JP2006228963A

JP2006228963A - 半導体ウエハの製造方法

Info

Publication number: JP2006228963A
Application number: JP2005040758A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tachibana; 武史橘; Nobuyuki Kawakami; 信之川上; Kazuyuki Hayashi; 和志林; Yoshihiro Yokota; 嘉宏横田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31

Abstract

【課題】金属汚染がなく清浄で異物付着が極めて少ない高品質の半導体ウエハを製造する方法を提供すること。
【解決手段】本発明による半導体ウエハの製造方法は、基板の一方の主面に薄膜を有する半導体ウエハを製造するにあたり、前記薄膜を形成する前に、前記基板の他方の主面に犠牲層を設け、前記薄膜を形成した後に、酸またはアルカリ溶液で処理して前記犠牲層を実質的に溶解・除去することを特徴とする。さらに、前記犠牲層を実質的に溶解・除去した後に、前記酸またはアルカリ溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液で処理してもよい。

Description

本発明は半導体ウエハの製造方法に関する。

これまで、電子が関係する様々な現象を利用した各種の電子デバイスや光デバイスが研究・開発され、実用化されてきた。電子デバイスや光デバイスを製造するには、半導体材料が必要不可欠であるが、最近では、従来のシリコン、炭化ケイ素、化合物半導体などに加えて、ダイヤモンドやカーボンナノチューブ（以下、「ＣＮＴ」と省略することがある。）などの炭素材料も用いられるようになってきた。

ダイヤモンドやＣＮＴを用いた電子デバイス、例えば、圧力センサやカンチレバーなどは、一般的に、微細加工が容易なシリコンを基板として、その表面にダイヤモンドやＣＮＴを薄膜状に形成することにより製造されている。このような電子デバイスを製造するにあたっては、基板の表面（すなわち、ダイヤモンドやＣＮＴの薄膜を形成する主面）だけでなく、裏面にも微細なパターンを加工することが多い。

ところが、ダイヤモンドやＣＮＴの薄膜を基板の表面に形成する際、単体構造の基板を用いると、基板の裏面に異物（例えば、ダイヤモンド粒子やカーボン粉末）が付着することがある。これらの異物が基板の裏面に存在すると、この裏面に微細なパターンを加工できなかったり、加工できてもパターンが所望の形状とは異なったりすることがある。

異物は、基板の裏面に対して、単に物理的に付着しているだけでなく、化学的に強固な結合を形成している場合（以下、異物の物理的な付着および化学的な結合を併せて「異物付着」または単に「付着」という。）が多いので、例えば、単に基板を純水で洗浄するだけでは、異物を除去することは困難である。

このような問題点を解決する方法として、例えば、特許文献１には、液化インジウムなどの溶融金属を用いて、基板を分離加工することにより、繰り返して使用することが提案されている。

しかし、このような方法では、基板が溶融金属によって汚染されるので、実際の電子デバイスや光デバイスの製造プロセスに適用することはできないと考えられる。
特開２００１−７０７６号公報

前述した状況の下、本発明が解決すべき課題は、金属汚染がなく清浄で異物付着が極めて少ない高品質の半導体ウエハを製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、シリコンなどの基板の裏面に付着した異物を取り除くために、種々の方法を検討した結果、基板の裏面に予め犠牲層を設けておき、これを酸またはアルカリ溶液で溶解することにより、付着した異物と共に除去することが、清浄で異物付着が極めて少ない裏面を得るには、最も低コストで再現性が高いことを見出して、本発明を完成した。

すなわち、本発明による半導体ウエハの製造方法は、基板の一方の主面に薄膜を有する半導体ウエハを製造するにあたり、前記薄膜を形成する前に、前記基板の他方の主面に犠牲層を設け、前記薄膜を形成した後に、酸またはアルカリ溶液で処理して前記犠牲層を実質的に溶解・除去することを特徴とする。必要に応じて、さらに、前記犠牲層を実質的に溶解・除去した後に、前記酸またはアルカリ溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液で処理してもよい。

