エピタキシャルウェーハの製造方法
【課題】面取り部の形状を再成形するとともに、裏面クラウンを完全に除去し、平坦性に優れた、パーティクルのほとんど無いエピタキシャルウェーハを製造することができる方法を提供することを目的とする。
【解決手段】表裏の主面と該主面の外周の面取り部とからなるシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部に裏面酸化膜を形成する工程と、該裏面酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の表面側の主面上に、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を成長させる工程と、該エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程と、該保護酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の面取り部を研削及び研磨する工程と、その後、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程とを含むエピタキシャルウェーハの製造方法。
【解決手段】表裏の主面と該主面の外周の面取り部とからなるシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部に裏面酸化膜を形成する工程と、該裏面酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の表面側の主面上に、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を成長させる工程と、該エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程と、該保護酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の面取り部を研削及び研磨する工程と、その後、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程とを含むエピタキシャル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、エピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に、平坦性、抵抗率均一性及び面取り部の形状品質に優れ、エピタキシャル面に大きな異物が存在しない、厚いエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭＯＳやＩＧＢＴ等の半導体デバイスを作製する際、シリコン単結晶基板（シリコンウェーハ）上に、比較的厚いシリコン単結晶からなる層（エピタキシャル層）を形成したエピタキシャルウェーハを用いることが多い。
このようなエピタキシャルウェーハを製造する場合、エピタキシャル成長装置を用い、例えば、クロロシラン系原料ガスを供給してシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる。エピタキシャル成長装置には、縦型、枚葉式、シリンダー型など種々のタイプがあるが、近年、６インチ（１５０ｍｍ）以上の直径のウェーハが主に用いられるようになり、厚膜エピタキシャルウェーハの製造にも、生産性は悪いが膜厚制御性に優れた枚葉式エピタキシャル成長装置が利用されるようになってきている。
【０００３】
また、ＰＭＯＳやＩＧＢＴの製作プロセスでは、素子特性の向上を図るために、パターンの微細化が進んでいる。その結果、先端性能のＰＭＯＳやＩＧＢＴではステッパーが当たり前に用いられるようになり、ウェーハのフラットネスや、より小さな異物の管理が求められている。つまり、パワーデバイス用の厚いエピタキシャル層を持ったエピタキシャルウェーハに対しても、先端ＣＭＯＳ用のエピタキシャルウェーハ同様の平坦性、微小パーティクル品質が求められるようになってきている。枚葉式装置は、厚いエピタキシャル層を形成する場合にも、ウェーハの平坦性やパーティクルが少ないという点で優れている。
【０００４】
しかし、枚葉式エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル成長は、特に高濃度にドープされた低抵抗基板を用いる場合に、オートドープ対策で基板の裏面を酸化膜でシールすることが必要で、さらに、この裏面酸化膜の境界付近に生じる裏面のクラウン対策が必要となる。
裏面のクラウンは裏面酸化膜との境界付近に生じるため、この対策として、ウェーハ最外周部から２ｍｍ〜５ｍｍまでの領域の裏面酸化膜を予め除去して主面にのみ裏面酸化膜を残し、裏面のクラウン発生を抑制する方法が広く採用されている。しかし、この方法でもクラウンを完全に防止できるわけではない。また、研磨時等に基板の裏面が基準面となるため、裏面クラウンが原因でウェーハの平坦性が悪化してしまう。
【０００５】
また、ウェーハ外周部の面取り部位でのファセット成長に伴って面取り部形状が悪化し、時には、ウェーハがサセプターに貼り付いてしまうといった問題や、エピタキシャル面に巨大な異物が成長しやすくなるといった問題がある。
上記のような問題は、特に、長時間のエピタキシャル成長を行って、４０μｍ以上といった厚いエピタキシャル層を形成する際に顕著になってくる。
【０００６】
微細パターン、微細素子形成が安定して実現される厚いエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハの作製に対しては、これまでも様々な技術的な提案がなされてきている。
その一つに、エピタキシャル成長後の面取り部の再加工を行い、更に、エピタキシャル層を研磨して、パーティクルが少なく、平坦性に優れ、デバイスプロセス中で発塵の少ないエピタキシャルウェーハを作製する方法が提案されてきている。
【０００７】
この方法では、最終段階でのエピタキシャル層の厚さ制御が難しく、エピタキシャル層と基板の抵抗率が同じ場合に限って実用化の可能性が今も探られている。しかし、基板の結晶インゴットロットとエピタキシャル成長のバッチ双方のトレーサビリティーを確保しながら、研磨を進めることは、必ずしも簡単でない。
【０００８】
また、エピタキシャルウェーハの平坦性を改善する他の方法として、エピタキシャル成長後にエピタキシャル層に保護膜を形成し、面取り部の形状を整えるために研削し、研削で生じた歪をエッチングで除去する方法も提案されている（特許文献１）。
この方法では、エピタキシャル層の厚さ精度を保持できるが、このエッチングにはＫＯＨなどのアルカリは異方性が強いため用いることはできない。フッ酸−硝酸系のエッチング液に浸漬する方法を用いると保護膜の外周部に不連続な形状ができてしまい平滑な面取り部の形状が得られない。そのため、この方法も実用化されていない。
【０００９】
現状では、ＩＧＢＴやＰＭＯＳ用の直径６インチ（１５０ｍｍ）以上の厚膜エピタキシャルウェーハでは、裏面クラウンがステッパーのチャックで基準面からの変位をもたらすことによる解像度不良や、巨大な異物による歩留まり低下等の問題はあるが、エピタキシャル成長後にウェーハの研削や研磨加工が積極的に導入される状況には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１１２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
その理由は、エピタキシャル成長後に加工工程を導入する技術そのものに不十分な面が多々残されているためである。
エピタキシャル層の厚さ制御は、５０μｍ厚のエピタキシャルウェーハでは、土１．５μｍ以下になっている。研磨取り代のバラツキも同程度であり、狙い厚さを高精度に管理しない限り、研磨後の厚さ精度はエピタキシャル成長後より悪くなる。エピタキシャルウェーハは、基板の結晶ロットとエピタキシャル成長ロットによりロット管理されており、それ以上のロット分割は現実的でない。
【００１２】
エピタキシャル成長後に保護膜を付けて、面取り形状を整えるために再研削するといった技術も提案されているが、表裏のクラウンをこれにより完全に除去することは極めて難しい。また、面取り部の研削後の歪層の除去のために５μｍ以上の酸エッチングを行っても、保護膜との境界の平滑性を確保することは容易ではなく、反って、その部位にチッピングが生じ易くなるといったことも起こりうる。
【００１３】
