半導体ウェハを製造するための方法
【課題】単結晶を、コスト効率よく、簡単な形式で操作することができる結晶引上げプロセスを用いて、高い歩止まりで製造し、該単結晶を、欠陥の少ない半導体ウェハを形成するために適当な表面処理により処理することができ、該半導体ウェハが、不純物濃度の変動により制限されない特に高い最終フラットネスを有している方法を提供する。
【解決手段】半導体材料から成る単結晶（３）を引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨し、この場合、使用される研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、研磨作用を有する固体材料を含有しない、９．５〜１２．５のｐＨ値を有する研磨剤を、研磨されるべき半導体ウェハの表面と、研磨パッドとの間に形成される作業ギャップに供給するようにした。
【解決手段】半導体材料から成る単結晶（３）を引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨し、この場合、使用される研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、研磨作用を有する固体材料を含有しない、９．５〜１２．５のｐＨ値を有する研磨剤を、研磨されるべき半導体ウェハの表面と、研磨パッドとの間に形成される作業ギャップに供給するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハを製造するための方法であって、半導体材料から成る単結晶を引き上げ、該単結晶を切断して半導体ウェハとし、該半導体ウェハを研磨し、この場合、研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、供給される研磨剤が、研磨作用を有する固体材料を含有していない方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グローバルフラットネスおよびローカルフラットネス、片面基準ローカルフラットネス（ナノトポロジー）、ラフネス（粗さ）およびクリーンネス（清浄度）から成る極端な要求を課された半導体ウェハは、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロメカニクスのために必要とされる。半導体ウェハは、半導体材料から成るウェハであり、特に、ガリウムヒ素のような化合物半導体と、シリコンおよび場合によってはゲルマニウムのような主に元素半導体とから成るウェハである。公知先行技術によれば、半導体ウェハは、連続する複数のプロセスステップにおいて製造される。これらのプロセスステップは一般に以下のグループに分類され得る。
ａ）単結晶の半導体ロッドを製造する（結晶成長）；
ｂ）半導体ロッドを切断して個別のウェハとする；
ｃ）機械的に処理する；
ｄ）化学的に処理する；
ｅ）化学機械的に処理する；
ｆ）適宜、層構造体を製造する。
【０００３】
結晶成長は、予め位置決めされた単結晶のシード（種結晶）をシリコン融液から引き上げ回転させることにより行われるか（坩堝引上げ法、チョクラルスキー法）、または気相から堆積された多結晶の結晶を、誘導コイルを用いて形成され、ゆっくりと軸方向に結晶にわたり案内される融解帯域に沿って再結晶化させることにより行われる（帯域融解法）。坩堝引上げ法が、使用頻度の観点から、かつ本発明のために特に重要である。以下に、坩堝引上げ法をより詳細に説明する。
【０００４】
坩堝引上げ法では、トリクロロシランからの気相堆積により得られた高純度の多結晶シリコンが、不純物もしくはドーパント（dopant）の添加と共に、石英ガラス坩堝内において保護ガス雰囲気下で融解される。単結晶のシリコンロッドから予め得られた種結晶は、Ｘ線回折を用いることにより、所望の結晶学的な成長方向に位置決めされている。この種結晶は、融液内に浸漬され、単結晶をゆっくりと回転させながら、融液からゆっくりと引き上げられる。この場合、しばしば付加的に融解坩堝の回転が伴う。溶解熱は、抵抗加熱により、かつ適宜付加的には、誘導加熱により生じる。融液から不都合に熱を放散させる、得られた単結晶ロッドの温度調節、絶縁および遮蔽のための種々異なる方法が用いられ、これによって、融液から固相／液相の境界層を介して、さらに冷却されるロッド始端部までの、応力の少ない結晶成長を保証することができ、したがって応力により生じる結晶損傷（結晶転位）の形成を阻止することができる。公知先行技術においては、さらに、融液を透過して、対流と質量輸送現象とに影響を与える磁界を利用することが知られている。
【０００５】
公知先行技術による坩堝引上げ法の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２５８７０号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５０８２２号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５０８２２号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願公告第１０１１８４８２号明細書に記載されている。
【０００６】
公知先行技術では、それぞれのプロセスパラメータにより特徴付けられる成長界面の形状は、融液対流および融液拡散、成長界面における不純物偏析、ならびに融液およびロッドの熱伝導および熱放射の複雑な相互作用において形成されることが知られている。この場合、対流とは、不均一な加熱による密度の変動による材料移動を意味していると理解される。拡散とは、濃度勾配によりに生じる、融液中の原子の（短距離の）移動を意味していると理解され、偏析とは、液相または固相の半導体材料における異なる溶解度のための、ロッドまたは融液における不純物の蓄積を意味していると理解される。結晶引上げ設備の運転パラメータ（引上げ率、温度分布等）の変更により、成長界面の形状、つまり半導体材料の液相と固相との間の界面の形状を広範囲で変更することが可能である。
【０００７】
図１は、引上げ坩堝中の、ほぼ平坦な相界面５、凹状の相界面５ａおよび凸状の相界面５ｂを有する、半導体材料から成る単結晶と融液とを示している。
【０００８】
さらに、公知先行技術では、融液内かつ相界面における材料堆積中の複雑な材料輸送現象は、成長する半導体単結晶中に堆積される不純物の、空間的に変動する濃度をもたらすことが知られている。引上げプロセス、引上げ装置および成長する半導体ロッドの回転対称に基づいて、不純物濃度変動はほぼ放射対称である、つまり、不純物濃度変動は、半導体単結晶の対称軸線に沿って、変動する不純物濃度の同心的な円を形成する。これらの不純物濃度の変動は、成長縞（striation）とも呼ばれる。
【０００９】
図２ａは、半径方向で変動する不純物濃度６を伴うほぼ平坦な液相／固相界面５を備えた、半導体材料から成る単結晶と融液とを示している。この半導体結晶が切断面に沿って切断されたのちに、この「成長縞」は、得られた半導体ウェハ９を同心円のようにカバーする（図２ｂ）。この同心円は、局所的な表面伝導性の測定によって視覚化され得るか、または欠陥エッチングによる処理後の非平坦性のように構造的に視覚化され得る。同じく公知先行技術から、不純物濃度変動の空間周波数が、結晶成長中の固相／液相界面のフラットネス（平坦性）に関係することが知られている。湾曲された界面の場合、成長縞は、界面が大きな勾配を有している領域で空間的に特に短い波（空間的に高い周波数）の連続で生じる。濃度変動円は、互いに近傍に位置している。これに対して、成長界面がほぼ平坦である領域では、不純物濃度は極めて緩慢にしか変動しない。変動円は、互いから遠く離れており、濃度変動の振幅（amplitude）は小さい。