さらに詳しくは、本発明による半導体ウエハの製造方法は、前記基板の他方の主面に犠牲層を形成する工程と、次いで、前記基板の一方の主面に薄膜を形成する工程と、次いで、酸またはアルカリ溶液で処理して前記犠牲層を実質的に溶解・除去する工程とを含み、必要に応じて、さらに、前記犠牲層を実質的に溶解・除去する工程の後に、前記酸またはアルカリ溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液で処理する工程を含むものである。

前記基板は、好ましくはシリコン、サファイア、炭化ケイ素または石英からなる。前記犠牲層は、好ましくは酸化シリコン、酸化アルミニウムおよびシリコンから選択される少なくとも１種の材料からなる。前記薄膜は、好ましくは炭素材料、より好ましくはダイヤモンドまたはカーボンナノチューブからなる。

前記酸またはアルカリ溶液は、好ましくはフッ酸、リン酸またはアンモニアの水溶液であり、より好ましくは過酸化水素または硝酸を含有する。

本発明の製造方法によれば、溶融金属を用いて基板を分離加工するのではなく、犠牲層を酸またはアルカリ溶液で溶解することにより、付着した異物と共に除去するだけであるので、金属汚染がなく清浄で異物付着が極めて少ない高品質の半導体ウエハを簡便にかつ再現性よく製造することができる。

本発明による半導体ウエハの製造方法は、基板の一方の主面に薄膜を有する半導体ウエハを製造するにあたり、前記薄膜を形成する前に、前記基板の他方の主面に犠牲層を設け、前記薄膜を形成した後に、酸またはアルカリ溶液で処理して（以下、単に「溶液処理」ということがある。）前記犠牲層を溶解することにより、付着した異物と共に除去するものである。ここで、「異物」とは、薄膜を形成する際に生じる反応生成物の微粒子（通常、半導体ウエハの最小加工寸法の約１／２以上の大きさのものが問題となるが、本発明では、大きさの下限が０．２μｍ程度とする。）を意味する。なお、異物の個数は、ウエハ表面検査装置（例えば、トプコン社製のＷＭ−３；検出レベル０．２μｍ、周辺カット設定せず）を用いて、全面を測定し、面積１ｃｍ²あたりの平均数（個／ｃｍ²）で表すものとする。また、「除去」とは、溶液処理後に基板の露出した主面にパターンを加工する際にパターン欠陥などの障害を起こさない程度に犠牲層を取り除くことを意味し、前記基板の露出した主面に前記犠牲層の材料がごく微量残存している場合や前記基板の露出した主面の表層部分がごくわずかに削り取られる場合などを含むものとする。

溶液処理後に露出した前記基板の他方の主面に異物が付着している場合があるが、このような場合には、さらに、前記酸またはアルカリ溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液で処理してもよい。

以下、本発明の製造方法により得られる半導体ウエハ、それを構成する基板および薄膜、それを製造する際に用いる犠牲層および酸またはアルカリ溶液について詳しく説明した後、本発明の製造方法を実施する工程について詳しく説明する。なお、以下、基板の主面のうち、薄膜を形成する側の主面を表面といい、犠牲層を設ける側の主面を裏面という。

＜半導体ウエハ＞
本発明の製造方法により得られる半導体ウエハは、基板の表面に薄膜を有する。このような半導体ウエハを構成する基板および薄膜は、半導体ウエハから製造する電子デバイスや光デバイスの種類に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、以下のようなものを用いることができる。

＜基板＞
基板の材料としては、具体的には、例えば、シリコン、サファイア、炭化ケイ素（例えば、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ）、石英のほか、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）などのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などが挙げられる。これらの材料のうち、シリコン、サファイア、炭化ケイ素、石英が特に好適である。なお、基板には、必要に応じて、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどのＩＩＩ族元素、窒素、リン、ヒ素、アンチモンなどのＶ族元素などの不純物がドープされていてもよい。

