JPH03177023A - エピタキシャル・ウェーハの調製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〉 本発明は半導体ウェーハの処理手段および方法に関する
。ざらに詳しくは、エピタキシャル層によるコーティン
グに先立つ半導体ウェーハの処理に関する。

（従来の技術および解決すべき課題） エレクトロニクス技術の分野においては、半導体および
その他の電子基板ウェーハのエツジを研磨して、ウェー
ハの主要面がウェーハのエツジや側面と接する鋭い角を
取り除くことは普通に行われる。これは後に続く処理中
にウェーハのチッピングやその他の損傷が起こる可能性
を小さくするために行われるもので、当接術ではよく知
られている。

エピタキシャル層によりコーティングされるウェーハに
は、特定の問題が起こる。エピタキシャル反応装置内の
反応性ガスの流れが、ウェーハのエツジでは、ウェーハ
の主要面と異なることである。このような流れの摂動の
結果として、エピタキシャル材の稜線（リッジ）すなわ
ち最頂部（クラウン〉が、ウェーハのエツジやその付近
で作られてしまうことになる。このいわゆる、「エビ・
リッジ」または「エビ・クラウン」は、エピタキシャル
層の他の部分よりも厚くなり、ウェーハの主要面のエピ
タキシャル材から突出してしまう。

このエピタキシャル材料のリッジまたはクラウンは、ウ
ェーハ処理をざらに進める上の障害となり、望ましくな
いものである。

従来の技術において、このエビ・クラウンを回避するた
めにさまざまな方法が試みられてきた。

１つには、エピタキシャル反応装置の設計を改良して、
ガス流のエツジ摂動を小さくする方法がある。しかしこ
の方法は、部分的にしか成功を収めず、このような反応
装置は従来の装置に較べ高価で、融通がきかない。この
ため、他の解決方法が望まれている。

エビ・クラウンの大きさは、ウェーハのエツジ研磨によ
り小さくできることが知られている。

股に、ウェーハの主要面がｒノエーハのエツジや側面と
接する角が鋭ければ鋭いほど、エビ・クラウンは顕著に
現れる。しかし、従来のエツジ研磨方法は、時間と費用
がかかり、エビ・クラウン効果を完全には除去できてい
なかった。

従って、ウェーハ上にエピタキシャル層の蒸着を行う前
にウェーハを調製して、エピタキシャル層成長中のエビ
・クラウンの形成を少なくするか、またはなくするため
の改良された手段と方法に対する必要性は依然として存
在する。

本発明の目的は、ウェーハ上に層のエピタキシャル蒸着
を行う前にウェーハを調製して、エピタキシャル層成長
中のエビ・クラウンの形成を少なくするか、またはなく
するための改良された手段と方法を提供することである
。

本発明の他の目的は、エピタキシャル成長に先立ち、ウ
ェーハのエツジを整えてエビ・クラウンを小さくするか
、またはなくするようにする改良された手段と方法を提
供することである。

本発明のさらに他の目的は、上記を実行するための改良
されたエツジ研磨装置とウェーハ作成方法を提供するこ
とである。

（発明の概要〉 上記およびその他の目的と利点は、前面と後面とがそれ
ぞれ前面角および後面角で結合するエツジにより連結さ
れている前面と後面とを有する半導体ウェーハを設ける
段階および前面角および後面角から非対称に材料を一度
に除去する段階とから構成される方法により、可能とな
る。除去の段階は、第１面に沿ってウェーハのエツジか
ら測定した第１距離に対する前面角から材料を除去する
段階と、後面に沿ってウェーハのエツジから測定した第
２距離に対する後面角から材料を除去する段階とから構
成されることが望ましい。ただし第１距離は第２距離よ
りも小さいものとする。ウェーハが上記に述べたように
整えられると、エピタキシャル層が第１表面上に形成さ
れる。エビ材料は前面と前面角上に均一に伸びて、実質
的にはリッジまたはクラウンが起こらない。

ウェーハの角から除去される材料の量は、角に近いとこ
ろで最大になり、第１および第２距離においてはゼロま
で減少することが望ましく、また後面角は実質的には円
錐形になるまで研磨されて、ウェーハ面に対して約３６
ないし４４どの角度をなすことが望ましい。また、前面
角を研磨することによって形成される表面も、円錐形で
あることが望ましい。ただし、角を研磨することによっ
て形成される表面も、曲線状、すなわち回転楕円面をな
していてもよいので、ウェーハの前および後平面と急激
にではなく、次第に交差することになる。

