌガスによりドライエッチングする。その結果、ウェーハ表面に形成される境界層内を拡散するＨＣｌまたはこのＨＣｌの熱分解によって生じるＣｌ−基により、ウェーハ表面の凸部が凹部と比べてエッチングされ易い。よって、エピタキシャル膜の表面の凸部が優先的にエッチングされ、その表面ラフネスを小さくすることができる。
【００１３】
多数のエッチング（洗浄を含む）方法が存在する中で、ＨＣｌガスエッチングを採用した理由は、以下の通りである。すなわち、ＨＣｌガスはシリコンに対するエッチングレートが高く、エピタキシャル膜の表面全体を短時間でエッチングできる点と、ＨＣｌガスは半導体グレードの非常に高純度なガスで、表面ラフネスに優れかつ不純物汚染の少ないエピタキシャル膜を得ることができる点などが挙げられる。その他、エピタキシャル膜の成長後に別の工程を経ず、同一装置内で連続的にエピタキシャルシリコンウェーハを処理することも可能であって、エピタキシャルシリコンウェーハの量産製造に好適なプロセスを構築できる点も挙げられる。
【００１４】
シリコンウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。
シリコンウェーハの直径としては、例えば１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどが挙げられる。
現状、仕上げ鏡面研磨工程では、シリコンウェーハの表面の面粗さ（ラフネス）が、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を測定した際、ＲＭＳ表示で０．１ｎｍ未満レベルにまで低下させるように仕上げ鏡面研磨処理が行われている。このため、例えば研磨布として、硬度（ＪＩＳ−Ａ）が６０〜７０、圧縮率が３〜７％、圧縮弾性率が５０〜７０％のスエードタイプの仕上げ鏡面研磨用の研磨布を使用し、研磨剤として平均粒径が１０〜５０ｎｍの遊離砥粒（シリカなど）を含むものが採用される。また、研磨条件としては、例えば、研磨圧が１００ｇ／ｃｍ２前後、研磨量が０．５μｍ前後の鏡面研磨処理が採用される。
しかしながら、前述したように、シリコンウェーハに対する仕上げ鏡面研磨処理にコストがかかるという問題が発生し、また遊離砥粒の凝集などにより、マイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥なども発生する恐れがある。そのため、仕上げ鏡面研磨を省略することが有効となる。
【００１５】
また、仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨としては、後述するように、砥粒を含まないアルカリ性水溶液に水溶性高分子が添加された研磨液によって鏡面研磨することが望ましく、鏡面研磨処理後のシリコンウェーハの表面の面粗さが、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を測定した際、ＲＭＳ表示で０．３ｎｍ以下とすることが望ましい。これにより、エピタキシャル成長処理後に実施するＨＣｌガスエッチングとの相乗効果によって、エピタキシャル膜の表面のラフネスを極めて小さくしたエピタキシャルシリコンウェーハを得ることができる。
【００１６】
仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨に使用される研磨布としては、例えば硬度（ＪＩＳ−Ａ）が７５〜８５、圧縮率が２〜３％、ウレタン型のものを採用することができる。また、研磨布の素材としては、発泡性ポリウレタン、スエードタイプのポリウレタン、ポリエステル製の不織布なども採用することができる。
仕上げ鏡面研磨を除くウェーハ表面に対するその他の鏡面研磨条件としては、例えば、研磨レートが０．２〜０．６μｍ／分、研磨量が５〜２０μｍ、研磨荷重が２００〜３００ｇ／ｃｍ２、研磨時間が１０〜９０分、研磨中の研磨液の温度が２０〜３０℃を挙げることができる。また、研磨液としては、遊離砥粒を含むものでも、遊離砥粒を含まないものでもよい。遊離砥粒を含む研磨液としては、例えば主液である各種のアルカリ性水溶液（アミン、ＫＯＨ、ＮａＯＨなど）に、平均粒径５０〜２００ｎｍのシリカなどが分散したものを使用することができる。遊離砥粒を含まない研磨液としては、例えば主液に前記各種のアルカリ性水溶液を採用したものでもよい。
【００１７】
シリコンウェーハの鏡面研磨は、枚葉式の研磨装置を使用しても、複数枚のシリコンウェーハを同時に研磨するバッチ式の研磨装置を使用してもよい。