基板は、単層構造であっても積層構造であってもよい。積層構造を有する基板は、２枚以上の基板を張り合わせたものであっても基板の表面および／または裏面に１層以上の薄膜を形成したものであってもよい。基板の形状、寸法および厚さは、半導体ウエハから製造する電子デバイスや光デバイスの種類、半導体ウエハの生産性などを考慮して適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、現在入手可能なシリコン基板は、丸型で直径が１インチ（約２５ｍｍ）以上、１２インチ（約３００ｍｍ）以下であり、厚さが０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下程度であり、現在入手可能なサファイア基板は、丸型で直径が２インチ（約５０ｍｍ）以上、８インチ（約２００ｍｍ）以下であり、角型で一辺が１０ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下程度であり、厚さが０．０８ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下程度であり、現在入手可能な炭化ケイ素基板は、丸型で直径が２インチ（約５０ｍｍ）以上、６インチ（約１５０ｍｍ）以下であり、厚さが０．３ｍｍ以上、０．８ｍｍ以下程度であり、現在入手可能な石英基板は、丸型で直径が２インチ（約５０ｍｍ）以上、１２インチ（約３００ｍｍ）以下であり、角型で一辺が２５ｍｍ以上、１５０ｍｍ以下程度であり、厚さが０．１ｍｍ以上、１．２ｍｍ以下程度である。

＜薄膜＞
薄膜の材料としては、具体的には、例えば、ダイヤモンド、カーボンナノチューブなどの炭素材料のほか、シリコン（例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、エピタキシャルシリコン）や、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）などのシリコン化合物、炭化ケイ素（例えば、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体およびそれらの混晶、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）などのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体およびそれらの混晶などが挙げられる。これらの材料のうち、ダイヤモンド、カーボンナノチューブなどの炭素材料、シリコン、シリコン化合物、炭化ケイ素が好ましく、ダイヤモンド、カーボンナノチューブなどの炭素材料が特に好適である。なお、薄膜には、必要に応じて、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどのＩＩＩ族元素、窒素、リン、ヒ素、アンチモンなどのＶ族元素などの不純物がドープされていてもよい。

薄膜の材料は、基板の材料と同種または異種のいずれであってもよい。ただし、同種の材料を用いる場合には、基板の材料と結晶型や導電型が異なる材料を選択することが好ましい。

薄膜は、単層構造であっても積層構造であってもよい。薄膜の厚さは、半導体ウエハから製造する電子デバイスや光デバイスの種類、基板の厚さなどに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、薄膜がダイヤモンド、カーボンナノチューブなどの炭素材料からなる場合には、単層で好ましくは５０ｎｍ以上、１０μｍ以下であり、薄膜がシリコン、シリコン化合物、炭化ケイ素などの材料からなる場合には、単層で好ましくは２ｎｍ以上、１０μｍ以下である。

基板の表面に薄膜を形成する製膜法は、基板の材料、薄膜の材料および厚さなどに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、熱酸化法、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）、物理的蒸着法（ＰＶＤ法）、ゾルゲル法、塗布法などが挙げられる。熱酸化法は、酸化物質により、例えば、酸素で酸化するドライ酸化、水で酸化するウェット酸化に分類される。ＣＶＤ法は、原料を分解する手段により、例えば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法などに分類される。ＰＶＤ法は、応用する物理現象により、例えば、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などに分類される。ゾルゲル法および塗布法において、原料の溶液を塗布する様式としては、例えば、スピンコート、ディップコート、スプレーコートなどが挙げられる。これらの製膜法は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。これらの製膜法のうち、ＣＶＤ法およびＰＶＤ法が特に好適である。