ＰＭＯＳやＩＧＢＴのゲート長の微細化は進んできており、一方では、所定の高い逆耐圧を得るための厚いエピタキシャル層は必要とされている。すなわち、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を有しながら、平坦性に優れ、微細なパーティクルも殆ど存在しない、先端的な微細ＭＯＳ構造を有するパワーデバイス用のエピタキシャルウェーハを低コストで製造することが必要な段階になってきている。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、面取り部の形状を再成形するとともに、裏面クラウンを完全に防止又は除去し、平坦性及び抵抗率均一性に優れた、パーティクルのほとんど無いエピタキシャルウェーハを製造することができる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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、表裏の主面と該主面の外周の面取り部とからなるシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部に裏面酸化膜を形成する工程と、該裏面酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の表面側の主面上に、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を成長させる工程と、該エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程と、該保護酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の面取り部を研削及び研磨する工程と、その後、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程とを含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１６】
このような面取り部にまで裏面酸化膜を形成した基板上に厚いエピタキシャル層を形成することで、裏面酸化膜の外周端、すなわち面取り部にクラウンが生じる。従って、後工程の面取り部の研削及び研磨により、面取り部の形状の再成形と同時に、面取り部に生じたクラウンを完全に除去でき、効率的である。従って、後工程の主面の研磨等を行う場合にも平坦性が悪化することがなく、また、ステッパーにおけるチャックも確実にできる。また、この面取り部の研削、研磨時にはエピタキシャル層は保護酸化膜で保護されているため、エピタキシャル層のパーティクル、傷の発生も防止できる。さらに、面取り部にまで裏面酸化膜を形成するため、エピタキシャル成長時のオートドープを効果的に抑制することができる。従って、４０μｍ以上の厚膜のエピタキシャルウェーハを平坦性及び抵抗率均一性良く、パーティクルの発生を防止しながら生産性良く製造することができる。
【００１７】
このとき、前記シリコン単結晶基板を、抵抗率が２０ｍΩｃｍ以下のものを用いることが好ましい。
このような低抵抗率の基板を用いた場合でも、オートドープを効果的に抑制しながら高品質のエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００１８】
このとき、前記面取り部を研削及び研磨する工程において、前記面取り部をダイヤモンドを電着したホイール又はテープ研磨装置を用いて研削することにより前記面取り部の形状を整え、続いて、前記研削で生じた歪層をアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有した研磨剤を用いて研磨することが好ましい。
このような方法で面取り部の再成形を行うことで、平滑で、高精度に成形された面取り部にすることができる。
【００１９】
また、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層の成長温度ＴＥＰ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＥＰ）と成長時間ｔＥＰ、及び、前記保護酸化膜の形成温度ＴＯｘ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＯｘ）と形成時間ｔＯｘが、√（Ｄ（ＴＥＰ）×ｔＥＰ）＞２×√（Ｄ（ＴＯｘ）×ｔＯｘ）となるような酸化条件に設定し、該設定した酸化条件で前記保護酸化膜を形成することが好ましい。ここで、Ｄ（Ｔ）は温度Ｔにおける拡散係数（拡散定数）を表し、従って、Ｄ（ＴＥＰ）はエピタキシャル成長温度ＴＥＰでの拡散係数を、Ｄ（ＴＯｘ）は酸化膜形成温度ＴＯｘでの拡散係数を表す。また、成長時間ｔＥＰは具体的にはエピ成長温度での保持時間を、形成時間ｔＯｘは具体的には熱処理工程での最高温度での保持時間を表す。
このような酸化条件であれば、基板からエピタキシャル層へのドーパントの拡散を抑制しながら酸化することができ、ドーパント分布が良好な高品質のエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００２０】
このとき、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を１０００℃以下の温度で、スチーム、ウェット及びドライのいずれかの酸化条件で酸化し、前記保護酸化膜を厚さ２０ｎｍ以上形成することが好ましい。
このような酸化条件であれば、効率的に酸化することができ、保護酸化膜の厚さが２０ｎｍ以上あれば、面取り部の研削、研磨の際に、エピタキシャル層へのスクラッチ、汚染、パーティクルの発生を確実に防止できる。
【００２１】
このとき、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を成長させたシリコン単結晶基板を、７００℃から８５０℃の温度帯に１０分以上の時間保持した後、８５０℃より高い温度で酸化して、前記保護酸化膜を形成することが好ましい。
このような酸化方法であれば、比較的低温で保護酸化膜を形成することができ、基板からエピタキシャル層へのドーパントの拡散も抑制できる。
【００２２】
また、前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部の２分の１以上の領域に前記裏面酸化膜を形成することが好ましい。
このような範囲に裏面酸化膜を形成すれば、オートドープを効果的に抑制でき、裏面クラウンによるサセプターとの貼り付きも防止できる。
【００２３】
このとき、前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記裏面酸化膜として、２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜を形成することが好ましい。
このように２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜であれば、オートドープを効果的に抑制でき、酸化膜の形成も容易である。
【００２４】
また、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程の後、前記保護酸化膜上に窒化膜を形成し、その後、前記面取り部を研削及び研磨する工程を行うことが好ましい。
窒化膜は硬く、面取り部の研削、研磨時にスクラッチやパーティクルの発生を確実に防止できる。
【００２５】
また、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、セリウム系研磨剤又は酸化ジルコニア系研磨剤を用いて、突起部以外では前記保護酸化膜が残る条件で前記保護酸化膜表面を研磨して前記突起部を除去し、その後、前記保護酸化膜をフッ酸で除去して、前記仕上げの洗浄を行うことが好ましい。
このような除去方法であれば、エピタキシャル層をできるだけ研磨しないようにして、表面の突起部だけを効率的に除去し、エピタキシャル層の膜厚均一性及を維持しながら平滑にすることができる。
【００２６】
このとき、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、前記保護酸化膜を除去した後、前記エピタキシャル層表面をコロイダルシリカをベースとした研磨剤を用いて０．５μｍ以下の取り代で研磨し、その後、前記仕上げの洗浄を行うこともできる。
このように仕上げの洗浄前に表面をわずかに研磨することで、より平滑にし、パーティクルも除去することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、面取り部の再成形と裏面クラウンの除去を同時に行って、平滑かつ抵抗率も均一で、所望形状の面取り部を有し、平坦なエピタキシャルウェーハを効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
【図２】実施例、比較例１，２における面取り部の形状を示す概略図である。
【図３】実施例、比較例１におけるエピタキシャルウェーハ表面のパーティクル測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例、比較例３における面取り部の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の製造方法のフロー図である。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、本発明においては、まず、表面側の主面１５ａ、裏面側の主面１５ｂとその外周の面取り部１６とからなるシリコン単結晶基板１０を用意する。