また、シリコンウェーハの研磨は、表面のみの片面研磨でも、ウェーハ表裏面を同時に研磨する両面研磨でもよい。両面研磨装置としては、サンギヤ（遊星歯車）方式のもの、または、キャリアプレートに自転をともなわない円運動をさせてシリコンウェーハの表裏両面を同時に研磨する無サンギヤ方式のものなどを採用することができる。特に、両面研磨装置を用いれば、一度の研磨処理でウェーハ表面だけでなくウェーハ裏面の高平坦化まで達成することができ、低コストで高平坦度なエピタキシャルウェーハの提供に有効となる。
【００１８】
さらに、同一の鏡面研磨処理条件で、ウェーハ表面を最後まで鏡面研磨してもよい。また、同一の研磨装置内で、研磨液（薬液）の組成や研磨条件を変更した鏡面研磨を複数回実施してもよい。多段の鏡面研磨を実施する場合には、例えば以下の方法で研磨を行う。すなわち、鏡面研磨の初期では、スライス、研削加工などで導入されたウェーハ表層部の加工ダメージを素早く除去できるように、アルカリ性水溶液や水溶性高分子などの薬液の濃度や研磨定盤の回転数を制御して高い研磨レートで研磨する。その後、各面研磨条件を変更し、鏡面研磨時にウェーハ表層部に新たな加工ダメージが導入されないように、低い研磨レートで研磨する。
【００１９】
鏡面研磨されたシリコンウェーハは、ウェーハ表面に付着した薬液やパーティクルを除去するため、エピタキシャル成長処理前に洗浄処理が施される。この洗浄処理としては、公知の繰り返しＳＣ１洗浄、オゾンとフッ酸との混合溶液による洗浄あるいはオゾン水洗浄とフッ酸溶液洗浄とを交互に行う繰り返し洗浄などを採用することができる。その際に用いる各洗浄液の液種、濃度、処理時間などは、成長させるエピタキシャル膜に汚染を生じず、パーティクルの除去ができるように、シリコンウェーハの表面を０．２〜１０ｎｍ程度除去可能な洗浄条件であればよい。
【００２０】
エピタキシャル膜の素材としては、例えば単結晶シリコンなどを採用することができる。
エピタキシャル膜の気相エピタキシャル成膜方法としては、例えば常圧気相エピタキシャル法、減圧気相エピタキシャル法、有機金属気相エピタキシャル法などを採用することができる。気相エピタキシャル法では、例えば、１つまたは複数のウェーハ収納部に、シリコンウェーハが横置き状態（表裏面が水平な状態）で収納される平面視して円形のサセプタが使用される。気相エピタキシャル法は、ウェーハと同じ素材をエピタキシャル成長させるホモエピタキシでも、ウェーハと異なる素材をエピタキシャル成長させるヘテロエピタキシでもよい。なお、エピタキシャル膜の厚みが薄いほど、エピタキシャル膜の性状はウェーハ表面性状の影響を大きく受けるので、１〜１０μｍの厚みのエピタキシャル膜を形成することが望ましい。
【００２１】
ＨＣｌガスは、キャリアガスにより希釈されて使用される。キャリアガスとしては、例えば水素ガス、アルゴンガスなどを採用することができる。
ＨＣｌガスによるエピタキシャル膜の表面のエッチング量は、１０〜１０００ｎｍである。１０ｎｍ未満では、エピタキシャル膜の表面ラフネスを十分に改善できない。また、１０００ｎｍを超えれば、ＨＣＩガスエッチングの処理時間が長くなり、生産性を低下させる。ＨＣｌガスによるエピタキシャル膜の表面の特に好ましいエッチング量は１０〜１００ｎｍである。この範囲であれば、１〜１０μｍの範囲のエピタキシャル膜の表面ラフネスを確実に改善することができるとともに、過度のＨＣｌガスエッチングによる生産性の低下を抑制できる。
【００２２】
エピタキシャル膜の表面に対するＨＣｌガスを用いたガスエッチング（ＨＣｌガスエッチング）のその他の条件は任意である。
このようなＨＣｌガスエッチングは、エピタキシャル成長装置の反応炉内で、エピタキシャル膜の成膜直後に実施してもよい。この場合には、専用のドライエッチング装置が不要となるとともに、両装置間でのエピタキシャルシリコンウェーハの移送の手間がかからない。もちろん、専用のドライエッチング装置を利用してもエピタキシャル膜の表面品質に何ら問題はない。
【００２３】
また、本発明では、前記シリコンウェーハとして、砥粒を含まないアルカリ性水溶液に水溶性高分子が添加された研磨液によって研磨したものを使用することが望ましい。
このように、砥粒を含まないアルカリ性水溶液の研磨液を使用し、エピタキシャル膜が成膜される直前のシリコンウェーハの表面に鏡面研磨を施すことで、鏡面研磨時のウェーハ表面は酸化エッチングと酸化物の剥離とを繰り返すケミカル作用により鏡面研磨される。その結果、砥粒を用いた鏡面研磨の場合に発生するメカニカル作用による加工ダメージを回避することができ、酸化膜耐圧特性が非常に優れたウェーハとすることができる。しかも、砥粒を使用しない研磨であるため、砥粒凝集に起因したマイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥発生などを大幅に低減可能で、その後に形成されるエピタキシャル膜の表面に発生するＬＰＤの密度も低減することができる。