【００１０】
個別の半導体ウェハに切断するために半導体ロッドを鋸断することは、得られた半導体ウェハの、単結晶性が損傷された表面近くの層（１３）をもたらす（図２ｃ）。これらの損傷された層は、次いで化学的処理および化学機械的処理によって取り除かれる。化学的処理の一例は、アルカリエッチングまたは酸エッチングである。化学機械的処理の一例は、アルカリ性コロイダル分散シリカゾルを用いた研磨である。
【００１１】
さらに、公知先行技術から、半導体ウェハの表面の化学的処理または化学機械的処理における材料除去率は、半導体の表面の局所的な化学的または電子的な特性に関係することが知られている。このことは、取り込まれた不純物原子の種々異なる濃度が、半導体のホスト格子を電子的に変更するか（局所的な原子価、伝導性）、またはサイズの不整合に基づいて、変形により構造的に変更するという事実から生じ、化学的処理または化学機械的処理の場合に、このことは、不純物濃度に関連する選択的な材料除去につながる。円形の非平坦性は、不純物濃度の変動により半導体ウェハの表面に形成される。化学的処理後または化学機械的処理後の表面の同心的な高さ変更は、同じく「成長縞」と呼ばれる。
【００１２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書には、半導体材料から成る基板を研磨するための方法が記載されている。この方法は、ＦＡＰタイプの２つの研磨ステップを有している。この方法は、１つの研磨ステップにおいて、固体材料としての結合されていない砥粒材料を含有する研磨剤スラリが、基板と研磨パッドとの間に導入されるのに対して、第２の研磨ステップにおいて、この研磨剤スラリが、固体材料を含有しない研磨剤溶液に取り替えられるという点で異なっている。
【００１３】
エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスにおける特に要求の多い適用のための基板として適した半導体ウェハは、その表面の、特に高度のフラットネスおよび均一性を有していなければならない。基板ウェハのフラットネスは、後にフォトリソグラフィーによりパターン形成される典型的な多層素子の個々の回路平面の達成可能なフラットネスを著しく制限する。当初のフラットネスが十分でない場合に、のちに個々の配線平面の種々異なる平坦化プロセス中に、設けられた絶縁層を突き破って、これにより短絡が生じて、このように製造された素子の損傷が生じる。
【００１４】
したがって、公知先行技術の場合には、長い波長の、できるだけ小さな不純物濃度変動７を有する半導体ウェハ（図２ｂ）が望ましい。この半導体ウェハは、公知先行技術では、成長界面５ができるだけ平坦である結晶引上げプロセスによってしか得られない（図２ａ）。このような引上げプロセスは特にゆっくり行われ、制御することが難しく、したがって極めて不経済である。
【００１５】
公知先行技術から知られている結晶引上げプロセスと、次いで行われる化学的な処理および化学機械的な処理プロセスによれば、到達可能なフラットネスに関して制限され、かつフラットネスに関して特に高い要求を有する将来的な適用のために適していない半導体ウェハしか製造することができない。さらに、このような製造方法は、極めて高価であり、結晶成長中に特に平坦な成長界面を維持することが必要となるので手間がかかる。この成長界面において、半導体材料は、単結晶を形成するために融液から極めてゆっくりとしか成長しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２５８７０号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５０８２２号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０１１８４８２号明細書
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の課題は半導体ウェハを製造するための方法であって、単結晶を、コスト効率よく、簡単な形式で操作することができる結晶引上げプロセスを用いて、高い歩止まりで製造し、該単結晶を、僅かな欠陥しかない半導体ウェハを形成するために適当な表面処理により処理することができ、該半導体ウェハが、不純物濃度の変動により制限されない、特に高い最終フラットネスを有している方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この課題を解決するために、本発明による半導体ウェハを製造するための第１の方法では、半導体材料から成る単結晶（３）を引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合に使用される研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、研磨作用を有する固体材料を含有しない、９．５〜１２．５のｐＨ値を有する研磨剤を、研磨されるべき半導体ウェハの表面と、研磨パッドとの間に形成される作業ギャップに供給するようにした。
【００１９】
この課題を解決するために、特に本発明による半導体ウェハを製造するための第２の方法では、半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合、研磨を、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有する研磨パッドを使用して行い、研磨中に供給される研磨剤が研磨作用を有する固体材料を含有しておらず、９．５〜１２．５のｐＨ値を有しており、結晶成長中に、単結晶（３）の縁領域を、空間に高い周波数の大きな不純物濃度変動で製造し、単結晶（３）の中心領域を、空間的に低い周波数の小さな不純物濃度変動で製造するようにした。
【発明の効果】
【００２０】
ＦＡＰ研磨（半導体ウェハを、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有する研磨パッドを用いて研磨すること）のための相応する方法は、参照番号１０２００８０５３６１０．５、１０２００９０２５２４３．６、１０２００９０３０２９７．２および１０２００９０３０２９２．１を有する、これより前には公表されていないドイツ連邦共和国特許出願に開示されており、これらの内容の全てが本出願において参照される。これらの出願は、ＦＡＰ研磨の特に適応された方法が本課題を達成できるようにすることを開示してない。
【００２１】
本発明に不可欠なのは、ＤＳＰまたはＣＭＰのような、従来の化学機械的な研磨が行われないことである。ＤＳＰは、ＦＡＰ研磨によって代替される。
【００２２】
特に不可欠なのは、研磨作用を有する固体材料を含有する研磨剤が、研磨プロセス中に供給されないことである。
【００２３】
本発明は、固体材料を有しない研磨剤用溶液しか使用しない。その結果、本発明による方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書に記載された方法とは明らかに異なる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書は、研磨剤懸濁液の供給を伴うＦＡＰステップが、当該明細書において請求された２つの部分のＦＡＰ研磨において必須であることを開示している。本発明の課題は、上記手段によっても、化学機械的なＤＳＰを適用しても達成することができなかった。
【００２４】