上記に述べた研磨段階は、前面角および後面角と、角に
近いウェーハの前面および後面部分をそれぞれ非対称的
に研磨する第１および第２の間隔をおいて位置した研磨
面と、第１および第２面を接続して、溝の底部をなす第
３面とを有する溝からなる、単一の非対称形の研磨ツー
ルにより実行すると便利である。このとき第２面は第１
面よりも、溝の底部から長くなっている。円錐形の角面
を作るには、溝の側面が３６ないし４４度の開先角度を
もつことが望ましく、回転楕円状の角面を作るには、開
先角度が溝の開口部に向かって０度まで先細りになって
いることが望ましい。溝の底部は研磨面となって曲線的
になっており、溝の第１および第２面と底部は鋭角を持
たずに結合していることが望ましい。　本発明の上記お
よびその他の目的、利点および特徴は、添付の図面と以
下の説明によりざらに詳しく理解されるであろう。

（実施例〉 ここで用いる「前面」という言葉は、デバイスまたはそ
の他の所定の目的に適したエピタキシャル層が形成され
、エビ・クラウンまたはリッジができるのを回避するか
最小限に食い止めることが望ましい、ウェーハの主要面
を指すものである。

また、「後面」という言葉は、ウェーハのその対向面を
指すものである。

第１八図ないし第１Ｄ図を参照すると、ウェーハ部分１
０は、それぞれ前面角１８と後面角２０において、エツ
ジ１６により結合されているウェーハ前面１２およびウ
ェーハ後面１４からなっている。ウェーハ１０は通常０
．５ないし０．８ｍｍ（〜２０ないし３ＱｍｉｌＳ）の
厚み２２を有し、約７５ないし２００ｍｍ（〜３ないし
８インチ〉の直径を有するが、もつと大きなウェーハや
小さなウェーハを用いてもよい。

ウェーハ１０は、その上にエピタキシャル成長を起こす
半導体ウェーハ（たとえばシリコン、ゲルマニウム、　
ＩＩＩ−Ｖ　、　ＩＩ−Ｖなど）またはその他の材料で
ある。サファイアは、エピタキシャル成長のベースとし
てよく用いられる誘電基板であるが、これに限定するも
のではない。他の材料も、当技術ではよく知られている
。ここで開始ウェーハまたは基板を指すものとして用い
ている、「半導体」または「半導体ウェーハ」という語
は、エピタキシャル成長の基板として用いられる、あら
ゆる方法により整形された材料を含むものとし、中間的
な導電性を持つ材料に限らない。

第１Ａ図は、エツジ整形およびエピタキシャル成長前の
開始ウェーハを示す。角１８．２０は鋭角であることが
多い。ウェーハは処理中何回も掴まれ、多くのバスケッ
トやボートに出し入れされるので、角が鋭いままである
とエツジ・チッピングやその他のエツジ損傷を受ける危
険が大きい。

これらの欠陥は、ウェーハ・エツジをもつと丸い形にす
ることにより実質的に減少させることができる。

たとえば、Ｔａｍｍに付与された米国特許第４，２２７
．３４７号は、半導体ウェーハのエツジを丸くするエツ
ジ研磨装置および研磨ツールを解説している。ウエゴハ
はチャック内に保持され、溝を有する研磨ツールと接触
しながら回転される。この第１Ｂ図では、Ｔａｍｍによ
り解説された、研磨ツールとウェニハ・エツジ形との関
係を示している。

第１Ｂ図では、ウェーハ１０が、エツジ１６を研磨ツー
ル２８の円筒形の凹溝により半球形２４に研＠されてい
る。

第１Ｃ図では、ウェーハ１０は研磨型または研磨板３０
によりざらに研磨されて、前面角円錐面３２をなしてお
り、第１Ｄ図では、ウェーハ１０が研磨重布は研磨板４
によりさらに研磨されて、後面角円鉗面３６ができてい
る。

第２Ａないし第２Ｃ図は、エピタキシャル囮４８が、従
来の第１ＢないしＩＤ図の技術によるウェーハ・エツジ
形で、ウェーハの前面１２に塗布されたとき、エビ・ク
ラウン４０．４２．４４がどのように前面各面３２およ
び／またはエツジ而２４上に形成されるかを示している
。エピタキシャル層４８は、ウェーハの大部分の上にお
いて、２０ないし２００マイクロメータの平均厚を持ち
、特に７０ないし１００マイクロメータの厚みを持つこ
とが一般的である。ただし、もつと厚い層や薄い層を用
いることもできる。エビ層が厚ければ厚いほど、顕著な
エビ・クラウンができる可能性は大きくなる。