【００２４】
また、砥粒を含まないアルカリ性水溶液中に水溶性高分子が添加されているので、研磨中の研磨荷重の一部を水溶性高分子が受け、摩擦係数を小さくすることができる。その結果、原子間力顕微鏡を用いて１μｍ×１μｍという小さい測定面積域でのＲＭＳ値だけでなく、１０μｍ×１０μｍという大きい測定面積域でのＲＭＳ値も０．３ｎｍ以下にまで低減することができ、表面粗さ品質に優れたエピタキシャル膜を有するエピタキシャルシリコンウェーハを製造することができる。
さらに、アルカリ性水溶液に添加された水溶性高分子が、研磨布とキャリアプレートとの間で摩擦の少ない被膜を形成し、摩擦係数をより効率良く低下させる。これにより、キャリアプレートの弾性変形が抑制され、キャリアプレートから発生する騒音を低減させることができる。さらに、砥粒を使用しないので、シリコンウェーハの外周部に鏡面研磨液中の砥粒が密集してウェーハ外周部の研磨が過度に進行し、外周ダレが発生するおそれも低減させることができる。
【００２５】
アルカリ性水溶液としては、ｐＨ８〜ｐＨ１４の範囲内に調整したアルカリ性水溶液を用いることが望ましい。アルカリ性水溶液がｐＨ８未満では、エッチング作用が低くなりすぎてしまい、シリコンウェーハの表面にスクラッチ、傷などの加工起因の欠陥が発生し易くなる。また、強塩基水溶液のようにｐＨ１４を超えれば、研磨液の取り扱いが困難になる。アルカリ剤（ｐＨ調整剤）としては、アンモニア水溶液、水酸化カリウムや水酸化ナトリウムの水酸化アルカリ性の水溶液、炭酸アルカリ性の水溶液を採用することができる。その他、ヒドラジンやアミン類の水溶液を採用することができる。研磨レートを高める観点から、特にアミンを用いることが望ましい。
【００２６】
前記アルカリ性水溶液に添加する水溶性高分子としては、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコールを使用することが望ましい。特に、ヒドロキシエチルセルロースは、高純度のものを比較的容易に入手でき、分子量が大きいため、研磨布とキャリアプレートとの間で摩擦の少ない被膜を形成し、摩擦係数をより効率良く低下させることができる。
また、前記アルカリ性水溶液に添加される水溶性高分子の濃度は、０．０１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの範囲に調整することが望ましい。水溶性高分子の濃度が０．０１ｐｐｍ未満では、研磨時の摩擦が大きくなり過ぎてしまい、鏡面研磨したウェーハ表面に加工起因の欠陥を生じてしまうおそれがある。また、１０００ｐｐｍを超えれば、研磨レートが極端に低下し、鏡面研磨処理に多大な時間を要することになる。
【００２７】
鏡面研磨前のシリコンウェーハの表面には、一般的に５〜２０Åの自然酸化膜が存在し、砥粒を含まないアルカリ性水溶液のみを使用するケミカルな研磨だけで、自然酸化膜を除去することは困難となる。そのため、鏡面研磨前に酸エッチング処理などによりシリコンウェーハの表面上の自然酸化膜を除去することが望ましい。あるいは、砥粒を使用する１次鏡面研磨を実施してシリコンウェーハの表面の自然酸化膜を除去後、２次研磨処理として、砥粒を含まないアルカリ性水溶液に水溶性高分子が添加された研磨液により、シリコンウェーハの表面を鏡面研磨することが望ましい。
【００２８】
また、本発明では、シリコンウェーハの表面の面粗さが、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を測定した際、ＲＭＳ表示で０．３ｎｍ以下となるように鏡面研磨した方が望ましい。
これにより、その後に形成されるエピタキシャル表面粗さ品質を高めることができる。ウェーハ表面の面粗さが０．３ｎｍを超える場合には、成長させたエピタキシャル膜の表面粗さが大きくなり過ぎてしまう。そのため、成長したエピタキシャル膜の表面をＨＣｌガスでエッチングしても、表面粗さ品質に優れたエピタキシャル膜を有するエピタキシャルシリコンウェーハの提供が困難となる。例えば、表面検査装置（ＳＰ−２：ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製）を用いて、５０ｎｍ、６０ｎｍサイズといった微小サイズのＬＰＤを検査する場合において誤検出を生じ易く、エピタキシャルシリコンウェーハの製品保証が困難となる。