研磨剤溶液のｐＨ値は、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）または炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を添加することにより設定されると有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】単結晶と引上げ坩堝内の半導体材料から成る融液とを、ほぼ平坦な液相／固相界面、凸状の液相／固相界面または凹状の液相／固相界面で示した図である。
【図２ａ】ほぼ平坦な液相／固相界面と不純物濃度変動の均一な拡散を有する、単結晶と引上げ坩堝内の半導体材料から成る融液とを示した図である。
【図２ｂ】（図２ａに示した単結晶にわたって切断した）不純物濃度変動の、半径方向で均一な拡散を有する半導体ウェハを示した平面図である。
【図２ｃ】単結晶から切断（鋸断）したあとの、損傷した表面区域を有する半導体ウェハの断面図である。
【図２ｄ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面区域を、（本発明に係らない）化学機械的な研磨方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる著しい非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【図２ｅ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面区域を、「固定砥粒」研磨の本発明による方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる減じられた非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【図３ａ】半導体ウェハの縁領域における短い波長の不純物濃度変動と、中心領域におけるほぼ一定の不純物濃度を有する、ほぼ台形状の凹状の固相／液相界面を有する単結晶と半導体材料を有する坩堝内の融液を示す図である。
【図３ｂ】半導体ウェハの縁領域における短い波長の不純物濃度変動と、中心領域におけるほぼ一定の不純物濃度を有する（図３に示した単結晶から切断した）半導体ウェハの平面図である。
【図３ｃ】単結晶から切断（鋸断）したあとの、損傷した表面の区域を有する半導体ウェハの断面図である。
【図３ｄ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面領域を（本発明に係らない）化学機械的な研磨方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる著しい非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【図３ｅ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面領域を、「固定砥粒」研磨の本発明による方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる減じられた非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を以下に図面につき詳しく説明する。
【００２７】
図１は、単結晶ロッド引上げ設備の主要エレメントを示している。溶解坩堝１と、半導体材料から成る融液２（液相）と、半導体材料から成る引き上げられた単結晶３（固相）と、融液の表面４と、種々異なる液固界面、つまりいわゆる成長面とが示されている。成長面において、融液からの堆積により結晶成長が行われる。これらの成長面の１つはほぼ平坦５であり、１つは凹状５ａであり、１つは凸状５ｂである。
【００２８】
図２ａは、公知先行技術よる比較例を示している。公知先行技術では、できるだけ平坦な成長面が望ましい。なぜならば、平坦な成長面では、結晶格子内に取り込まれる不純物の濃度６の変化が最も小さく、この変化は、空間的に長い波長の形で行われるからである。個別の半導体ウェハ９は、たとえば図示された切断面８に沿ってロッド３を切断することにより得られる。
【００２９】
このような半導体ウェハ９は、図２ｂに平面図で示されている。
【００３０】
比較例に示された、公知先行技術により引上げられた単結晶から得られた半導体ウェハ９は、不純物変動の均等な間隔７を有している。このような結晶引上げプロセスは、極めて多くの時間を消耗し、非生産的で高価である。例として、２５０ｋｇの融液正味重量から３００ｍｍのシリコン単結晶を引き上げるための継続時間は、約５８時間である。
【００３１】
図２ｃは、ロッドの切断後に得られた半導体ウェハ９の側面を示している。表面近くの結晶層１３は、分離プロセスの材料処理動作によって損傷されている。損傷された層の除去中に、かつ機械的処理（グラインディング、ラッピング）および化学的処理（エッチング）による表面の平滑化中に、特に先行技術によるアルカリ性コロイダル分散シリカゾルを用いた最終研磨中に、不純物濃度変動は、選択的な材料除去の結果として、半導体表面の大きな非平坦性１０を形成する（図２ｄ）。
【００３２】
比較例に示された、公知先行技術による結晶成長およびシリカゾル研磨により得られた半導体ウェハは、その大きな非平坦性に基づいて、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスに関する特に要求の多い適用のための基板としては適していない。
【００３３】
図２ｅは、公知先行技術による引上げ方法により得られたが、本発明の第１の方法による「固定砥粒研磨」法（ＦＡＰ）により最終的に研磨された後の半導体ウェハの断面を示している。ＦＡＰの間に、１つまたは複数の半導体ウェハが、同時にまたは連続的に、一方の面を、または順次にまたは同時に両方の面を、圧力下で半導体ウェハを研磨パッドに沿って移動させることによって、材料除去式に処理される。この場合、研磨作用を有する固体材料は、ＦＡＰ研磨パッドに固定的に結合されており、処理中に研磨パッドと半導体ウェハの表面との間に形成される作業ギャップに供給される研磨剤は、研磨作用を有する固体材料を含有しておらず、９．５〜１２．５のｐＨ値を有している。
【００３４】
使用されるＦＡＰ研磨パッドのために適切な砥粒材料は、たとえば、セリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの元素の酸化物の粒子ならびに硬質物質、たとえば炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドの粒子を有している。
【００３５】
特に適した研磨パッドは、反復した微細構造が付与された表面的特徴（トポグラフィ）を有している。この微細構造（「支柱」）は、たとえば、円柱状または多角形の断面を有する柱の形か、または三角錐または三角錐台の形を有している。
【００３６】
このような研磨パッドは、たとえば国際公開第９２／１３６８０号パンフレットおよび米国特許第２００５／２２７５９０号明細書に記載されている。
【００３７】
米国特許第６６０２１１７号明細書に記載されるように、研磨パッドに結合された酸化セリウムの粒子の使用が特に有利である。
【００３８】
ＦＡＰ研磨パッドに含まれる砥粒の平均粒度は、有利には０．１〜１．０μｍ、特に有利には０．１〜０．６μｍ、極めて有利には０．１〜０．２５μｍである。
【００３９】
図２ｅは、得られた半導体表面の非平坦性が、本発明によってこのように処理することで、公知先行技術に比べて著しく減じられていることを示している（１１）。
【００４０】
本発明による第１の方法でこのように処理された半導体ウェハは、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスにおける要求のより厳しい適用のための基板として、比較的に公知先行技術により処理された半導体ウェハよりも適している。