用意するシリコン単結晶基板１０としては、特に限定されず、例えばチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶をスライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、ポリッシュ等の加工を施して得られたウェーハとすることができる。なお、片面あるいは両面に研磨を施した通常のポリッシュドウェーハでも、表裏何れの面も研磨されていないエッチングウェーハでも良い。どのようなシリコン基板を用いるかについては規格により決定すればよい。
【００３１】
この際、ドーパントが高濃度にドープされた２０ｍΩｃｍ以下、特には１０ｍΩｃｍ以下の抵抗率の基板１０を用意することで、ＰＭＯＳやＩＧＢＴに好適なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
このような低抵抗率の基板にエピタキシャル層を形成すると、通常、エピタキシャル成長時に基板中のドーパントがいったん気相中に飛び出し、再びエピタキシャル層中に取り込まれる現象、いわゆるオートドーピング（オートドープ）が生じ、エピタキシャル層の抵抗率分布が悪化してしまう。しかし、本発明では、後述のようにエピタキシャル成長前に裏面酸化膜を面取り部にまで形成するため、オートドープを効果的に抑制できる。
【００３２】
続いて、図１（ｂ）に示すように、シリコン単結晶基板１０の裏面側の主面１５ｂ全面と裏面側の面取り部１６ａに裏面酸化膜１１を形成する。
形成した裏面酸化膜１１はエピタキシャル成長時のオートドープ抑制の効果を有し、形成方法としては、熱酸化やＣＶＤ等、特に限定されない。例えばＣＶＤ酸化膜を裏面に形成した後、不要な部分をエッチング除去する等により形成できる。
【００３３】
裏面酸化膜１１として、例えば２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜を形成することが好ましい。
ＣＶＤによれば低温かつ低コストで形成でき、また、２００ｎｍ以上の厚さであれば、オートドープ抑制の効果がより高い。また、オートドープ抑制の効果は厚さ１０００ｎｍ以下で十分であり、後工程の面取り部の研削、研磨の際の再成形も効率的にできる。
【００３４】
このような裏面酸化膜１１は、少なくとも裏面酸化膜１１の外縁が面取り部に位置する範囲に形成すればよいが、例えば、図１（ｂ）に示すように、裏面側の主面１５ｂ全面と裏面側の面取り部１６ａの２分の１以上の領域に形成するのが好ましい。ここで、裏面側の面取り部１６ａとは、面取り部１６のうち裏面側にある傾斜面の部分をいう。
裏面酸化膜１１をこのような範囲に形成すれば、酸化膜で覆う範囲が広いためオートドープ抑制効果がより高く、かつ、裏面酸化膜の外縁付近に生じるクラウンがエピタキシャル成長装置のサセプタと接触して、貼り付きが生じることを確実に防止できる。
または、裏面酸化膜１１の外縁の位置を、サセプター表面（裏面側の主面１５ｂ上の裏面酸化膜１１の表面）からの高さが、形成するエピタキシャル層の厚さの２倍以上の高さ位置となるように形成しても、上記した裏面クラウンとサセプターとの貼り付きを防止できる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン単結晶基板１０の表面側の主面１５ａ上に４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層１２を形成する。
例えば、シリコンソースをトリクロロシラン、キャリアガスを水素として、１１５０℃前後の温度でプレベークを行い、最終的に必要なエピタキシャル層の厚さのウェーハ面内バラツキや所定の抵抗率の面内バラツキを少なくする条件を設定し、枚葉式のエピタキシャル成長装置で成長させることができる。また、エピタキシャル層厚が１００μｍを超える場合には、成長速度を適切に設定して、基板がサセプターに貼り付くことがないように配慮する。
【００３６】
本発明では、面取り部にまで裏面酸化膜を形成しているため、主面のみにしか裏面酸化膜を形成していなかった従来の場合と比べると、図１（ｃ）のように、裏面酸化膜の外縁付近にノジュールと称されるシリコンの突起や裏面クラウン１７が大きく成長して、面取り部の形状が大きく悪化してしまう。一方、本発明では、裏面酸化膜の外縁が主面上にはないため、裏面クラウンは裏面側の主面には形成されない。
【００３７】
次に、エピタキシャル層１２表面に保護酸化膜１３を形成する。
この保護酸化膜により後工程の面取り部の研削、研磨において、エピタキシャル層表面を保護し、スクラッチ、汚染、パーティクルの発生を防止できる。
【００３８】
このとき、エピタキシャル層１２の成長温度ＴＥＰ（℃）と成長時間ｔＥＰ、及び、前記保護酸化膜１３の形成温度ＴＯｘ（℃）と形成時間ｔＯｘが、√（Ｄ（ＴＥＰ）×ｔＥＰ）＞２×√（Ｄ（ＴＯｘ）×ｔＯｘ）となるような酸化条件に設定し、該設定した酸化条件で保護酸化膜１３を形成することが好ましい。
このように、熱処理時の拡散の大きさの目安を示す√（Ｄ（Ｔ）×ｔ）が上記のような条件であれば、保護酸化膜形成時に、基板からエピタキシャル層へドーパントがダレ込む（拡散する）ことを抑制できる。特に、エピタキシャル成長工程で枚葉式のエピタキシャル成長装置を用いる場合には、成長速度が高速で、基板とエピタキシャル層の界面でのドーパント分布が急峻となるので、上記のような酸化条件を設定することで、階段状に近いドーパント分布を維持でき、素子の特性（リーク電流や逆耐圧）の劣化のない高品質のエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００３９】
また、酸化方法としても、例えば、スチーム、ウェット及びドライのいずれかの酸化条件で酸化することが、比較的低温、短時間で酸化膜を形成できるため好ましい。
この際、１０００℃以下の温度で酸化すればドーパント分布の悪化も生じにくい。また、２０ｎｍ以上、特には３０ｎｍ以上の厚さの保護酸化膜を形成することで、スクラッチ、汚染、パーティクルの発生防止の目的を確実に達成できる。保護酸化膜の厚さは１００ｎｍ以下で十分であり、上記のドーパント分布の悪化も抑制できる。
【００４０】
また、エピタキシャル層１２を成長させたシリコン単結晶基板１０を、７００℃から８５０℃の温度帯に１０分以上の時間保持した後、８５０℃より高い温度で酸化して、保護酸化膜１３を形成することが好ましい。
このような２段階熱処理により酸化することで、効率的に保護酸化膜を形成することができ、ドーパント分布の悪化も生じにくい。
【００４１】
次に、保護酸化膜１３上に、例えばＣＶＤ等により窒化膜を形成することが好ましい。
窒化膜は硬く、保護膜としての機能を向上させることができる。この窒化膜の厚さは３０ｎｍ以上であれば、エピタキシャル層表面の傷、パーティクルの発生を確実に防止できる。
【００４２】
次に、シリコン単結晶基板１０の面取り部１６を、例えば通常の鏡面面取り工程の条件で、研削及び研磨する。
本発明では、この研削、研磨により、面取り部１６に余分に成長したエピタキシャル層１２とともに、裏面酸化膜１１の外縁付近に生じた裏面クラウン１７も同時に除去できる。このように、裏面クラウン１７が大きく形成されるとしてもあえて面取り部１６上に形成されるようにすることで、面取り部１６の研削及び研磨により再成形と同時に裏面クラウン１７を完全に除去できるため、効率的である。また、研削により生じた歪み層を研磨により除去するため、高精度に所望形状の面取り部とすることができる。
【００４３】
この際、面取り部１６を、例えば＃３０００又はさらに細かな高番手のダイヤモンド砥粒を電着したホイール又はテープ研磨装置を用いて研削することにより面取り部１６の形状を整え、続いて、研削で生じた歪層をアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有した研磨剤を用いて研磨することが好ましい。
このような方法であれば、効率的に面取り部の再成形が可能で、面取り部下部に裏面クラウンが大きく生じても高精度に所望形状とすることができる。
【００４４】
その後、保護酸化膜１３を例えばフッ酸等により除去して、ＳＣ１溶液で仕上げの洗浄を行うことで、図１（ｅ）に示すエピタキシャルウェーハ１４を製造する。また、窒化膜が形成されている場合も、エッチング等により除去できる。
【００４５】
この際、セリウム系研磨剤又は酸化ジルコニア系研磨剤を用いて、突起部以外では保護酸化膜１３が残る条件で保護酸化膜１３表面を研磨して突起部を除去し、その後、保護酸化膜１３をフッ酸で除去して、仕上げの洗浄を行うことが好ましい。
厚膜のエピタキシャル層を形成する場合には、エピタキシャル層表面に大きな突起部が形成されることがあり、このような場合には、まず突起部のみを研磨で除去して、その後フッ酸で保護酸化膜を除去することで、平坦性を維持しながらデバイス形成面を広くとれ、歩留まりが向上する。