【００２９】
さらに、本発明では、前記エピタキシャル膜の厚さを１〜１０μｍとした方が望ましい。
エピタキシャル膜の厚さを１〜１０μｍとすれば、エピタキシャル膜の表面ラフネスを高めることができる。すなわち、エピタキシャル膜の膜厚が１μｍ未満では、エピタキシャル膜が薄すぎるため、ウェーハ表面のラフネス（凹凸）形状がそのままエピタキシャル膜の表面に引き継がれてしまい、エピタキシャル膜の表面ラフネスが低下してしまう。エピタキシャル膜を厚く形成するほどウェーハ表面のラフネスの影響を抑制することができる。ただし、１０μｍを超えれば、長時間のエピタキシャル成長処理が必要となって生産性が低下し、製造コストの高騰を招く。エピタキシャル膜の膜厚を１〜１０μｍの範囲とすることで、表面ラフネスを抑制した表面品質に優れるエピタキシャルシリコンウェーハを安定的に低コストで製造することができる。
【００３０】
また、本発明では、前記エピタキシャル膜の表面のＨＣｌガスによるエッチング条件を、ＨＣｌガスとキャリアガスとの混合ガスからなる雰囲気ガス中のＨＣｌガス濃度が０．３〜３．０％、前記シリコンウェーハの加熱温度が１０００〜１１８０℃、エッチング時間が０．３〜５．０分間とした方が望ましい。これにより、生産性を低下させることなく、ラフネス改善に必要なＨＣｌガスエッチング量が得られる。
【００３１】
ＨＣｌガスの濃度が０．３（容量）％未満では、ラフネス改善に必要なＨＣｌガスエッチング量を得るために時間がかかりすぎてしまい、生産性が低下する。また、３．０％を超えれば、ＨＣｌガスエッチング能が過大となりすぎるため、エピタキシャル成長中に生じた炉内副生成物が剥離し、剥離した副生成物がウェーハに付着して生じるＬＰＤの増加を招く。特に、ＨＣｌガスの好ましい濃度は、０．６〜１．５％である。この範囲であれば、ＨＣｌガスエッチング能を適切な状態に維持することができ、生産性を下げることなくＨＣｌガスエッチングが行える。しかも、過剰なＣｌ−基が炉内部材と反応することがないので、ウェーハへの金属汚染を防止することができ、しかも炉内副生成物を剥離させて、ＬＰＤの発生を防止することができる。
【００３２】
シリコンウェーハ（エピタキシャルシリコンウェーハ）の加熱温度が１０００℃未満では、必要なＨＣｌガスエッチング能を得られない。また、１１８０℃を超えれば、シリコンウェーハが高温に晒されて歪やスリップが発生する。シリコンウェーハの好ましい加熱温度は、１０５０〜１１５０℃である。この範囲であれば、エピタキシャル成長温度からＨＣｌガスエッチング温度まで温度を変化させて安定化させる時間を短縮でき、生産性を低下させずにエピタキシャル成長が可能となる。
【００３３】
エピタキシャル膜の表面のエッチング時間が０．３分間未満では、ラフネス改善に必要なＨＣｌガスエッチング量が得られない。また、５．０分間を超えれば、エピタキシャルシリコンウェーハの生産性が低下する。エピタキシャル膜の表面の好ましいエッチング時間は、０．３〜３．０分間である。この範囲であれば、ラフネス改善に十分なＨＣｌガスのエッチング量が得られるとともに、エピタキシャルシリコンウェーハの生産性の低下を抑制できる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、シリコンウェーハの表面に仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨を施したものとし、その後、ウェーハ表面にエピタキシャル膜を気相成長させるので、鏡面研磨工程が簡略化し、生産性が高まりコストダウンを図ることができる。
さらに、表面粗さが大きいウェーハ表面に成膜した影響で、ラフネスが大きくなったエピタキシャル膜の表面を、混合ガス中のＨＣｌガスによりエッチングするので、エピタキシャル膜の表面ラフネスを小さくすることができる。
【００３５】
特に、本発明では、砥粒を含まないアルカリ性水溶液に水溶性高分子が添加された研磨液を用いて、エピタキシャル膜の成膜前のシリコンウェーハの表面に仕上げ鏡面研磨を除く鏡面研磨を施した方が望ましい。これにより、砥粒凝集に起因したマイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥発生などを大幅に低減可能で、その後に形成されるエピタキシャル膜の表面に発生するＬＰＤの密度も低減することができる。
【００３６】
また、本発明では、鏡面研磨後のシリコンウェーハの表面の面粗さを０．３ｎｍ以下とした方が望ましい。これにより、その後に形成されるエピタキシャル膜の表面粗さ品質を高めることができる。