【００４１】
図３は、第２の方法に関して本発明を明らかにする。
【００４２】
図３ａは、特に速い引上げ法により得られた半導体単結晶３を概略的に示している。本発明による本実施例では、２５０ｋｇの融液正味重量から３００ｍｍの結晶を引き上げるための時間は、平坦な液相／固相成長界面で同じ融液正味重量から公知先行技術によって引き上げられる結晶のためには５８時間かかるのに対して、たった４２時間であった。
【００４３】
図３ａの成長界面１４は、特に大きく湾曲されていて、ほぼ台形の形状を有している。
【００４４】
図３ｂは、図３ａに示した切断面８に沿った切断により得られた半導体ウェハ９の平面図を示している。結晶の縁領域における成長界面の大きな勾配に基づいて、結晶の縁領域の成長界面において取り込まれる不純物の半径方向の濃度の変動は特に高く、空間的に高い周波数７ｂで変化する（濃度最大値の小さな半径方向間隔）。ロッド３の内側では（図３ａ）、成長界面がほぼ平坦な形状を有しており、したがって、半導体ウェハ９の中心領域（図３ｂ）は小さな変動振幅しか有しておらず、不純物濃度の最大値の、極めて広い間隔７ａを有している。
【００４５】
図３ｃは、単結晶ロッドを個別の半導体ウェハへと切断することにより損傷された、表面近くの区域１３を有する半導体ウェハ９の断面を示している。
【００４６】
図３ｄは、比較例として、（本発明によるものではない）、公知先行技術によるアルカリ性コロイダル分散シリカゾルを使用する化学機械的研磨（ＤＳＰ）による処理を示している。
【００４７】
半導体ウェハの、空間的に高い周波数で不純物濃度を変更された縁領域の選択的な材料除去は、半導体ウェハ９の表面の、縁領域７ｂにおける空間的に短い波長の大きな非平坦性１１と、中心領域７ａにおける低い周波数の非平坦性とをもたらす。
【００４８】
図３ｅは、本発明の第２の方法による、最終的な固定砥粒研磨（ＦＡＰ）によって処理したあとの半導体ウェハの断面を示している。
【００４９】
ＦＡＰの間に使用される研磨パッドは、公知先行技術によるシリカゾル研磨のための研磨パッドに比べて著しく固い。砥粒が、ＦＡＰパッド内に固定的に結合されていて、半導体ウェハ表面と研磨パッドとの間の、実質的に規定されていない相互作用を伴う液膜には含有されていないという事実に基づいて、ＦＡＰの間の材料除去は、実質的に経路を規定された形式で行われる。つまり、ＦＡＰの間の材料除去は、半導体ウェハ表面にわたって、固定的に結合された砥粒の経路に沿って確定的に行われる。この経路は、圧力、研磨パッドの形状および半導体ウェハの形状ならびにプロセス運動学により予め規定されている。
【００５０】
したがって、本発明による方法は、先行技術による化学機械的な研磨の選択的な材料除去を、確定的な、経路を規定されたワークピース処理で代替する。たとえば結晶成長中の「成長縞」の形成による不純物変動の結果として生じる、特に半導体ウェハの電子的、化学的または構造的な特性の空間的に短い波長での変更がある場合に、確定的に経路を規定された形式で材料を取り除く本発明による固いＦＡ研磨は、ワークピース表面の非平坦性を生じるのではなく、ワークピース表面を平坦にする。したがって、変動振幅がより小さく、かつ不純物最大値の間の間隔が大きな中心領域でも同じように、確定的に経路を規定されたＦＡ研磨が、同じように特に平坦な表面をもたらす。
【００５１】
本発明で説明された単結晶が、シリコン単結晶であると有利である。半導体ウェハが、単結晶シリコンウェハであると有利である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 引上げ坩堝（石英ガラス坩堝）
２ 融液（液相）
３ 単結晶（固相）
４ シリコン融液の表面（液体／ガスの界面）
５ ほぼ平坦な液相・固相の界面（成長界面）
５ａ ほぼ一定の曲率を有する凹状の成長界面
５ｂ ほぼ一定の曲率を有する凸状の成長界面
６ 不純物濃度が増大する領域
７ 不純物濃度変動の空間周波数
７ａ 不純物濃度の長い波長の変動の領域
７ｂ 不純物濃度の短い波長の変動の領域
８ 単結晶の切断面
９ 半導体ウェハ
１０ 不純物濃度に関連する材料除去の結果としての非平坦性
１１ 不純物濃度に関連する材料除去の結果として僅かに減じられた非平坦性
１２ 不純物濃度に関連する材料除去の結果として著しく減じられた非平坦性
１３ 結晶形状が損傷された半導体ウェハの表面層
１４ 台形に凸状に形成された成長界面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハを製造するための方法であって、半導体材料から成る単結晶を引き上げ、該単結晶を切断して半導体ウェハとし、該半導体ウェハを研磨し、この場合、研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、供給される研磨剤が、研磨作用を有する固体材料を含有していない方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
グローバルフラットネスおよびローカルフラットネス、片面基準ローカルフラットネス（ナノトポロジー）、ラフネス（粗さ）およびクリーンネス（清浄度）から成る極端な要求を課された半導体ウェハは、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロメカニクスのために必要とされる。半導体ウェハは、半導体材料から成るウェハであり、特に、ガリウムヒ素のような化合物半導体と、シリコンおよび場合によってはゲルマニウムのような主に元素半導体とから成るウェハである。公知先行技術によれば、半導体ウェハは、連続する複数のプロセスステップにおいて製造される。これらのプロセスステップは一般に以下のグループに分類され得る。
ａ）単結晶の半導体ロッドを製造する（結晶成長）；
ｂ）半導体ロッドを切断して個別のウェハとする；
ｃ）機械的に処理する；
ｄ）化学的に処理する；
ｅ）化学機械的に処理する；
ｆ）適宜、層構造体を製造する。
【０００３】
結晶成長は、予め位置決めされた単結晶のシード（種結晶）をシリコン融液から引き上げ回転させることにより行われるか（坩堝引上げ法、チョクラルスキー法）、または気相から堆積された多結晶の結晶を、誘導コイルを用いて形成され、ゆっくりと軸方向に結晶にわたり案内される融解帯域に沿って再結晶化させることにより行われる（帯域融解法）。坩堝引上げ法が、使用頻度の観点から、かつ本発明のために特に重要である。以下に、坩堝引上げ法をより詳細に説明する。
【０００４】
坩堝引上げ法では、トリクロロシランからの気相堆積により得られた高純度の多結晶シリコンが、不純物もしくはドーパント（dopant）の添加と共に、石英ガラス坩堝内において保護ガス雰囲気下で融解される。単結晶のシリコンロッドから予め得られた種結晶は、Ｘ線回折を用いることにより、所望の結晶学的な成長方向に位置決めされている。この種結晶は、融液内に浸漬され、単結晶をゆっくりと回転させながら、融液からゆっくりと引き上げられる。この場合、しばしば付加的に融解坩堝の回転が伴う。溶解熱は、抵抗加熱により、かつ適宜付加的には、誘導加熱により生じる。融液から不都合に熱を放散させる、得られた単結晶ロッドの温度調節、絶縁および遮蔽のための種々異なる方法が用いられ、これによって、融液から固相／液相の境界層を介して、さらに冷却されるロッド始端部までの、応力の少ない結晶成長を保証することができ、したがって応力により生じる結晶損傷（結晶転位）の形成を阻止することができる。公知先行技術においては、さらに、融液を透過して、対流と質量輸送現象とに影響を与える磁界を利用することが知られている。
【０００５】