【００４６】
また、保護酸化膜１３を除去した後、エピタキシャル層１２表面をコロイダルシリカをベースとした研磨剤を用いて、０．５μｍ以下、特には０．１μｍ以下の取り代で研磨し、その後、仕上げ洗浄を行うことが好ましい。
このように、保護酸化膜除去後の表面を上記取り代で研磨すれば、よりパーティクルの少ない表面とすることができる。
【００４７】
以上のような本発明の製造方法であれば、裏面クラウンを完全に除去し、所望形状の面取り部を有し、ドーパント分布の良好なエピタキシャルウェーハを製造できる。従って、デバイスプロセスにおいて発塵源となることもなく、ステッパーでのチャックも精度良くでき、ＩＧＢＴやＰＭＯＳに好適なウェーハとなる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
エピタキシャル成長用の基板として、ＣＺ法により作製した約３ｍΩｃｍのボロンドープした直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞のＰ型ウェーハを準備した。
このシリコンウェーハの裏面側に、常圧ＣＶＤで厚さ０．５μｍのノンドープのＣＶＤ酸化膜を形成した。図１（ｂ）のように裏面酸化膜が基板の裏面側の主面全面と面取り部に形成され、裏面酸化膜の外縁が基板の裏面側の面取り部上にくるように、ＣＶＤ酸化膜の成長後、エッチングで不要な部位を除去した。
【００４９】
この基板上に、枚葉式のエピタキシャル成長装置（ＡＭＡＴセンチュラ）でＳｉＨＣｌ３を原料ガスとして、４．０μｍ／ｍｉｎの成長速度でボロンドープ、抵抗率２０Ωｃｍ、厚さ１０５μｍのエピタキシャル層を成長させた。成長時の温度は１１５０℃で行った。
エピタキシャル成長後の面取り部の形状を測定器を用いて調べた。その結果を図２に示す。図２では＜１１０＞方向の外周部の位置の断面形状を示している。
【００５０】
このエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に拡散炉で５０ｎｍの厚さの酸化膜を形成した後、面取り装置により面取り部に対して＃３０００の砥粒で研削を行い、続いて、コロイダルシリカによりメカノケミカル研磨を行い、面取り部を鏡面状態にした。
このエピタキシャルウェーハの面取り部の形状を測定器を用いて調べた。その結果を図２に示す。図２では＜１１０＞方向の外周部の位置の断面形状を示している。
【００５１】
面取り部を研磨した後のウェーハをＳＣ１溶液で洗浄し、フッ酸水溶液でエッチングしてエピタキシャル面側の酸化膜を完全に除去し、再び、ＳＣ１溶液で洗浄を行った。
このエピタキシャルウェーハ１０枚のパーティクルを測定した結果を図３に示す。
【００５２】
（比較例１）
実施例と同様に、ウェーハを準備して裏面酸化膜形成後、エピタキシャル成長、面取り部の研削と研磨、洗浄を行った。ただし、比較例１では裏面酸化膜を、基板の裏面側の主面の面取り部との境界から３ｍｍ中心側の位置に外縁がくるように主面のみに形成した。また、面取り部の研削、研磨の前にはエピタキシャル層表面に酸化膜を形成しなかった。
このときのエピタキシャル成長後の面取り部の形状と、その後の面取り部の研削、研磨後の形状を図２に示す。また、ＳＣ１溶液で洗浄を行った後のパーティクル測定結果を図３に示す。
【００５３】
（比較例２）
実施例と同様に、ウェーハを準備した後、エピタキシャル成長、酸化膜形成、面取り部の研削と研磨を行った。ただし、比較例２では裏面酸化膜を形成しないでエピタキシャル成長を行った。
このときのエピタキシャル成長後の面取り部の形状と、その後の面取り部の研削、研磨後の形状を図２に示す。
【００５４】
図２に示すように、エピタキシャル成長後には実施例の基板の面取り部に大きな裏面クラウンが生じているが、面取り部の研削、研磨後には完全に除去されている。一方、比較例１，２は裏面の主面上に裏面クラウンが生じているため、面取り部の研削、研磨後にも除去しきれずに残っている。また、図３に示すように、保護酸化膜を形成しなかった比較例１ではパーティクルが多量に発生していたが、実施例では、パーティクルの発生は少なかった。
また、比較例１，２ではオートドープが発生し、ドーパント分布の悪化が見られたが、実施例ではオートドープは抑制されていた。
【００５５】
（比較例３）
実施例と同様に、ウェーハを準備して裏面酸化膜形成後、エピタキシャル成長、酸化膜形成、面取り部の研削を行った。ただし、比較例３では面取り部の研削後にフッ酸及び硝酸のエッチング液で面取り部のエッチングを行って、面取り部の研磨は行わなかった。
このときの面取り部の研削、エッチング後の形状を測定した結果を図４に示す。また、実施例における基板の面取り部の研削、研磨後の形状を測定した結果も図４に示す。
【００５６】
図４に示すように、比較例３でエッチングを用いた場合には、保護酸化膜とエピタキシャル層の境界部分で不均一にエッチングされて、形状が良くない。実施例では、研磨されて良好な面取り部形状となっている。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５８】
１０…シリコン単結晶基板、 １１…裏面酸化膜、 １２…エピタキシャル層、
１３…保護酸化膜、 １４…エピタキシャルウェーハ、 １５ａ…表面側の主面、
１５ｂ…裏面側の主面、 １６…面取り部、 １６ａ…裏面側の面取り部、
１７…裏面クラウン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法に関し、特に、平坦性、抵抗率均一性及び面取り部の形状品質に優れ、エピタキシャル面に大きな異物が存在しない、厚いエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＭＯＳやＩＧＢＴ等の半導体デバイスを作製する際、シリコン単結晶基板（シリコンウェーハ）上に、比較的厚いシリコン単結晶からなる層（エピタキシャル層）を形成したエピタキシャルウェーハを用いることが多い。
このようなエピタキシャルウェーハを製造する場合、エピタキシャル成長装置を用い、例えば、クロロシラン系原料ガスを供給してシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させる。エピタキシャル成長装置には、縦型、枚葉式、シリンダー型など種々のタイプがあるが、近年、６インチ（１５０ｍｍ）以上の直径のウェーハが主に用いられるようになり、厚膜エピタキシャルウェーハの製造にも、生産性は悪いが膜厚制御性に優れた枚葉式エピタキシャル成長装置が利用されるようになってきている。
【０００３】
また、ＰＭＯＳやＩＧＢＴの製作プロセスでは、素子特性の向上を図るために、パターンの微細化が進んでいる。その結果、先端性能のＰＭＯＳやＩＧＢＴではステッパーが当たり前に用いられるようになり、ウェーハのフラットネスや、より小さな異物の管理が求められている。つまり、パワーデバイス用の厚いエピタキシャル層を持ったエピタキシャルウェーハに対しても、先端ＣＭＯＳ用のエピタキシャルウェーハ同様の平坦性、微小パーティクル品質が求められるようになってきている。枚葉式装置は、厚いエピタキシャル層を形成する場合にも、ウェーハの平坦性やパーティクルが少ないという点で優れている。
【０００４】
しかし、枚葉式エピタキシャル成長装置を用いたエピタキシャル成長は、特に高濃度にドープされた低抵抗基板を用いる場合に、オートドープ対策で基板の裏面を酸化膜でシールすることが必要で、さらに、この裏面酸化膜の境界付近に生じる裏面のクラウン対策が必要となる。
裏面のクラウンは裏面酸化膜との境界付近に生じるため、この対策として、ウェーハ最外周部から２ｍｍ〜５ｍｍまでの領域の裏面酸化膜を予め除去して主面にのみ裏面酸化膜を残し、裏面のクラウン発生を抑制する方法が広く採用されている。しかし、この方法でもクラウンを完全に防止できるわけではない。また、研磨時等に基板の裏面が基準面となるため、裏面クラウンが原因でウェーハの平坦性が悪化してしまう。
【０００５】
また、ウェーハ外周部の面取り部位でのファセット成長に伴って面取り部形状が悪化し、時には、ウェーハがサセプターに貼り付いてしまうといった問題や、エピタキシャル面に巨大な異物が成長しやすくなるといった問題がある。
上記のような問題は、特に、長時間のエピタキシャル成長を行って、４０μｍ以上といった厚いエピタキシャル層を形成する際に顕著になってくる。
【０００６】
微細パターン、微細素子形成が安定して実現される厚いエピタキシャル層を有するエピタキシャルウェーハの作製に対しては、これまでも様々な技術的な提案がなされてきている。
その一つに、エピタキシャル成長後の面取り部の再加工を行い、更に、エピタキシャル層を研磨して、パーティクルが少なく、平坦性に優れ、デバイスプロセス中で発塵の少ないエピタキシャルウェーハを作製する方法が提案されてきている。
【０００７】
この方法では、最終段階でのエピタキシャル層の厚さ制御が難しく、エピタキシャル層と基板の抵抗率が同じ場合に限って実用化の可能性が今も探られている。しかし、基板の結晶インゴットロットとエピタキシャル成長のバッチ双方のトレーサビリティーを確保しながら、研磨を進めることは、必ずしも簡単でない。