エビ・クラウンは、通常、前面エピタキシャル層４８上
で続いて行われることが望ましい、マスキング、イメー
ジングおよびその他の重要な操作を妨害するので、ない
ことが望ましい。角１８が第１Ｂ図、第１Ｃ図および／
または第１Ｄ図のように丸められても、リッジまたはク
ラウン４０゜４４．４４が、元の角１８やその付近にお
いてウェーハ前面１２上に形成されることが観察される
。

従来の整形方法やツールが用いられても、かなりの量の
エピタキシャル材料が、ウェーハ・エツジ１６およびリ
ッジ４０．４２．４４において形成される。ざらに、た
とえば、ツール２８によりエツジを丸め、および／また
は次に第１ツール３０によって第１円錐面３２を研磨し
、第２ツール３４により第２円錐面３６を研磨するとい
う従来の整形方法は、高価で時間がかかり望ましくない
。ざらに、正確な形と、ウェーハ・エツジの整形の度合
の制御は、従来行われていたような複数のツールを使う
方法ではざらに難しく、一貫性がない。

上記のおよびその他の問題と制約は、第３Ａ図および第
３Ｂ図に示される第１実施例に示された本発明のツール
と方法により克服される。そして、エピタキシャル成長
後の結果が第４八図ないし第４Ｂ図に示されている。こ
こで第３八図ないし第３Ｂ図を参照すると、元々第１Ａ
図に示された形を有するウェーハ］Ｏは、角１８と前面
１２に隣接する、長ざ５２の前面傾斜部５０と、角２０
と後面１４に隣接する長さ５６の後面傾斜部５４と、残
りのエツジ１６部分に曲面状のノーズ部分５８とを有し
ている。単一のツール６０が、１回の動作でエツジ１６
内に部分５０，５４．５８を整形する。前面傾斜部５０
の長さ５２は、後面傾斜部５４の長さ５６よりも短くな
ければならない。

たとえば多くの半導体基板のような、脆いおよび／′ま
たは硬い材料を整形する場合は、ツール６０の切断溝６
２は研磨性があることが望ましい。

ダイアモンドやシリコン・カーバイドは、通貫な研磨材
料の例であり、ツール６０の溝６２内に埋め込んでも良
いし、研磨スラリとして別に設けても、またはその組合
せでもよい。このような研磨材料と手順の詳細は、当技
術ではよく知られている。

ツール６０の溝６２は、前面傾斜部５０を形成する長さ
７２の第１側壁７０．後面傾斜部５４を形成する長さ７
６の第２側壁７４およびノーズ部５８を形成する底部７
８とから構成される。底部７８は曲面状であることが望
ましい。側壁７０゜７４は円錐または平面であることが
望ましく、その結果でき上がる部分５０．５４も円錐に
なっている。たとえば、もしツール６０が、回転可能な
円盤であって、その周囲に伸びる溝６２を持つとすると
、側壁７０．７４は円錐形になる。ツール６０が、回転
しないで静止しており、ウェーハ・エツジ１６が溝６２
内を回転すると、側１７０゜７４は平面になる。どちら
の方法でも良いが、回転式のツールの方が好ましい。溝
６２の側壁７０゜７４は、円錐形であることが望ましい
が、いずれか一方または両方が球形で、角度８６が約１
８０度以下の初期値、便宜的には約１５０度以下の初期
値から、側壁７０．７４が溝６２の外部に而している開
口部に近づくにつれ、ゼロに向かって先細りになってい
ても良い。

溝６２の幅８０は、ウェーハの厚み２２以上であること
、ツール６０のウェーハに向いている面８２は、隣接面
７０から数量８４だけ削り取られていることが重要で、
そのため側面７０は傾斜部５４よりも短く（ウェー八表
面を放射線状に測定した場合）、それほど深くない傾斜
部５０を作り出す。従って、傾斜部５０を形成する際に
は、傾斜部５４を形成する際に角２０から除去する場合
よりも少ない材料が、角１８から除去される。数量８４
は、約０．２５ないし１．３ｍｍ（〜１０ないし５Ｑｍ
ｉｌＳ）の範囲にあると有用であり、約０．５ないし１
０．ｍｍ（２０ないし４Ｑｍｉｌｓ）であると便利で、
通常は約０．９ｍｍ（〜３５Ｉｌｌｉｔｓ）である。