公知先行技術による坩堝引上げ法の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２５８７０号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５０８２２号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５０８２２号明細書またはドイツ連邦共和国特許出願公告第１０１１８４８２号明細書に記載されている。
【０００６】
公知先行技術では、それぞれのプロセスパラメータにより特徴付けられる成長界面の形状は、融液対流および融液拡散、成長界面における不純物偏析、ならびに融液およびロッドの熱伝導および熱放射の複雑な相互作用において形成されることが知られている。この場合、対流とは、不均一な加熱による密度の変動による材料移動を意味していると理解される。拡散とは、濃度勾配によりに生じる、融液中の原子の（短距離の）移動を意味していると理解され、偏析とは、液相または固相の半導体材料における異なる溶解度のための、ロッドまたは融液における不純物の蓄積を意味していると理解される。結晶引上げ設備の運転パラメータ（引上げ率、温度分布等）の変更により、成長界面の形状、つまり半導体材料の液相と固相との間の界面の形状を広範囲で変更することが可能である。
【０００７】
図１は、引上げ坩堝中の、ほぼ平坦な相界面５、凹状の相界面５ａおよび凸状の相界面５ｂを有する、半導体材料から成る単結晶と融液とを示している。
【０００８】
さらに、公知先行技術では、融液内かつ相界面における材料堆積中の複雑な材料輸送現象は、成長する半導体単結晶中に堆積される不純物の、空間的に変動する濃度をもたらすことが知られている。引上げプロセス、引上げ装置および成長する半導体ロッドの回転対称に基づいて、不純物濃度変動はほぼ放射対称である、つまり、不純物濃度変動は、半導体単結晶の対称軸線に沿って、変動する不純物濃度の同心的な円を形成する。これらの不純物濃度の変動は、成長縞（striation）とも呼ばれる。
【０００９】
図２ａは、半径方向で変動する不純物濃度６を伴うほぼ平坦な液相／固相界面５を備えた、半導体材料から成る単結晶と融液とを示している。この半導体結晶が切断面に沿って切断されたのちに、この「成長縞」は、得られた半導体ウェハ９を同心円のようにカバーする（図２ｂ）。この同心円は、局所的な表面伝導性の測定によって視覚化され得るか、または欠陥エッチングによる処理後の非平坦性のように構造的に視覚化され得る。同じく公知先行技術から、不純物濃度変動の空間周波数が、結晶成長中の固相／液相界面のフラットネス（平坦性）に関係することが知られている。湾曲された界面の場合、成長縞は、界面が大きな勾配を有している領域で空間的に特に短い波（空間的に高い周波数）の連続で生じる。濃度変動円は、互いに近傍に位置している。これに対して、成長界面がほぼ平坦である領域では、不純物濃度は極めて緩慢にしか変動しない。変動円は、互いから遠く離れており、濃度変動の振幅（amplitude）は小さい。
【００１０】
個別の半導体ウェハに切断するために半導体ロッドを鋸断することは、得られた半導体ウェハの、単結晶性が損傷された表面近くの層（１３）をもたらす（図２ｃ）。これらの損傷された層は、次いで化学的処理および化学機械的処理によって取り除かれる。化学的処理の一例は、アルカリエッチングまたは酸エッチングである。化学機械的処理の一例は、アルカリ性コロイダル分散シリカゾルを用いた研磨である。
【００１１】
さらに、公知先行技術から、半導体ウェハの表面の化学的処理または化学機械的処理における材料除去率は、半導体の表面の局所的な化学的または電子的な特性に関係することが知られている。このことは、取り込まれた不純物原子の種々異なる濃度が、半導体のホスト格子を電子的に変更するか（局所的な原子価、伝導性）、またはサイズの不整合に基づいて、変形により構造的に変更するという事実から生じ、化学的処理または化学機械的処理の場合に、このことは、不純物濃度に関連する選択的な材料除去につながる。円形の非平坦性は、不純物濃度の変動により半導体ウェハの表面に形成される。化学的処理後または化学機械的処理後の表面の同心的な高さ変更は、同じく「成長縞」と呼ばれる。
【００１２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書には、半導体材料から成る基板を研磨するための方法が記載されている。この方法は、ＦＡＰタイプの２つの研磨ステップを有している。この方法は、１つの研磨ステップにおいて、固体材料としての結合されていない砥粒材料を含有する研磨剤スラリが、基板と研磨パッドとの間に導入されるのに対して、第２の研磨ステップにおいて、この研磨剤スラリが、固体材料を含有しない研磨剤溶液に取り替えられるという点で異なっている。
【００１３】
エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスにおける特に要求の多い適用のための基板として適した半導体ウェハは、その表面の、特に高度のフラットネスおよび均一性を有していなければならない。基板ウェハのフラットネスは、後にフォトリソグラフィーによりパターン形成される典型的な多層素子の個々の回路平面の達成可能なフラットネスを著しく制限する。当初のフラットネスが十分でない場合に、のちに個々の配線平面の種々異なる平坦化プロセス中に、設けられた絶縁層を突き破って、これにより短絡が生じて、このように製造された素子の損傷が生じる。
【００１４】
したがって、公知先行技術の場合には、長い波長の、できるだけ小さな不純物濃度変動７を有する半導体ウェハ（図２ｂ）が望ましい。この半導体ウェハは、公知先行技術では、成長界面５ができるだけ平坦である結晶引上げプロセスによってしか得られない（図２ａ）。このような引上げプロセスは特にゆっくり行われ、制御することが難しく、したがって極めて不経済である。
【００１５】
公知先行技術から知られている結晶引上げプロセスと、次いで行われる化学的な処理および化学機械的な処理プロセスによれば、到達可能なフラットネスに関して制限され、かつフラットネスに関して特に高い要求を有する将来的な適用のために適していない半導体ウェハしか製造することができない。さらに、このような製造方法は、極めて高価であり、結晶成長中に特に平坦な成長界面を維持することが必要となるので手間がかかる。この成長界面において、半導体材料は、単結晶を形成するために融液から極めてゆっくりとしか成長しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１００２５８７０号明細書
【特許文献２】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５０８２２号明細書
【特許文献３】ドイツ連邦共和国特許出願公告第１０１１８４８２号明細書
【特許文献４】ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
したがって、本発明の課題は半導体ウェハを製造するための方法であって、単結晶を、コスト効率よく、簡単な形式で操作することができる結晶引上げプロセスを用いて、高い歩止まりで製造し、該単結晶を、僅かな欠陥しかない半導体ウェハを形成するために適当な表面処理により処理することができ、該半導体ウェハが、不純物濃度の変動により制限されない、特に高い最終フラットネスを有している方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この課題を解決するために、本発明による半導体ウェハを製造するための第１の方法では、半導体材料から成る単結晶（３）を引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合に使用される研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、研磨作用を有する固体材料を含有しない、９．５〜１２．５のｐＨ値を有する研磨剤を、研磨されるべき半導体ウェハの表面と、研磨パッドとの間に形成される作業ギャップに供給するようにした。