＜犠牲層＞
前述したように、本発明の製造方法では、基板の表面に薄膜を形成する際に発生する異物が前記基板の裏面に付着することを防止するために、前記薄膜を形成する前に、前記基板の裏面に犠牲層を設け、前記薄膜を形成した後に、酸またはアルカリ溶液で処理して前記犠牲層を溶解することにより、付着した異物と共に除去する。それゆえ、犠牲層およびそれを溶解する酸またはアルカリ溶液は、以下のような条件を満足するように選択する必要がある。
（１）基板と犠牲層との間に実質的に界面反応がないこと
（２）犠牲層を溶解する酸またはアルカリ溶液は、実質的に犠牲層のみと反応し、基板および薄膜には影響を及ぼしにくいこと
（３）犠牲層と酸またはアルカリ溶液の化学反応によって生じる反応生成物が基板および薄膜に付着しにくいこと。

これらの条件を満たす組合せは、基板および薄膜の材料に応じて、犠牲層およびこれを溶解する酸またはアルカリ溶液を選択することで決定される。

犠牲層の材料としては、代表的には、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、シリコン（例えば、ポリシリコン、アモルファスシリコン、エピタキシャルシリコン）などが挙げられる。これらの材料からなる犠牲層は、前述した特に好適な基板に対して容易に密着性よく形成することができる。また、これらの材料は、後述する酸またはアルカリ溶液の代表例であるフッ酸やリン酸の水溶液など、基板および薄膜を実質的に溶解・汚染しない溶液で容易に除去することができ、また、基板および薄膜に反応生成物や異物を実質的に残さないので、金属汚染がなく清浄で異物付着が極めて少ない半導体ウエハを得ることができる。なかでも、後述の実施例に示すように、酸化シリコンからなる犠牲層は、例えば、シリコン基板の表面にダイヤモンド薄膜を形成する場合に特に好適であり、酸化シリコンやシリコンからなる犠牲層は、例えば、サファイア基板の表面にカーボンナノチューブ膜を形成する場合に好適であり、酸化アルミニウムからなる犠牲層は、例えば、石英基板の表面にダイヤモンド薄膜を形成する場合に特に好適である。

犠牲層は、単層構造であっても積層構造であってもよい。犠牲層の厚さは、異物除去の効率、半導体ウエハの生産性などを考慮して適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、単層で好ましくは０．１μｍ以上、１μｍ以下、より好ましくは０．３μｍ以上、０．５μｍ以下である。犠牲層の厚さが０．１μｍ未満であると、薄膜の形成時に異物が犠牲層を貫通して基板に達することがある。犠牲層の厚さが１μｍを超えると、犠牲層を形成する際や、酸またはアルカリ溶液で溶解・除去する際に時間がかかり、半導体ウエハの生産性が低下することがある。なお、基板と犠牲層との間に剥離層を挿入してもよく、この場合には、犠牲層を溶解・除去した後に、半導体ウエハの清浄度が向上することがある。

基板の裏面に犠牲層を形成する製膜法は、基板の材料、犠牲層の材料および厚さなどに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、前述の薄膜の製膜法と同様の方法が挙げられる。これらの製膜法は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。これらの製膜法のうち、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法および塗布法が特に好適である。

＜酸またはアルカリ溶液＞
本発明の製造方法に用いる酸またはアルカリ溶液としては、代表的には、例えば、フッ酸、リン酸などの無機酸；アンモニア、アンモニアの炭酸塩、アルカリ金属の水酸化物や炭酸塩などの無機塩基；水酸化テトラアルキルアンモニウム、アルカノールアミン、エチレンジアミン、ピペラジンなどの有機塩基などの水溶液（本明細書では、水溶液を単に「溶液」ということがある。）が挙げられる。これらの水溶液は、単独で用いても２種以上を併用してもよい。これらの水溶液のうち、フッ酸、リン酸またはアンモニアの水溶液が特に好適である。なお、酸またはアルカリ溶液に過酸化水素、硝酸などの酸化剤を含有させてもよく、この場合には、酸化作用により、犠牲層の溶解速度が向上することがある。また、酸またはアルカリ溶液のｐＨを調整してもよく、この場合には、犠牲層の溶解・除去により生じる反応生成物が基板および薄膜に付着しないように制御できることがある。