【０００８】
また、エピタキシャルウェーハの平坦性を改善する他の方法として、エピタキシャル成長後にエピタキシャル層に保護膜を形成し、面取り部の形状を整えるために研削し、研削で生じた歪をエッチングで除去する方法も提案されている（特許文献１）。
この方法では、エピタキシャル層の厚さ精度を保持できるが、このエッチングにはＫＯＨなどのアルカリは異方性が強いため用いることはできない。フッ酸−硝酸系のエッチング液に浸漬する方法を用いると保護膜の外周部に不連続な形状ができてしまい平滑な面取り部の形状が得られない。そのため、この方法も実用化されていない。
【０００９】
現状では、ＩＧＢＴやＰＭＯＳ用の直径６インチ（１５０ｍｍ）以上の厚膜エピタキシャルウェーハでは、裏面クラウンがステッパーのチャックで基準面からの変位をもたらすことによる解像度不良や、巨大な異物による歩留まり低下等の問題はあるが、エピタキシャル成長後にウェーハの研削や研磨加工が積極的に導入される状況には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１１２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
その理由は、エピタキシャル成長後に加工工程を導入する技術そのものに不十分な面が多々残されているためである。
エピタキシャル層の厚さ制御は、５０μｍ厚のエピタキシャルウェーハでは、土１．５μｍ以下になっている。研磨取り代のバラツキも同程度であり、狙い厚さを高精度に管理しない限り、研磨後の厚さ精度はエピタキシャル成長後より悪くなる。エピタキシャルウェーハは、基板の結晶ロットとエピタキシャル成長ロットによりロット管理されており、それ以上のロット分割は現実的でない。
【００１２】
エピタキシャル成長後に保護膜を付けて、面取り形状を整えるために再研削するといった技術も提案されているが、表裏のクラウンをこれにより完全に除去することは極めて難しい。また、面取り部の研削後の歪層の除去のために５μｍ以上の酸エッチングを行っても、保護膜との境界の平滑性を確保することは容易ではなく、反って、その部位にチッピングが生じ易くなるといったことも起こりうる。
【００１３】
ＰＭＯＳやＩＧＢＴのゲート長の微細化は進んできており、一方では、所定の高い逆耐圧を得るための厚いエピタキシャル層は必要とされている。すなわち、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を有しながら、平坦性に優れ、微細なパーティクルも殆ど存在しない、先端的な微細ＭＯＳ構造を有するパワーデバイス用のエピタキシャルウェーハを低コストで製造することが必要な段階になってきている。
【００１４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、面取り部の形状を再成形するとともに、裏面クラウンを完全に防止又は除去し、平坦性及び抵抗率均一性に優れた、パーティクルのほとんど無いエピタキシャルウェーハを製造することができる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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明は、表裏の主面と該主面の外周の面取り部とからなるシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する方法において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部に裏面酸化膜を形成する工程と、該裏面酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の表面側の主面上に、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を成長させる工程と、該エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程と、該保護酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の面取り部を研削及び研磨する工程と、その後、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程とを含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。
【００１６】
このような面取り部にまで裏面酸化膜を形成した基板上に厚いエピタキシャル層を形成することで、裏面酸化膜の外周端、すなわち面取り部にクラウンが生じる。従って、後工程の面取り部の研削及び研磨により、面取り部の形状の再成形と同時に、面取り部に生じたクラウンを完全に除去でき、効率的である。従って、後工程の主面の研磨等を行う場合にも平坦性が悪化することがなく、また、ステッパーにおけるチャックも確実にできる。また、この面取り部の研削、研磨時にはエピタキシャル層は保護酸化膜で保護されているため、エピタキシャル層のパーティクル、傷の発生も防止できる。さらに、面取り部にまで裏面酸化膜を形成するため、エピタキシャル成長時のオートドープを効果的に抑制することができる。従って、４０μｍ以上の厚膜のエピタキシャルウェーハを平坦性及び抵抗率均一性良く、パーティクルの発生を防止しながら生産性良く製造することができる。
【００１７】
このとき、前記シリコン単結晶基板を、抵抗率が２０ｍΩｃｍ以下のものを用いることが好ましい。
このような低抵抗率の基板を用いた場合でも、オートドープを効果的に抑制しながら高品質のエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００１８】
このとき、前記面取り部を研削及び研磨する工程において、前記面取り部をダイヤモンドを電着したホイール又はテープ研磨装置を用いて研削することにより前記面取り部の形状を整え、続いて、前記研削で生じた歪層をアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有した研磨剤を用いて研磨することが好ましい。
このような方法で面取り部の再成形を行うことで、平滑で、高精度に成形された面取り部にすることができる。
【００１９】
また、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層の成長温度ＴＥＰ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＥＰ）と成長時間ｔＥＰ、及び、前記保護酸化膜の形成温度ＴＯｘ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＯｘ）と形成時間ｔＯｘが、√（Ｄ（ＴＥＰ）×ｔＥＰ）＞２×√（Ｄ（ＴＯｘ）×ｔＯｘ）となるような酸化条件に設定し、該設定した酸化条件で前記保護酸化膜を形成することが好ましい。ここで、Ｄ（Ｔ）は温度Ｔにおける拡散係数（拡散定数）を表し、従って、Ｄ（ＴＥＰ）はエピタキシャル成長温度ＴＥＰでの拡散係数を、Ｄ（ＴＯｘ）は酸化膜形成温度ＴＯｘでの拡散係数を表す。また、成長時間ｔＥＰは具体的にはエピ成長温度での保持時間を、形成時間ｔＯｘは具体的には熱処理工程での最高温度での保持時間を表す。
このような酸化条件であれば、基板からエピタキシャル層へのドーパントの拡散を抑制しながら酸化することができ、ドーパント分布が良好な高品質のエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００２０】
このとき、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を１０００℃以下の温度で、スチーム、ウェット及びドライのいずれかの酸化条件で酸化し、前記保護酸化膜を厚さ２０ｎｍ以上形成することが好ましい。
このような酸化条件であれば、効率的に酸化することができ、保護酸化膜の厚さが２０ｎｍ以上あれば、面取り部の研削、研磨の際に、エピタキシャル層へのスクラッチ、汚染、パーティクルの発生を確実に防止できる。
【００２１】
このとき、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を成長させたシリコン単結晶基板を、７００℃から８５０℃の温度帯に１０分以上の時間保持した後、８５０℃より高い温度で酸化して、前記保護酸化膜を形成することが好ましい。
このような酸化方法であれば、比較的低温で保護酸化膜を形成することができ、基板からエピタキシャル層へのドーパントの拡散も抑制できる。
【００２２】
また、前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部の２分の１以上の領域に前記裏面酸化膜を形成することが好ましい。
このような範囲に裏面酸化膜を形成すれば、オートドープを効果的に抑制でき、裏面クラウンによるサセプターとの貼り付きも防止できる。