【００１９】
この課題を解決するために、特に本発明による半導体ウェハを製造するための第２の方法では、半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合、研磨を、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有する研磨パッドを使用して行い、研磨中に供給される研磨剤が研磨作用を有する固体材料を含有しておらず、９．５〜１２．５のｐＨ値を有しており、結晶成長中に、単結晶（３）の縁領域を、空間に高い周波数の大きな不純物濃度変動で製造し、単結晶（３）の中心領域を、空間的に低い周波数の小さな不純物濃度変動で製造するようにした。
【発明の効果】
【００２０】
ＦＡＰ研磨（半導体ウェハを、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有する研磨パッドを用いて研磨すること）のための相応する方法は、参照番号１０２００８０５３６１０．５、１０２００９０２５２４３．６、１０２００９０３０２９７．２および１０２００９０３０２９２．１を有する、これより前には公表されていないドイツ連邦共和国特許出願に開示されており、これらの内容の全てが本出願において参照される。これらの出願は、ＦＡＰ研磨の特に適応された方法が本課題を達成できるようにすることを開示してない。
【００２１】
本発明に不可欠なのは、ＤＳＰまたはＣＭＰのような、従来の化学機械的な研磨が行われないことである。ＤＳＰは、ＦＡＰ研磨によって代替される。
【００２２】
特に不可欠なのは、研磨作用を有する固体材料を含有する研磨剤が、研磨プロセス中に供給されないことである。
【００２３】
本発明は、固体材料を有しない研磨剤用溶液しか使用しない。その結果、本発明による方法は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書に記載された方法とは明らかに異なる。ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００７０３５２６６号明細書は、研磨剤懸濁液の供給を伴うＦＡＰステップが、当該明細書において請求された２つの部分のＦＡＰ研磨において必須であることを開示している。本発明の課題は、上記手段によっても、化学機械的なＤＳＰを適用しても達成することができなかった。
【００２４】
研磨剤溶液のｐＨ値は、水酸化カリウム溶液（ＫＯＨ）または炭酸カリウム（Ｋ２ＣＯ３）を添加することにより設定されると有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】単結晶と引上げ坩堝内の半導体材料から成る融液とを、ほぼ平坦な液相／固相界面、凸状の液相／固相界面または凹状の液相／固相界面で示した図である。
【図２ａ】ほぼ平坦な液相／固相界面と不純物濃度変動の均一な拡散を有する、単結晶と引上げ坩堝内の半導体材料から成る融液とを示した図である。
【図２ｂ】（図２ａに示した単結晶にわたって切断した）不純物濃度変動の、半径方向で均一な拡散を有する半導体ウェハを示した平面図である。
【図２ｃ】単結晶から切断（鋸断）したあとの、損傷した表面区域を有する半導体ウェハの断面図である。
【図２ｄ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面区域を、（本発明に係らない）化学機械的な研磨方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる著しい非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【図２ｅ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面区域を、「固定砥粒」研磨の本発明による方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる減じられた非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【図３ａ】半導体ウェハの縁領域における短い波長の不純物濃度変動と、中心領域におけるほぼ一定の不純物濃度を有する、ほぼ台形状の凹状の固相／液相界面を有する単結晶と半導体材料を有する坩堝内の融液を示す図である。
【図３ｂ】半導体ウェハの縁領域における短い波長の不純物濃度変動と、中心領域におけるほぼ一定の不純物濃度を有する（図３に示した単結晶から切断した）半導体ウェハの平面図である。
【図３ｃ】単結晶から切断（鋸断）したあとの、損傷した表面の区域を有する半導体ウェハの断面図である。
【図３ｄ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面領域を（本発明に係らない）化学機械的な研磨方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる著しい非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【図３ｅ】単結晶から切断し、次いで損傷した表面領域を、「固定砥粒」研磨の本発明による方法で取り除いたあとの、表面の、結果として生じる減じられた非平坦性を有する半導体ウェハの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明を以下に図面につき詳しく説明する。
【００２７】
図１は、単結晶ロッド引上げ設備の主要エレメントを示している。溶解坩堝１と、半導体材料から成る融液２（液相）と、半導体材料から成る引き上げられた単結晶３（固相）と、融液の表面４と、種々異なる液固界面、つまりいわゆる成長面とが示されている。成長面において、融液からの堆積により結晶成長が行われる。これらの成長面の１つはほぼ平坦５であり、１つは凹状５ａであり、１つは凸状５ｂである。
【００２８】
図２ａは、公知先行技術よる比較例を示している。公知先行技術では、できるだけ平坦な成長面が望ましい。なぜならば、平坦な成長面では、結晶格子内に取り込まれる不純物の濃度６の変化が最も小さく、この変化は、空間的に長い波長の形で行われるからである。個別の半導体ウェハ９は、たとえば図示された切断面８に沿ってロッド３を切断することにより得られる。
【００２９】
このような半導体ウェハ９は、図２ｂに平面図で示されている。
【００３０】
比較例に示された、公知先行技術により引上げられた単結晶から得られた半導体ウェハ９は、不純物変動の均等な間隔７を有している。このような結晶引上げプロセスは、極めて多くの時間を消耗し、非生産的で高価である。例として、２５０ｋｇの融液正味重量から３００ｍｍのシリコン単結晶を引き上げるための継続時間は、約５８時間である。
【００３１】
図２ｃは、ロッドの切断後に得られた半導体ウェハ９の側面を示している。表面近くの結晶層１３は、分離プロセスの材料処理動作によって損傷されている。損傷された層の除去中に、かつ機械的処理（グラインディング、ラッピング）および化学的処理（エッチング）による表面の平滑化中に、特に先行技術によるアルカリ性コロイダル分散シリカゾルを用いた最終研磨中に、不純物濃度変動は、選択的な材料除去の結果として、半導体表面の大きな非平坦性１０を形成する（図２ｄ）。
【００３２】