前述したように、犠牲層を溶解する酸またはアルカリ溶液は、前述の条件（２）および（３）を満足するように選択する必要がある。このような条件を満足する酸またはアルカリ溶液としては、後述の実施例に示すように、シリコン基板の裏面に酸化シリコンからなる犠牲層を形成し、表面にダイヤモンド薄膜を形成した場合には、例えば、フッ酸・過酸化水素混合溶液やアンモニア・過酸化水素混合溶液が特に好適であり、サファイア基板の裏面に酸化シリコンやシリコンからなる犠牲層を形成し、表面にカーボンナノチューブ膜を形成した場合には、例えば、フッ酸・硝酸混合溶液や希フッ酸溶液が特に好適であり、石英基板の裏面に酸化アルミニウムからなる犠牲層を形成し、表面にダイヤモンド薄膜を形成した場合には、例えば、リン酸溶液が特に好適である。

酸またはアルカリ溶液の濃度は、犠牲層の材料および厚さなどに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは１体積％以上、２０体積％以下、より好ましくは５体積％以上、１５体積％以下である。酸またはアルカリ溶液の濃度が１体積％未満であると、犠牲層を溶解するのに時間がかかり、半導体ウエハの生産性が低下することがある。酸またはアルカリ溶液の濃度が２０体積％を超えると、溶液処理後に純水で洗浄するのに時間がかかり、半導体ウエハの生産性が低下することがある。

なお、酸またはアルカリ溶液（以下、「第１溶液」ということがある。）で処理して犠牲層を実質的に溶解・除去した後、基板の裏面に異物が認められる場合には、さらに、第１溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液（以下、「第２溶液」ということがある。）で処理してもよいが、その際、第２溶液の種類および濃度は、第１溶液と同様にするか、あるいは、第１溶液による処理で異物の個数が減少している場合が多いので、第２溶液の種類は第１溶液より作用の弱いものを選択したり、第２溶液の濃度は第１溶液より低くしたりしてもよい。第２溶液の濃度を第１溶液より低くする場合には、第２溶液の濃度は前記範囲を下回ることがあるが、好ましくは０．５体積％以上である。

酸化剤を用いる場合、その濃度は、酸またはアルカリ溶液の種類および濃度などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは０．５体積％以上、１５体積％以下、より好ましくは１体積％以上、１０体積％以下である。酸化剤の濃度が０．５体積％未満であると、酸化剤を用いる効果が期待できないことがある。酸化剤の濃度が１５体積％を超えると、基板および薄膜を損傷することがある。

＜半導体ウエハの製造方法＞
本発明による半導体ウエハの製造方法を実施する工程を、図１を参照しながら、具体的に説明する。ただし、図１に示す工程は、一具体例にすぎず、本発明の製造方法を限定するものではなく、また、各構成要素は模式的に示したものであり、各構成要素の寸法や厚さなどは現実を反映したものではない。

この具体例により得られる半導体ウエハ１０は、図１(４)に示すように、基板１１の表面に薄膜１２を有する。このような半導体ウエハ１０を製造するには、まず、図１(１)に示すように、基板１１を用意する。基板の材料、形状、寸法および厚さなどは、前述したように選択すればよい。そして、図１(２)に示すように、基板１１の裏面に犠牲層２０を形成する。犠牲層２０の材料、厚さ、製膜法などは、前述したように選択すればよい。

次いで、図１(３)に示すように、裏面に犠牲層２０を設けた基板１１の表面に薄膜１２を形成する。薄膜１２の材料、厚さ、製膜法などは、前述したように選択すればよい。薄膜１２を形成した後、光学顕微鏡または電子顕微鏡（倍率３，０００〜１０，０００倍；以下同様）で観察すると、基板１１の裏面に設けられた犠牲層２０には、異物３０が付着している。なお、以下、異物の個数は、ウエハ表面検査装置（例えば、トプコン社製のＷＭ−３；検出レベル０．２μｍ、周辺カット設定せず）を用いて測定する。