【００２３】
このとき、前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記裏面酸化膜として、２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜を形成することが好ましい。
このように２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜であれば、オートドープを効果的に抑制でき、酸化膜の形成も容易である。
【００２４】
また、前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程の後、前記保護酸化膜上に窒化膜を形成し、その後、前記面取り部を研削及び研磨する工程を行うことが好ましい。
窒化膜は硬く、面取り部の研削、研磨時にスクラッチやパーティクルの発生を確実に防止できる。
【００２５】
また、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、セリウム系研磨剤又は酸化ジルコニア系研磨剤を用いて、突起部以外では前記保護酸化膜が残る条件で前記保護酸化膜表面を研磨して前記突起部を除去し、その後、前記保護酸化膜をフッ酸で除去して、前記仕上げの洗浄を行うことが好ましい。
このような除去方法であれば、エピタキシャル層をできるだけ研磨しないようにして、表面の突起部だけを効率的に除去し、エピタキシャル層の膜厚均一性及を維持しながら平滑にすることができる。
【００２６】
このとき、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、前記保護酸化膜を除去した後、前記エピタキシャル層表面をコロイダルシリカをベースとした研磨剤を用いて０．５μｍ以下の取り代で研磨し、その後、前記仕上げの洗浄を行うこともできる。
このように仕上げの洗浄前に表面をわずかに研磨することで、より平滑にし、パーティクルも除去することができる。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明によれば、面取り部の再成形と裏面クラウンの除去を同時に行って、平滑かつ抵抗率も均一で、所望形状の面取り部を有し、平坦なエピタキシャルウェーハを効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法の実施態様の一例を示すフロー図である。
【図２】実施例、比較例１，２における面取り部の形状を示す概略図である。
【図３】実施例、比較例１におけるエピタキシャルウェーハ表面のパーティクル測定結果を示すグラフである。
【図４】実施例、比較例３における面取り部の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明の製造方法のフロー図である。
【００３０】
図１（ａ）に示すように、本発明においては、まず、表面側の主面１５ａ、裏面側の主面１５ｂとその外周の面取り部１６とからなるシリコン単結晶基板１０を用意する。
用意するシリコン単結晶基板１０としては、特に限定されず、例えばチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶をスライスした後、面取り、ラッピング、エッチング、ポリッシュ等の加工を施して得られたウェーハとすることができる。なお、片面あるいは両面に研磨を施した通常のポリッシュドウェーハでも、表裏何れの面も研磨されていないエッチングウェーハでも良い。どのようなシリコン基板を用いるかについては規格により決定すればよい。
【００３１】
この際、ドーパントが高濃度にドープされた２０ｍΩｃｍ以下、特には１０ｍΩｃｍ以下の抵抗率の基板１０を用意することで、ＰＭＯＳやＩＧＢＴに好適なエピタキシャルウェーハを製造することができる。
このような低抵抗率の基板にエピタキシャル層を形成すると、通常、エピタキシャル成長時に基板中のドーパントがいったん気相中に飛び出し、再びエピタキシャル層中に取り込まれる現象、いわゆるオートドーピング（オートドープ）が生じ、エピタキシャル層の抵抗率分布が悪化してしまう。しかし、本発明では、後述のようにエピタキシャル成長前に裏面酸化膜を面取り部にまで形成するため、オートドープを効果的に抑制できる。
【００３２】
続いて、図１（ｂ）に示すように、シリコン単結晶基板１０の裏面側の主面１５ｂ全面と裏面側の面取り部１６ａに裏面酸化膜１１を形成する。
形成した裏面酸化膜１１はエピタキシャル成長時のオートドープ抑制の効果を有し、形成方法としては、熱酸化やＣＶＤ等、特に限定されない。例えばＣＶＤ酸化膜を裏面に形成した後、不要な部分をエッチング除去する等により形成できる。
【００３３】
裏面酸化膜１１として、例えば２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜を形成することが好ましい。
ＣＶＤによれば低温かつ低コストで形成でき、また、２００ｎｍ以上の厚さであれば、オートドープ抑制の効果がより高い。また、オートドープ抑制の効果は厚さ１０００ｎｍ以下で十分であり、後工程の面取り部の研削、研磨の際の再成形も効率的にできる。
【００３４】
このような裏面酸化膜１１は、少なくとも裏面酸化膜１１の外縁が面取り部に位置する範囲に形成すればよいが、例えば、図１（ｂ）に示すように、裏面側の主面１５ｂ全面と裏面側の面取り部１６ａの２分の１以上の領域に形成するのが好ましい。ここで、裏面側の面取り部１６ａとは、面取り部１６のうち裏面側にある傾斜面の部分をいう。
裏面酸化膜１１をこのような範囲に形成すれば、酸化膜で覆う範囲が広いためオートドープ抑制効果がより高く、かつ、裏面酸化膜の外縁付近に生じるクラウンがエピタキシャル成長装置のサセプタと接触して、貼り付きが生じることを確実に防止できる。
または、裏面酸化膜１１の外縁の位置を、サセプター表面（裏面側の主面１５ｂ上の裏面酸化膜１１の表面）からの高さが、形成するエピタキシャル層の厚さの２倍以上の高さ位置となるように形成しても、上記した裏面クラウンとサセプターとの貼り付きを防止できる。
【００３５】
次に、図１（ｃ）に示すように、シリコン単結晶基板１０の表面側の主面１５ａ上に４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層１２を形成する。
例えば、シリコンソースをトリクロロシラン、キャリアガスを水素として、１１５０℃前後の温度でプレベークを行い、最終的に必要なエピタキシャル層の厚さのウェーハ面内バラツキや所定の抵抗率の面内バラツキを少なくする条件を設定し、枚葉式のエピタキシャル成長装置で成長させることができる。また、エピタキシャル層厚が１００μｍを超える場合には、成長速度を適切に設定して、基板がサセプターに貼り付くことがないように配慮する。
【００３６】
本発明では、面取り部にまで裏面酸化膜を形成しているため、主面のみにしか裏面酸化膜を形成していなかった従来の場合と比べると、図１（ｃ）のように、裏面酸化膜の外縁付近にノジュールと称されるシリコンの突起や裏面クラウン１７が大きく成長して、面取り部の形状が大きく悪化してしまう。一方、本発明では、裏面酸化膜の外縁が主面上にはないため、裏面クラウンは裏面側の主面には形成されない。
【００３７】
次に、エピタキシャル層１２表面に保護酸化膜１３を形成する。
この保護酸化膜により後工程の面取り部の研削、研磨において、エピタキシャル層表面を保護し、スクラッチ、汚染、パーティクルの発生を防止できる。
【００３８】
このとき、エピタキシャル層１２の成長温度ＴＥＰ（℃）と成長時間ｔＥＰ、及び、前記保護酸化膜１３の形成温度ＴＯｘ（℃）と形成時間ｔＯｘが、√（Ｄ（ＴＥＰ）×ｔＥＰ）＞２×√（Ｄ（ＴＯｘ）×ｔＯｘ）となるような酸化条件に設定し、該設定した酸化条件で保護酸化膜１３を形成することが好ましい。
このように、熱処理時の拡散の大きさの目安を示す√（Ｄ（Ｔ）×ｔ）が上記のような条件であれば、保護酸化膜形成時に、基板からエピタキシャル層へドーパントがダレ込む（拡散する）ことを抑制できる。特に、エピタキシャル成長工程で枚葉式のエピタキシャル成長装置を用いる場合には、成長速度が高速で、基板とエピタキシャル層の界面でのドーパント分布が急峻となるので、上記のような酸化条件を設定することで、階段状に近いドーパント分布を維持でき、素子の特性（リーク電流や逆耐圧）の劣化のない高品質のエピタキシャルウェーハを製造できる。
【００３９】
また、酸化方法としても、例えば、スチーム、ウェット及びドライのいずれかの酸化条件で酸化することが、比較的低温、短時間で酸化膜を形成できるため好ましい。
この際、１０００℃以下の温度で酸化すればドーパント分布の悪化も生じにくい。また、２０ｎｍ以上、特には３０ｎｍ以上の厚さの保護酸化膜を形成することで、スクラッチ、汚染、パーティクルの発生防止の目的を確実に達成できる。保護酸化膜の厚さは１００ｎｍ以下で十分であり、上記のドーパント分布の悪化も抑制できる。
【００４０】