比較例に示された、公知先行技術による結晶成長およびシリカゾル研磨により得られた半導体ウェハは、その大きな非平坦性に基づいて、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスに関する特に要求の多い適用のための基板としては適していない。
【００３３】
図２ｅは、公知先行技術による引上げ方法により得られたが、本発明の第１の方法による「固定砥粒研磨」法（ＦＡＰ）により最終的に研磨された後の半導体ウェハの断面を示している。ＦＡＰの間に、１つまたは複数の半導体ウェハが、同時にまたは連続的に、一方の面を、または順次にまたは同時に両方の面を、圧力下で半導体ウェハを研磨パッドに沿って移動させることによって、材料除去式に処理される。この場合、研磨作用を有する固体材料は、ＦＡＰ研磨パッドに固定的に結合されており、処理中に研磨パッドと半導体ウェハの表面との間に形成される作業ギャップに供給される研磨剤は、研磨作用を有する固体材料を含有しておらず、９．５〜１２．５のｐＨ値を有している。
【００３４】
使用されるＦＡＰ研磨パッドのために適切な砥粒材料は、たとえば、セリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの元素の酸化物の粒子ならびに硬質物質、たとえば炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンドの粒子を有している。
【００３５】
特に適した研磨パッドは、反復した微細構造が付与された表面的特徴（トポグラフィ）を有している。この微細構造（「支柱」）は、たとえば、円柱状または多角形の断面を有する柱の形か、または三角錐または三角錐台の形を有している。
【００３６】
このような研磨パッドは、たとえば国際公開第９２／１３６８０号パンフレットおよび米国特許第２００５／２２７５９０号明細書に記載されている。
【００３７】
米国特許第６６０２１１７号明細書に記載されるように、研磨パッドに結合された酸化セリウムの粒子の使用が特に有利である。
【００３８】
ＦＡＰ研磨パッドに含まれる砥粒の平均粒度は、有利には０．１〜１．０μｍ、特に有利には０．１〜０．６μｍ、極めて有利には０．１〜０．２５μｍである。
【００３９】
図２ｅは、得られた半導体表面の非平坦性が、本発明によってこのように処理することで、公知先行技術に比べて著しく減じられていることを示している（１１）。
【００４０】
本発明による第１の方法でこのように処理された半導体ウェハは、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクスまたはマイクロエレクトロメカニクスにおける要求のより厳しい適用のための基板として、比較的に公知先行技術により処理された半導体ウェハよりも適している。
【００４１】
図３は、第２の方法に関して本発明を明らかにする。
【００４２】
図３ａは、特に速い引上げ法により得られた半導体単結晶３を概略的に示している。本発明による本実施例では、２５０ｋｇの融液正味重量から３００ｍｍの結晶を引き上げるための時間は、平坦な液相／固相成長界面で同じ融液正味重量から公知先行技術によって引き上げられる結晶のためには５８時間かかるのに対して、たった４２時間であった。
【００４３】
図３ａの成長界面１４は、特に大きく湾曲されていて、ほぼ台形の形状を有している。
【００４４】
図３ｂは、図３ａに示した切断面８に沿った切断により得られた半導体ウェハ９の平面図を示している。結晶の縁領域における成長界面の大きな勾配に基づいて、結晶の縁領域の成長界面において取り込まれる不純物の半径方向の濃度の変動は特に高く、空間的に高い周波数７ｂで変化する（濃度最大値の小さな半径方向間隔）。ロッド３の内側では（図３ａ）、成長界面がほぼ平坦な形状を有しており、したがって、半導体ウェハ９の中心領域（図３ｂ）は小さな変動振幅しか有しておらず、不純物濃度の最大値の、極めて広い間隔７ａを有している。
【００４５】
図３ｃは、単結晶ロッドを個別の半導体ウェハへと切断することにより損傷された、表面近くの区域１３を有する半導体ウェハ９の断面を示している。
【００４６】
図３ｄは、比較例として、（本発明によるものではない）、公知先行技術によるアルカリ性コロイダル分散シリカゾルを使用する化学機械的研磨（ＤＳＰ）による処理を示している。
【００４７】
半導体ウェハの、空間的に高い周波数で不純物濃度を変更された縁領域の選択的な材料除去は、半導体ウェハ９の表面の、縁領域７ｂにおける空間的に短い波長の大きな非平坦性１１と、中心領域７ａにおける低い周波数の非平坦性とをもたらす。
【００４８】
図３ｅは、本発明の第２の方法による、最終的な固定砥粒研磨（ＦＡＰ）によって処理したあとの半導体ウェハの断面を示している。
【００４９】
ＦＡＰの間に使用される研磨パッドは、公知先行技術によるシリカゾル研磨のための研磨パッドに比べて著しく固い。砥粒が、ＦＡＰパッド内に固定的に結合されていて、半導体ウェハ表面と研磨パッドとの間の、実質的に規定されていない相互作用を伴う液膜には含有されていないという事実に基づいて、ＦＡＰの間の材料除去は、実質的に経路を規定された形式で行われる。つまり、ＦＡＰの間の材料除去は、半導体ウェハ表面にわたって、固定的に結合された砥粒の経路に沿って確定的に行われる。この経路は、圧力、研磨パッドの形状および半導体ウェハの形状ならびにプロセス運動学により予め規定されている。
【００５０】
したがって、本発明による方法は、先行技術による化学機械的な研磨の選択的な材料除去を、確定的な、経路を規定されたワークピース処理で代替する。たとえば結晶成長中の「成長縞」の形成による不純物変動の結果として生じる、特に半導体ウェハの電子的、化学的または構造的な特性の空間的に短い波長での変更がある場合に、確定的に経路を規定された形式で材料を取り除く本発明による固いＦＡ研磨は、ワークピース表面の非平坦性を生じるのではなく、ワークピース表面を平坦にする。したがって、変動振幅がより小さく、かつ不純物最大値の間の間隔が大きな中心領域でも同じように、確定的に経路を規定されたＦＡ研磨が、同じように特に平坦な表面をもたらす。
【００５１】
本発明で説明された単結晶が、シリコン単結晶であると有利である。半導体ウェハが、単結晶シリコンウェハであると有利である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 引上げ坩堝（石英ガラス坩堝）
２ 融液（液相）
３ 単結晶（固相）
４ シリコン融液の表面（液体／ガスの界面）
５ ほぼ平坦な液相・固相の界面（成長界面）
５ａ ほぼ一定の曲率を有する凹状の成長界面
５ｂ ほぼ一定の曲率を有する凸状の成長界面
６ 不純物濃度が増大する領域
７ 不純物濃度変動の空間周波数
７ａ 不純物濃度の長い波長の変動の領域
７ｂ 不純物濃度の短い波長の変動の領域
８ 単結晶の切断面
９ 半導体ウェハ
１０ 不純物濃度に関連する材料除去の結果としての非平坦性
１１ 不純物濃度に関連する材料除去の結果として僅かに減じられた非平坦性
１２ 不純物濃度に関連する材料除去の結果として著しく減じられた非平坦性
１３ 結晶形状が損傷された半導体ウェハの表面層
１４ 台形に凸状に形成された成長界面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハを製造するための方法であって、半導体材料から成る単結晶（３）を引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合に使用される研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、研磨作用を有する固体材料を含有しない、９．５〜１２．５のｐＨ値を有する研磨剤を、研磨されるべき半導体ウェハの表面と、研磨パッドとの間に形成された作業ギャップに供給することを特徴とする、半導体ウェハを製造するための方法。