さらに、本発明では、エピタキシャル膜の厚さを１〜１０μｍとした方が、エピタキシャル膜の表面ラフネスを小さくできるので望ましい。
【００３７】
さらにまた、本発明では、エピタキシャル膜の表面に対してのＨＣｌガスを使用したエッチング条件を、雰囲気ガスが０．３〜３．０％のＨＣｌガスとキャリアガスとの混合ガス、シリコンウェーハの加熱温度が１０００〜１１８０℃、エッチング時間が０．３〜５．０分間とした方が望ましい。これにより、生産性の低下を招くことなく、ラフネスを改善するために十分なＨＣｌガスエッチング量が得られる。しかも、ＨＣｌガスエッチングにより金属汚染やＬＰＤの発生を起こさない。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】この発明に係る実施例１のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法のフローシートである。
【図２】この発明に係る実施例１のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に用いられる無サンギヤ方式の両面研磨装置の斜視図である。
【図３】この発明に係る実施例１のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に用いられる無サンギヤ方式の両面研磨装置の要部縦断面図である。
【図４】この発明に係る実施例１のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法に用いられる気相エピタキシャル成長装置の要部拡大縦断面図である。
【図５ａ】ＨＣｌガスエッチング前のエピタキシャル膜の表面について、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を観察したときの面粗さを示す３次元グラフである。
【図５ｂ】ＨＣｌガスエッチング後のエピタキシャル膜の表面について、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を観察したときの面粗さを示す３次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図１のフローシートを参照して、この発明の実施例１に係る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。ここでは、バイポーラＩＣ用デバイスを作製するエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法を例とする。
すなわち、実施例１のエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法は、結晶引き上げ工程、結晶加工工程、スライス工程、面取り工程、ラッピング工程、エッチング工程、鏡面研磨工程、洗浄工程、エピタキシャル成長工程、ＨＣｌガスエッチング工程、最終洗浄工程を備えている。
【００４０】
以下、前記各工程を具体的に説明する。
結晶引き上げ工程では、坩堝内でボロンが所定量ドープされたシリコンの溶融液から、チョクラルスキー法により直径３０６ｍｍ、直胴部の長さが２５００ｍｍ、比抵抗が０．０１Ω・ｃｍ、初期酸素濃度１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３の単結晶シリコンインゴットが引き上げられる。
【００４１】
次に、結晶加工工程では、１本の単結晶シリコンインゴットが、複数の結晶ブロックに切断され、その後、各結晶ブロックの外周研削が行われる。具体的には、♯２００の砥粒（ＳｉＣ）を含むレジノイド研削砥石を有した外周研削装置により、結晶ブロックの外周部が６ｍｍだけ外周研削される。これにより、各結晶ブロックが円柱状に成形される。
スライス工程では、三角配置された３本のグルーブローラにワイヤが巻掛けられたワイヤソーが用いられる。ワイヤソーによりシリコン単結晶から、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍの多数枚のシリコンウェーハがスライスされる。
【００４２】
次の面取り工程では、回転中の面取り用砥石をシリコンウェーハの外周部に押し付けて面取りする。
ラッピング工程では、両面ラッピング装置によりシリコンウェーハの表裏面を同時にラッピングする。すなわち、このシリコンウェーハの表裏面を、所定速度で回転中の上下のラップ定盤間でラッピングする。