また、エピタキシャル層１２を成長させたシリコン単結晶基板１０を、７００℃から８５０℃の温度帯に１０分以上の時間保持した後、８５０℃より高い温度で酸化して、保護酸化膜１３を形成することが好ましい。
このような２段階熱処理により酸化することで、効率的に保護酸化膜を形成することができ、ドーパント分布の悪化も生じにくい。
【００４１】
次に、保護酸化膜１３上に、例えばＣＶＤ等により窒化膜を形成することが好ましい。
窒化膜は硬く、保護膜としての機能を向上させることができる。この窒化膜の厚さは３０ｎｍ以上であれば、エピタキシャル層表面の傷、パーティクルの発生を確実に防止できる。
【００４２】
次に、シリコン単結晶基板１０の面取り部１６を、例えば通常の鏡面面取り工程の条件で、研削及び研磨する。
本発明では、この研削、研磨により、面取り部１６に余分に成長したエピタキシャル層１２とともに、裏面酸化膜１１の外縁付近に生じた裏面クラウン１７も同時に除去できる。このように、裏面クラウン１７が大きく形成されるとしてもあえて面取り部１６上に形成されるようにすることで、面取り部１６の研削及び研磨により再成形と同時に裏面クラウン１７を完全に除去できるため、効率的である。また、研削により生じた歪み層を研磨により除去するため、高精度に所望形状の面取り部とすることができる。
【００４３】
この際、面取り部１６を、例えば＃３０００又はさらに細かな高番手のダイヤモンド砥粒を電着したホイール又はテープ研磨装置を用いて研削することにより面取り部１６の形状を整え、続いて、研削で生じた歪層をアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有した研磨剤を用いて研磨することが好ましい。
このような方法であれば、効率的に面取り部の再成形が可能で、面取り部下部に裏面クラウンが大きく生じても高精度に所望形状とすることができる。
【００４４】
その後、保護酸化膜１３を例えばフッ酸等により除去して、ＳＣ１溶液で仕上げの洗浄を行うことで、図１（ｅ）に示すエピタキシャルウェーハ１４を製造する。また、窒化膜が形成されている場合も、エッチング等により除去できる。
【００４５】
この際、セリウム系研磨剤又は酸化ジルコニア系研磨剤を用いて、突起部以外では保護酸化膜１３が残る条件で保護酸化膜１３表面を研磨して突起部を除去し、その後、保護酸化膜１３をフッ酸で除去して、仕上げの洗浄を行うことが好ましい。
厚膜のエピタキシャル層を形成する場合には、エピタキシャル層表面に大きな突起部が形成されることがあり、このような場合には、まず突起部のみを研磨で除去して、その後フッ酸で保護酸化膜を除去することで、平坦性を維持しながらデバイス形成面を広くとれ、歩留まりが向上する。
【００４６】
また、保護酸化膜１３を除去した後、エピタキシャル層１２表面をコロイダルシリカをベースとした研磨剤を用いて、０．５μｍ以下、特には０．１μｍ以下の取り代で研磨し、その後、仕上げ洗浄を行うことが好ましい。
このように、保護酸化膜除去後の表面を上記取り代で研磨すれば、よりパーティクルの少ない表面とすることができる。
【００４７】
以上のような本発明の製造方法であれば、裏面クラウンを完全に除去し、所望形状の面取り部を有し、ドーパント分布の良好なエピタキシャルウェーハを製造できる。従って、デバイスプロセスにおいて発塵源となることもなく、ステッパーでのチャックも精度良くでき、ＩＧＢＴやＰＭＯＳに好適なウェーハとなる。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例）
エピタキシャル成長用の基板として、ＣＺ法により作製した約３ｍΩｃｍのボロンドープした直径２００ｍｍ、結晶方位＜１００＞のＰ型ウェーハを準備した。
このシリコンウェーハの裏面側に、常圧ＣＶＤで厚さ０．５μｍのノンドープのＣＶＤ酸化膜を形成した。図１（ｂ）のように裏面酸化膜が基板の裏面側の主面全面と面取り部に形成され、裏面酸化膜の外縁が基板の裏面側の面取り部上にくるように、ＣＶＤ酸化膜の成長後、エッチングで不要な部位を除去した。
【００４９】
この基板上に、枚葉式のエピタキシャル成長装置（ＡＭＡＴセンチュラ）でＳｉＨＣｌ３を原料ガスとして、４．０μｍ／ｍｉｎの成長速度でボロンドープ、抵抗率２０Ωｃｍ、厚さ１０５μｍのエピタキシャル層を成長させた。成長時の温度は１１５０℃で行った。
エピタキシャル成長後の面取り部の形状を測定器を用いて調べた。その結果を図２に示す。図２では＜１１０＞方向の外周部の位置の断面形状を示している。
【００５０】
このエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層表面に拡散炉で５０ｎｍの厚さの酸化膜を形成した後、面取り装置により面取り部に対して＃３０００の砥粒で研削を行い、続いて、コロイダルシリカによりメカノケミカル研磨を行い、面取り部を鏡面状態にした。
このエピタキシャルウェーハの面取り部の形状を測定器を用いて調べた。その結果を図２に示す。図２では＜１１０＞方向の外周部の位置の断面形状を示している。
【００５１】
面取り部を研磨した後のウェーハをＳＣ１溶液で洗浄し、フッ酸水溶液でエッチングしてエピタキシャル面側の酸化膜を完全に除去し、再び、ＳＣ１溶液で洗浄を行った。
このエピタキシャルウェーハ１０枚のパーティクルを測定した結果を図３に示す。
【００５２】
（比較例１）
実施例と同様に、ウェーハを準備して裏面酸化膜形成後、エピタキシャル成長、面取り部の研削と研磨、洗浄を行った。ただし、比較例１では裏面酸化膜を、基板の裏面側の主面の面取り部との境界から３ｍｍ中心側の位置に外縁がくるように主面のみに形成した。また、面取り部の研削、研磨の前にはエピタキシャル層表面に酸化膜を形成しなかった。
このときのエピタキシャル成長後の面取り部の形状と、その後の面取り部の研削、研磨後の形状を図２に示す。また、ＳＣ１溶液で洗浄を行った後のパーティクル測定結果を図３に示す。
【００５３】
（比較例２）
実施例と同様に、ウェーハを準備した後、エピタキシャル成長、酸化膜形成、面取り部の研削と研磨を行った。ただし、比較例２では裏面酸化膜を形成しないでエピタキシャル成長を行った。
このときのエピタキシャル成長後の面取り部の形状と、その後の面取り部の研削、研磨後の形状を図２に示す。
【００５４】
図２に示すように、エピタキシャル成長後には実施例の基板の面取り部に大きな裏面クラウンが生じているが、面取り部の研削、研磨後には完全に除去されている。一方、比較例１，２は裏面の主面上に裏面クラウンが生じているため、面取り部の研削、研磨後にも除去しきれずに残っている。また、図３に示すように、保護酸化膜を形成しなかった比較例１ではパーティクルが多量に発生していたが、実施例では、パーティクルの発生は少なかった。
また、比較例１，２ではオートドープが発生し、ドーパント分布の悪化が見られたが、実施例ではオートドープは抑制されていた。
【００５５】
（比較例３）
実施例と同様に、ウェーハを準備して裏面酸化膜形成後、エピタキシャル成長、酸化膜形成、面取り部の研削を行った。ただし、比較例３では面取り部の研削後にフッ酸及び硝酸のエッチング液で面取り部のエッチングを行って、面取り部の研磨は行わなかった。
このときの面取り部の研削、エッチング後の形状を測定した結果を図４に示す。また、実施例における基板の面取り部の研削、研磨後の形状を測定した結果も図４に示す。
【００５６】
図４に示すように、比較例３でエッチングを用いた場合には、保護酸化膜とエピタキシャル層の境界部分で不均一にエッチングされて、形状が良くない。実施例では、研磨されて良好な面取り部形状となっている。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００５８】
１０…シリコン単結晶基板、 １１…裏面酸化膜、 １２…エピタキシャル層、
１３…保護酸化膜、 １４…エピタキシャルウェーハ、 １５ａ…表面側の主面、
１５ｂ…裏面側の主面、 １６…面取り部、 １６ａ…裏面側の面取り部、
１７…裏面クラウン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表裏の主面と該主面の外周の面取り部とからなるシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する方法において、
前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部に裏面酸化膜を形成する工程と、
該裏面酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の表面側の主面上に、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を成長させる工程と、
該エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程と、
該保護酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の面取り部を研削及び研磨する工程と、