そこで、酸またはアルカリ溶液（以下、「第１溶液」ということがある。）で処理して犠牲層２０を溶解・除去することにより、図１(４)に示すように、基板１１の主面（本来の裏面）を露出させる。このような処理は、例えば、犠牲層２０および薄膜１２を有する基板１１を第１溶液に浸漬・洗浄することにより行えばよい。処理装置としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、多槽バッチ式、一槽バッチ式、枚葉式などが挙げられる。第１溶液の温度および処理時間は、犠牲層２０の材料、第１溶液の種類などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、それぞれ、好ましくは２０℃以上、９０℃以下、より好ましくは２５℃以上、８０℃以下、および、好ましくは１分間以上、２０分間以下、より好ましくは２分間以上、１５分間以下である。第１溶液の温度が２０℃未満であるか、あるいは処理時間が１分間より短いと、犠牲層が充分に溶解・除去できないことがある。第１溶液の温度が９０℃以上であると、基板および薄膜を損傷することがあり、処理時間が２０分間より長いと、半導体ウエハの生産性が低下することがある。

次いで、必要に応じて、純水で洗浄した後、乾燥させる。第１溶液で処理する際や純水で洗浄する際には、犠牲層の除去効果や、洗浄効果を高めるために、例えば、ブラシ、超音波、噴流などを用いてもよい。乾燥方法としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、回転脱水のスピンドライ法、イソプロピルアルコールなどで水分を置換して乾燥する方法などが挙げられる。乾燥後、光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察すると、基板１１の裏面に設けられた犠牲層２０に付着していた異物３０は、犠牲層２０と共に除去され、個数が減少している。この段階で異物３０が実質的にすべて除去される場合もあるが、第１溶液で処理する際や純水で洗浄する際に、異物３０が基板１１の裏面に付着することがある。

基板１１の裏面に異物３０が認められる場合には、さらに、前記第１溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液（以下、「第２溶液」ということがある。）で処理してもよい。このような処理は、前記第１溶液による処理に準じて行えばよい。第２溶液の温度および処理時間についても、犠牲層２０の材料、第２溶液の種類などに応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではないが、例えば、第１溶液と同様にするか、あるいは、第１溶液による処理で異物３０の個数が減少している場合が多いので、第２溶液の種類は第１溶液より作用の弱いものを選択したり、第２溶液による処理時間は第１溶液による処理時間に比べて短くしたりしてもよい。

次いで、必要に応じて、純水で洗浄した後、乾燥させる。かくして、図１(４)に示すように、基板１１の表面に薄膜１２を有する半導体ウエハ１０が得られる。洗浄方法および乾燥方法は、前述したように選択すればよい。乾燥後、光学顕微鏡または電子顕微鏡で観察すると、基板１１の裏面に付着している異物３０は、実質的にすべて除去されているか、あるいは個数がさらに減少している。それゆえ、得られた半導体ウエハ１０は、清浄で異物付着が極めて少なく高品質である。

なお、本発明による半導体ウエハの製造方法は、前述した工程のみに限定されるものではなく、必要に応じて、従来公知の工程、例えば、洗浄、乾燥、研磨、熱処理、検査などの工程を適当な段階で適宜選択して実施することができる。

本発明の製造方法によれば、例えば、基板の裏面に付着している異物が、平均で、好ましくは５個／ｃｍ²以下、より好ましくは１個／ｃｍ²以下に減少した半導体ウエハを得ることができる。このような清浄で異物付着が極めて少ない高品質の半導体ウエハは、信頼性の高い電子デバイスや光デバイスなどを歩留まりよく製造することを可能にする。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