エッチング工程では、エッチング槽内の酸性エッチング液に、ラッピング後のシリコンウェーハを浸漬してエッチングし、面取りおよびラッピングによるダメージやシリコンウェーハの表面の自然酸化膜を除去する。シリコンウェーハの表面に自然酸化膜が形成された状態で、砥粒を含まない研磨液により鏡面研磨を行えば、研磨初期の加工レートが小さくなる。そこで、予めシリコンウェーハの表面の酸化膜をエッチングにより除去しておくことが有効となる。ただし、砥粒を含む研磨液を使用する場合には、これは不要となる。
【００４３】
鏡面研磨工程では、無サンギヤ方式の両面研磨装置を用い、砥粒を含まないアルカリ性水溶液に水溶性高分子が添加された研磨液を使用し、シリコンウェーハの表裏面（両面）を同時に鏡面研磨する。
以下、図２および図３を参照して、無サンギヤ方式の両面研磨装置を具体的に説明する。
図２および図３に示すように、両面研磨装置の上定盤１２０は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転駆動される。また、上定盤１２０は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。昇降装置１８は、シリコンウェーハ１１をキャリアプレート１１０に給排する際等に使用される。なお、上定盤１２０および下定盤１３０のシリコンウェーハ１１の表裏面に対する押圧は、上定盤１２０および下定盤１３０に組み込まれた図示しないエアバック方式等の加圧手段により行われる。下定盤１３０は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。キャリアプレート１１０は、そのプレート１１０自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１０の表面と平行な面（水平面）内で円運動する。
【００４４】
キャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１０を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。キャリア円運動機構１９とキャリアホルダ２０とは、連結構造を介して連結されている。
キャリアホルダ２０の外周部には、９０°ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂの上下面の中心部を貫通して形成された軸孔には、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが、その軸孔内で回転自在に挿入されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。各回転軸２４ｂは、リング状の装置基体２５に周方向へ９０°ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる。
【００４５】
４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂは長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。ギヤ２８は、円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。
したがって、円運動用モータ２９を起動すれば、その回転力は、ギヤ２８，３０および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、タイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して各回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１０が、このプレート１１０に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。
【００４６】
すなわち、キャリアプレート１１０は、上定盤１２０および下定盤１３０の軸線ｅから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。両定盤１２０，１３０の各対向面には、硬度（ＪＩＳ−Ａ）が８０、圧縮率が２．５％のウレタン型の研磨布１５が貼張されている。
この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転を伴わない円運動により、キャリアプレート１１０上の全ての点は、同じ大きさ（半径ｒ）の小円の軌跡を描く。これにより、キャリアプレート１１０に形成されたウェーハ収納部１１ａに収納されたシリコンウェーハ１１が、両研磨定盤１２０，１３０の回転方向を反対とし、研磨定盤１２０，１３０の回転速度、研磨圧、研磨時間などを調整し、研磨量が片面５μｍ（両面１０μｍ）となるように、１回のみの両面同時鏡面研磨を施す。