【請求項２】
半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げるプロセス中に、固相と液相とを形成し、この場合、融液（２）からの堆積の結果として結晶成長が行われる、液相と固相との間の界面（４）が、ほぼ平坦な形状（５）、凹状の形状（５ａ）または凸状の形状（５ｂ）を有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
半導体ウェハを製造するための方法であって、半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有する研磨パッドを使用して研磨を行い、研磨中に供給される研磨剤が、研磨作用を有する固体材料を含有しておらず、９．５〜１２．５のｐＨ値を有しており、結晶成長中に、単結晶（３）の縁領域を、空間的に高い周波数の大きな不純物濃度変動で製造し、中心領域を、空間的に低い周波数の小さな不純物濃度変動で製造することを特徴とする、半導体ウェハを製造するための方法。
【請求項４】
半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げるプロセスの間に、固相と液相とを形成し、この場合、融液（２）からの堆積の結果として結晶成長が行われる、固相と液相との間の界面（４）が、凹状の形状（５ａ）を有している、請求項３記載の方法。
【請求項５】
研磨パッドに固定的に結合される、研磨作用を有する固体材料を、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素およびダイヤモンドを含む群から選択する、請求項１または２もしくは請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
研磨パッドに固定的に結合される、研磨作用を有する固体材料の平均粒度が、０．１〜１．０μｍである、請求項５記載の方法。
【請求項７】
固相と液相との間の界面（５）が、ほぼ台形の形状（１４）を有している、請求項３または４記載の方法。
【請求項８】
界面（４）が、融液（２）から引き上げられた単結晶（３）の縁領域において、単結晶（３）の中心の領域におけるよりも高い勾配を有しており、液相と固相との間の界面（５）において取り込まれる不純物の半径方向の濃度変動が、単結晶（３）の縁領域において高くなっており、濃度最大値の間の半径方向の間隔（７ａ）が小さくなっている、請求項３、４または７のいずれか記載の方法。
【請求項９】
界面（５）が、融液（２）から引き上げられた単結晶（３）の中心においてほぼ平坦な形式で延びており、液相と固相との間の界面（４）において取り込まれた不純物の半径方向の濃度変動が、単結晶（３）の中心で小さくなっており、濃度最大値の間の半径方向の間隔（７ｂ）が広くなっている、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の方法によって製造されることを特徴とする、半導体ウェハ。
【請求項１】
半導体ウェハを製造するための方法であって、半導体材料から成る単結晶（３）を引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合に使用される研磨パッドが、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有しており、研磨作用を有する固体材料を含有しない、９．５〜１２．５のｐＨ値を有する研磨剤を、研磨されるべき半導体ウェハの表面と、研磨パッドとの間に形成された作業ギャップに供給することを特徴とする、半導体ウェハを製造するための方法。
【請求項２】
半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げるプロセス中に、固相と液相とを形成し、この場合、融液（２）からの堆積の結果として結晶成長が行われる、液相と固相との間の界面（４）が、ほぼ平坦な形状（５）、凹状の形状（５ａ）または凸状の形状（５ｂ）を有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
半導体ウェハを製造するための方法であって、半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げ、該単結晶（３）から半導体ウェハ（９）を切断し、該半導体ウェハ（９）を研磨する方法において、この場合、研磨作用を有する固定的に結合された固体材料を含有する研磨パッドを使用して研磨を行い、研磨中に供給される研磨剤が、研磨作用を有する固体材料を含有しておらず、９．５〜１２．５のｐＨ値を有しており、結晶成長中に、単結晶（３）の縁領域を、空間的に高い周波数の大きな不純物濃度変動で製造し、中心領域を、空間的に低い周波数の小さな不純物濃度変動で製造することを特徴とする、半導体ウェハを製造するための方法。
【請求項４】
半導体材料から成る単結晶（３）を融液（２）から引き上げるプロセスの間に、固相と液相とを形成し、この場合、融液（２）からの堆積の結果として結晶成長が行われる、固相と液相との間の界面（４）が、凹状の形状（５ａ）を有している、請求項３記載の方法。
【請求項５】
研磨パッドに固定的に結合される、研磨作用を有する固体材料を、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素およびダイヤモンドを含む群から選択する、請求項１または２もしくは請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
研磨パッドに固定的に結合される、研磨作用を有する固体材料の平均粒度が、０．１〜１．０μｍである、請求項５記載の方法。
【請求項７】
固相と液相との間の界面（５）が、ほぼ台形の形状（１４）を有している、請求項３または４記載の方法。
【請求項８】
界面（４）が、融液（２）から引き上げられた単結晶（３）の縁領域において、単結晶（３）の中心の領域におけるよりも高い勾配を有しており、液相と固相との間の界面（５）において取り込まれる不純物の半径方向の濃度変動が、単結晶（３）の縁領域において高くなっており、濃度最大値の間の半径方向の間隔（７ａ）が小さくなっている、請求項３、４または７のいずれか記載の方法。
【請求項９】
界面（５）が、融液（２）から引き上げられた単結晶（３）の中心においてほぼ平坦な形式で延びており、液相と固相との間の界面（４）において取り込まれた不純物の半径方向の濃度変動が、単結晶（３）の中心で小さくなっており、濃度最大値の間の半径方向の間隔（７ｂ）が広くなっている、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の方法によって製造されることを特徴とする、半導体ウェハ。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図２ｃ】
【図２ｄ】
【図２ｅ】
【図３ａ】
【図３ｂ】
【図３ｃ】
【図３ｄ】
【図３ｅ】
【公開番号】特開２０１１−１２４５７８（Ｐ２０１１−１２４５７８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−２７４６４７（Ｐ２０１０−２７４６４７）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７４６４７（Ｐ２０１０−２７４６４７）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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