なお、以下の実施例および比較例において、「％」は、特に断らない限り、体積％を意味する。また、犠牲層や基板の裏面の観察には、光学顕微鏡（オリンパス社製のシステム顕微鏡ＶＡＮＯＸ−ＡＨＭＴ３；倍率３，０００倍）または電子顕微鏡（日立ハイテクノロジーズ社製の電界放射走査型電子顕微鏡Ｓ−４０００；倍率１０，０００倍）を用いた。異物の個数は、ウエハ表面検査装置（トプコン社製のＷＭ−３；検出レベル０．２μｍ、周辺カット設定せず）を用いて測定し、面積１ｃｍ²あたりの平均数（個／ｃｍ²）として表した値である。

実施例１
直径１００ｍｍ、厚さ０．５０ｍｍのシリコン基板の裏面に、スピンコーティング法により、シルセスキオキサン水素化合物（シグマ・アルドリッチ社製のＰＯＳＳ^TM）をメチルイソブチルケトンに溶解した４０質量％溶液を塗布し、一旦２００℃に加熱した後、窒素雰囲気中、４００℃で０．５時間加熱することにより、犠牲層として、厚さ０．４μｍの酸化シリコン膜を形成した。

次いで、犠牲層を形成したシリコン基板の表面に、プラズマＣＶＤ法の一種であるマイクロ波ＣＶＤ法により、薄膜として、厚さ２μｍのダイヤモンド薄膜を形成した。電子顕微鏡で観察したところ、このダイヤモンド薄膜は、連続膜を形成しており、ピンホールは実質的に認められなかった。しかし、シリコン基板の裏面に設けた犠牲層には、炭化ケイ素や無定形炭素の粉末などの異物が付着しており、その個数は４０個／ｃｍ²であった。

薄膜を形成したシリコン基板を２５℃のフッ酸（１０％）・過酸化水素（５％）混合溶液（第１溶液）に１０分間浸漬することにより、犠牲層である酸化シリコン膜を溶解・除去して、シリコン基板の主面（本来の裏面）を露出させ、さらに純水で洗浄した後、乾燥させた。電子顕微鏡で観察したところ、シリコン基板の裏面に付着している異物は減少しており、その個数は４．８個／ｃｍ²であった。

さらに、犠牲層を溶解・除去したシリコン基板を８０℃のアンモニア（１０％）・過酸化水素（５％）混合溶液（第２溶液）で１０分間洗浄し、次いで純水で洗浄した後、乾燥させた。電子顕微鏡で観察したところ、シリコン基板の裏面に付着している異物はさらに減少しており、その個数は０．４個／ｃｍ²であった。実験条件および評価結果を表１に示す。

このようにして得られた半導体ウエハ、すなわちダイヤモンド薄膜付きシリコン基板を用いて、通常のフォトリソグラフィーパターニングとシリコンのエッチング加工を行ったところ、シリコン基板の裏面に最小線幅０．８μｍのパターンを精度よく形成することができた。

比較例１
シリコン基板の裏面に犠牲層としての酸化シリコン膜を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして、実験および評価を行った。

得られた半導体ウエハを電子顕微鏡で観察したところ、シリコン基板の裏面に付着している異物は高密度のままであり、その個数は２８個／ｃｍ²であった。実験条件および評価結果を表１に示す。

実施例２
直径１００ｍｍ、厚さ０．８ｍｍのサファイア基板の裏面に、プラズマＣＶＤ法により、犠牲層として、酸化シリコン膜とポリシリコン膜からなる合計厚さ０．２μｍの積層膜を形成した。

次いで、犠牲層を形成したサファイア基板の表面に、熱ＣＶＤ法により、薄膜として、厚さ０．５μｍのカーボンナノチューブ膜を形成した。電子顕微鏡で観察したところ、サファイア基板の裏面に設けた犠牲層には、カーボン異物が付着しており、その個数は６１個／ｃｍ²であった。