この両面研磨時、両研磨布１５には、ｐＨが１０．５のアミン水溶液（アルカリ性水溶液）にヒドロキシエチルセルロース（水溶性高分子）が１００ｐｐｍ添加された砥粒を含まない研磨液が所定の流量で供給される。
【００４７】
このように、シリコンウェーハ１１に仕上げ鏡面研磨を施さないことで、鏡面研磨工程が簡略化し、生産性が高まりコストダウンを図ることができる。
また、鏡面研磨用の研磨液として、砥粒を含まないアミン水溶液にヒドロキシエチルセルロースが添加されたものを採用したので、研磨中の研磨荷重の一部をヒドロキシエチルセルロースが受け、摩擦係数を小さくすることができる。その結果、酸化膜耐圧特性に優れ、かつマイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥発生などを大幅に低減可能で、その後に形成されるエピタキシャル膜の表面のＬＰＤの密度を低減させることができる。さらに、シリコンウェーハ１１の表面の粗さを小さくでき、その後に形成されるエピタキシャル膜の表面粗さ品質を高めることができる。
【００４８】
また、アミンの水溶液にヒドロキシエチルセルロースを添加したことで、ヒドロキシエチルセルロースが研磨布とキャリアプレートとの間で摩擦の少ない被膜を形成し、摩擦係数をより効率良く低下させ、キャリアプレート１１０の弾性変形が抑制され、キャリアプレート１１０から発生する騒音も低減することができる。さらには、シリコンウェーハ１１の外周部に研磨液中の砥粒が密集し易いことに起因して、シリコンウェーハ１１の外周部の研磨が過度に進行し、外周ダレが発生するおそれも低減することができる。
さらに、この研磨液に、アルカリ性水溶液に対してジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ；キレート剤）を添加してもよい。キレート剤の添加により、研磨液に含まれる銅イオンなどの金属イオンをキレート剤が捕獲、錯体化して、研磨後のシリコンウェーハの金属汚染の度合いを低減することができる。
鏡面研磨されたシリコンウェーハ１１には、洗浄工程が施される。ここでは、各シリコンウェーハ１１に対して、アルカリ溶液と酸溶液とを使用したＳＣ１洗浄が行われる。
【００４９】
ＳＣ１洗浄（ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：２：７の容量比で混合して調製したＳＣ１洗浄液を用い、各表面を４ｎｍエッチング）後のウェーハ表面をパーティクルカウンタ（ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳｕｒｆｓｃａｎ  ＳＰ２の「ＳＰ２ＸＰ」）で検査したところ、ＬＰＤの検出数（何れも１３０ｎｍ以上をカウント）は１４０個／ウェーハであり、非常にＬＰＤ密度が低いものであった。
また、シリコンウェーハ１１の表裏面の表面ラフネスは、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を観察したＲＭＳ表示で０．２７７ｎｍであり、良好な結果が得られた。面粗さ（ラフネス）の観察には、Ｖｅｅｃｏ社製の原子間力顕微鏡である「マルチモードＡＦＭ」を採用した。この装置は、カンチレバーを共振周波数近傍（振幅２０〜１００ｎｍ）で加振させ、試料ウェーハの表面にカンチレバーを断続的に接触させながらウェーハ表面の凹凸を観察するタッピングＡＦＭである。その力検出モードはダイナミック、分解能は１ｎｍ、試料ウェーハに作用する力は大気中で０．１〜１ｎＮ、測定ポイントは１ｐｏｉｎｔ／ウェーハ（Ｃｅｎｔｅｒ）で、粗さ指標（高さ方向の振幅平均パラメータ）は、二乗平均平方根粗さ（旧ＲＭＳ）である。
【００５０】
なお、砥粒を含まない研磨液に代えて、例えば平均粒径が４０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒を含むｐＨ１０．５に調整したＫＯＨ水溶液からなる研磨液を採用した場合、ＬＰＤの検出数は１８５０個／ウェーハであり、シリコンウェーハ１１の表裏面の表面ラフネスは、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を観察したＲＭＳ表示で０．４５８ｎｍであった。
【００５１】