その後、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程とを含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコン単結晶基板を、抵抗率が２０ｍΩｃｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記面取り部を研削及び研磨する工程において、前記面取り部をダイヤモンドを電着したホイール又はテープ研磨装置を用いて研削することにより前記面取り部の形状を整え、続いて、前記研削で生じた歪層をアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有した研磨剤を用いて研磨することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層の成長温度ＴＥＰ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＥＰ）と成長時間ｔＥＰ、及び、前記保護酸化膜の形成温度ＴＯｘ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＯｘ）と形成時間ｔＯｘが、√（Ｄ（ＴＥＰ）×ｔＥＰ）＞２×√（Ｄ（ＴＯｘ）×ｔＯｘ）となるような酸化条件に設定し、該設定した酸化条件で前記保護酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を１０００℃以下の温度で、スチーム、ウェット及びドライのいずれかの酸化条件で酸化し、前記保護酸化膜を厚さ２０ｎｍ以上形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を成長させたシリコン単結晶基板を、７００℃から８５０℃の温度帯に１０分以上の時間保持した後、８５０℃より高い温度で酸化して、前記保護酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部の２分の１以上の領域に前記裏面酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記裏面酸化膜として、２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程の後、前記保護酸化膜上に窒化膜を形成し、その後、前記面取り部を研削及び研磨する工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１０】
前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、セリウム系研磨剤又は酸化ジルコニア系研磨剤を用いて、突起部以外では前記保護酸化膜が残る条件で前記保護酸化膜表面を研磨して前記突起部を除去し、その後、前記保護酸化膜をフッ酸で除去して、前記仕上げの洗浄を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１１】
前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、前記保護酸化膜を除去した後、前記エピタキシャル層表面をコロイダルシリカをベースとした研磨剤を用いて０．５μｍ以下の取り代で研磨し、その後、前記仕上げの洗浄を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１】
表裏の主面と該主面の外周の面取り部とからなるシリコン単結晶基板上にエピタキシャル層を成長させることによりエピタキシャルウェーハを製造する方法において、
前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部に裏面酸化膜を形成する工程と、
該裏面酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の表面側の主面上に、４０μｍ以上の膜厚のエピタキシャル層を成長させる工程と、
該エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程と、
該保護酸化膜を形成したシリコン単結晶基板の面取り部を研削及び研磨する工程と、
その後、前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程とを含むことを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記シリコン単結晶基板を、抵抗率が２０ｍΩｃｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項１に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記面取り部を研削及び研磨する工程において、前記面取り部をダイヤモンドを電着したホイール又はテープ研磨装置を用いて研削することにより前記面取り部の形状を整え、続いて、前記研削で生じた歪層をアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有した研磨剤を用いて研磨することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層の成長温度ＴＥＰ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＥＰ）と成長時間ｔＥＰ、及び、前記保護酸化膜の形成温度ＴＯｘ（℃）における拡散係数Ｄ（ＴＯｘ）と形成時間ｔＯｘが、√（Ｄ（ＴＥＰ）×ｔＥＰ）＞２×√（Ｄ（ＴＯｘ）×ｔＯｘ）となるような酸化条件に設定し、該設定した酸化条件で前記保護酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を１０００℃以下の温度で、スチーム、ウェット及びドライのいずれかの酸化条件で酸化し、前記保護酸化膜を厚さ２０ｎｍ以上形成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項６】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程において、前記エピタキシャル層を成長させたシリコン単結晶基板を、７００℃から８５０℃の温度帯に１０分以上の時間保持した後、８５０℃より高い温度で酸化して、前記保護酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項７】
前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記シリコン単結晶基板の前記裏面側の主面全面と前記裏面側の面取り部の２分の１以上の領域に前記裏面酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項８】
前記裏面酸化膜を形成する工程において、前記裏面酸化膜として、２００ｎｍ以上の厚さのノンドープＣＶＤ酸化膜を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項９】
前記エピタキシャル層表面に保護酸化膜を形成する工程の後、前記保護酸化膜上に窒化膜を形成し、その後、前記面取り部を研削及び研磨する工程を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１０】
前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、セリウム系研磨剤又は酸化ジルコニア系研磨剤を用いて、突起部以外では前記保護酸化膜が残る条件で前記保護酸化膜表面を研磨して前記突起部を除去し、その後、前記保護酸化膜をフッ酸で除去して、前記仕上げの洗浄を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【請求項１１】
前記保護酸化膜を除去して、仕上げの洗浄を行う工程において、前記保護酸化膜を除去した後、前記エピタキシャル層表面をコロイダルシリカをベースとした研磨剤を用いて０．５μｍ以下の取り代で研磨し、その後、前記仕上げの洗浄を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７４９３５（Ｐ２０１２−１７４９３５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６３３１（Ｐ２０１１−３６３３１）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【出願人】（５９１０３７４９８）長野電子工業株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００１９０１４９）信越半導体株式会社 (867)
【出願人】（５９１０３７４９８）長野電子工業株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]