薄膜を形成したサファイア基板を４０℃のフッ酸（５％）・硝酸（５％）混合溶液（第１溶液）に１０分間浸漬することにより、犠牲層である酸化シリコン膜とポリシリコン膜を溶解・除去して、サファイア基板の主面（本来の裏面）を露出させ、さらにｐＨ５．５〜６．０に調整した４０℃の希フッ酸（１％）溶液（第２溶液）中で５分間超音波洗浄した後、乾燥させた。光学顕微鏡で観察したところ、サファイア基板の裏面に付着している異物は減少しており、その個数は０．５個／ｃｍ²であった。実験条件および評価結果を表１に示す。

実施例３
直径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍの両面鏡面研磨した石英基板の裏面に、真空蒸着法の一種である電子ビーム蒸着法により、犠牲層として、厚さ１００ｎｍの酸化アルミニウム膜を形成した。

次いで、犠牲層を形成した石英基板の表面に、マイクロ波ＣＶＤ法により、薄膜として、厚さ２００ｎｍの微結晶ダイヤモンド膜を形成した。光学顕微鏡で観察したところ、石英基板の裏面に設けた犠牲層には、カーボン異物が付着しており、その個数は２２個／ｃｍ²であった。

薄膜を形成した石英基板を８０℃のリン酸（１０％）溶液（第１溶液）に１０分間浸漬することにより、犠牲層である酸化アルミニウム膜を溶解・除去して、石英基板の主面（本来の裏面）を露出させ、さらに純水で洗浄した後、乾燥させた。光学顕微鏡で観察したところ、石英基板の裏面には異物が認められなかった。実験条件および評価結果を表１に示す。

表１から明らかなように、基板の裏面に犠牲層を設けた実施例１、２および３は、犠牲層を設けなかった比較例１に比べて、溶液処理後に異物の平均数が大きく減少している。このことは、本発明の製造方法によれば、清浄で異物付着が極めて少ない高品質の半導体ウエハを簡便にかつ再現性よく製造することができることを示している。また、実施例２では、最終的に純水で洗浄しなくても、異物の平均数が大きく減少している。このことは、酸またはアルカリ溶液（ここでは、希フッ酸溶液）のｐＨを調整することが、犠牲層の溶解・除去により生じる反応生成物が基板および薄膜に付着しないように制御するのに有効な手段であることを示している。

本発明の製造方法は、金属汚染がなく清浄で異物付着が極めて少ない高品質の半導体ウエハを提供するので、信頼性の高い電子デバイスや光デバイスなどを歩留まりよく製造することを可能にする。

本発明による半導体ウエハの製造方法を実施する工程を模式的に示す説明図である。

符号の説明

１０半導体ウエハ
１１基板
１２薄膜
２０犠牲層
３０異物

Claims

基板の一方の主面に薄膜を有する半導体ウエハを製造するにあたり、前記薄膜を形成する前に、前記基板の他方の主面に犠牲層を設け、前記薄膜を形成した後に、酸またはアルカリ溶液で処理して前記犠牲層を実質的に溶解・除去することを特徴とする半導体ウエハの製造方法。
前記犠牲層を実質的に溶解・除去した後に、前記酸またはアルカリ溶液と同種または異種の酸またはアルカリ溶液で処理する請求項１記載の製造方法。
前記基板がシリコン、サファイア、炭化ケイ素または石英からなる請求項１または２記載の製造方法。
前記犠牲層が酸化シリコン、酸化アルミニウムおよびシリコンから選択される少なくとも１種の材料からなる請求項１〜３のいずれか１項記載の製造方法。
前記薄膜が炭素材料からなる請求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。
前記炭素材料がダイヤモンドまたはカーボンナノチューブである請求項５記載の製造方法。
前記酸またはアルカリ溶液がフッ酸、リン酸またはアンモニアの水溶液である請求項１〜６記載の製造方法。
前記水溶液が過酸化水素または硝酸を含有する請求項７記載の製造方法。