次に、図４を参照して、枚葉式の気相エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル成長工程を具体的に説明する。
図４に示すように、気相エピタキシャル成長装置６０は、上下にヒータが配設されたチャンバの中央部に、平面視して円形で、シリコンウェーハ１１が１枚載置できるサセプタ６１が水平配置されたものである。サセプタ６１は、カーボン製の基材をＳｉＣによりコーティングしたものである。
サセプタ６１の上面の内周部には、シリコンウェーハ１１を横置き状態（表裏面が水平な状態）で収納する凹形状のザグリ（ウェーハ収納部）６２が形成されている。ザグリ６２は、周壁６２ａと、幅６ｍｍの平面視して環状の段差６２ｂと、底板（ザグリの底壁面）６２ｃとからなる。
チャンバの一側部には、チャンバの上部空間に、所定のキャリアガス（Ｈ２ガス）と所定のソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）とを、ウェーハ表面に対して平行に流すガス供給口が配設されている。また、チャンバの他側部には、ガスの排気口が形成されている。
【００５２】
エピタキシャル成長時には、シリコンウェーハ１１をザグリ６２に、ウェーハ表裏面を水平にして横置きする。次に、シリコンウェーハ１１の表面の自然酸化膜やパーティクルの除去を目的として、チャンバ内に水素ガスを供給し、１１３０℃の温度で６０秒間の水素ベークを行う。その後、水素ガスに代えてキャリアガス（Ｈ２ガス）とソースガス（ＳｉＨＣｌ３ガス）とをチャンバ内に供給する。この状態で、シリコンウェーハ１１のうち、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を観察したとき、ＲＭＳ表示で０．２７７ｎｍの表面に、エピタキシャル膜１２を成長させる。すなわち、キャリアガスとソースガスとを、対応するガス供給口を通して反応室へ導入する。炉内圧力を７６０Ｔｏｒｒとし、１１３０℃の高温に熱せられたシリコンウェーハ１１上に、ソースガスの熱分解または還元によって生成されたシリコンを、反応速度２．５μｍ／分で析出させる。これにより、シリコンウェーハ１１の表面上にシリコン単結晶からなる厚さ３．０μｍ程度のエピタキシャル膜１２が成長する。
【００５３】
次に、このエピタキシャル成長直後、気相エピタキシャル成長装置６０のチャンバ内で、エピタキシャル膜１２の表面ラフネスを小さくするため、ＨＣｌガスエッチングを行う。具体的には、炉内でエピタキシャルシリコンウェーハ１０を１１３０℃に加熱しながら、成長ガスに代えて０．５％のＨＣｌガスを含む水素ガスを８０リットル／分でチャンバに供給し、この状態でエピタキシャル膜１２の表面を０．５分間だけＨＣｌガスエッチングする。これにより、シリコンに対するＨＣｌのエッチング作用により、エピタキシャル膜１２の表面が３０ｎｍ程度除去される。
最終洗浄工程では、外観検査直後の各エピタキシャルシリコンウェーハ１０が洗浄される。具体的には、各エピタキシャルシリコンウェーハ１０に対して、アルカリ溶液と酸溶液とを使用した洗浄が行われる。
【００５４】
図５は、シリコンウェーハ１１の表面にエピタキシャル膜１２を形成したエピタキシャルシリコンウェーハ表面について、原子間力顕微鏡により１０μｍ×１０μｍの測定面積域を観察したときの面粗さを示す３次元グラフである。図５ａは、成膜直後のエピタキシャル膜１２の表面粗さを示す結果で、図５ｂは、エピタキシャル膜１２の表面をＨＣｌガスでエッチング後のエピタキシャル膜１２の表面粗さを示す結果である。
成膜直後のエピタキシャル膜１２の表面ラフネスは、ＲＭＳ表示で０．１００ｎｍであったものの、エピタキシャル膜１２の表面をＨＣｌガスでエッチングした後のその表面ラフネスは、ＲＭＳ表示で０．０９１ｎｍであった。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
この発明は、バイポーラＩＣ、ＭＯＳ、ディスクリートなどのデバイスを作製する基板となるエピタキシャルシリコンウェーハの製造方法として有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  エピタキシャルシリコンウェーハ、
１１  シリコンウェーハ、
１２  エピタキシャル膜。
【図１】
2011091387.tif 000003
【図２】
2011091387.tif 000004
【図３】
2011091387.tif 000005
【図４】
2011091387.tif 000006
【図５ａ】
2011091387.tif 000007
【図５ｂ】
2011091387.tif 000008