側面７０．７４は、３０ないし６０度の開先角度８６を
有しているが、この角度が約３２ないし５２度であると
便利で、約３６ないし４４度であることが好ましい。傾
斜部５０．５４はその約半分の大きさの同位角をなして
いる。たとえば、約３６ないし４４度の角度８６を持つ
研磨ツール６０を用いると、通常は実質的に平行なウェ
ーハ面１２．１４の平面に対して約１８ないし２２度の
角度を有する表面５２．５４が設けられる。

ここで第４Ａ図を参照すると、前面１２上にエピタキシ
ャル蒸着を行う前にツール６０を用いて角を研磨された
ウェーハは、エビ・クラウンをほとんどまたは全然起こ
さず、前面１２上に実質的に均一なエビ層８８を有し、
傾斜部５０とノーズ部５８には突出していない丸いエビ
領域９０があり、その方向は表面１２に対して垂直で表
面１２のエビ層８８のもっとも外側の表面８９から伸び
ている。これにより、後のウェーハ処理中に、デバイス
やＩＣ形形成起こり易い、歩どまりの損失のもとをなく
すので、たいへん望ましく、非常に実用的である。エビ
層８８の部分９２は、裏面の傾斜部５４まで伸びること
もあるが、これは悪影響を及ぼさない。

前面の傾斜部５０に対する後面傾斜部５４の存在と大き
さは、エビ・クラウン形成をなくするために重要である
ことがわかる。もし傾斜部５０゜５４が実質的に同じ大
きさであったり、傾斜部５０が傾斜部５４よりも大きい
と、エビ・クラウンの形成が起きやすい。しかし、傾斜
部５０（と角１８．２０から除去された材料の対応量）
が、傾斜部５４よりも小さいと、エビ・クラウンの形成
は最小限に抑えられるか、または回避される。これは、
予想外の結果である。

第４Ｂ図は、本発明の他の実施例による、エビ成長後の
結果を示したものである。ここでは、後面傾斜部５４は
保持されているが、前面傾斜部５０が回転楕円状、すな
わち、傾斜部５０が、ノーズ部５８から伸びる回転楕円
形の曲線となっている。ノーズ部５８は、特に角を作ら
ずに上面１２と交差している。このような形は、たとえ
ば、側面７０を曲線的な底部７８から伸びる曲線形にす
ることにより得られる。この実施例においては、側面７
０は初期の開先角度８６を有しており、そこで、１８０
度以下の底５８から離れて、開先角度８６は溝６２の開
口部においてより小ざい値にむかって先細りになる。

表面５０．５４のいずれか一方または両方が回転楕円形
であることが望ましい場合は、回転楕円形表面に対する
半開光角度は溝６２の開口部において小さな（最終的な
）値にむかって先細りになる。すなわち、通常は３０度
未満、また好ましくは約２２度未満で、約１ないし１０
度が、最も円滑な移行をもたらす。最終的な半角はゼロ
でもよいが、半角がゼロ超で、および／または幅８０が
、ウェーハの厚み２２よりも大きいことが望ましい。

これにより、溝６２とウェーハ１０との間に不整合があ
っても、ウェーハ・エツジ１６が接するリッジまたはノ
ツチが溝６２の外端によって研磨されることを防ぐ。最
終角度と幅８０が大きければ大きいほど、不整合に対す
る許容値も大きくなる。

しかし不整合が大きすぎると、表面５０．５４を形成す
るために除去される材料の相対量を制御することが困難
になる。ここで用いる「回転楕円形」という語は、その
他の曲線的な形状を例としてあげているもので、楕円形
や放物面に限るものではない。

表面８２は、距離７２が距離７６よりも小さくなるよう
に削り取らねばならない。またその結果、角２０からは
角１８からよりも多くの材料が除去されることになる。

第４Ｂ図にみられるように、エビ層８Ｂは傾斜部５０と
ノーズ部５８の周囲に伸びる部分１００と、後面の傾斜
部５４間で伸びる部分１０２を有しており、実質的には
エビ・クラウンはできていない。

本発明の方法は、ウェーハ１０とツール６０に、ここで
述べた溝６２の形状をもたらすいくつかの代替の実施例
を設ける段階、エツジ１６と満６２との間に相対的な運
動を生じさせてエツジ１６と角１８．２０を単一の操作
で溝６２の形状に対応する形状に切断または研磨する段
階、そしてウェーハ１０の前面１２にエピタキシャル層
８８を形成する段階からなる。当業者であれば理解でき
るように、中間的な洗浄操作を行って、切断屑、研摩屑
や仕上がったウェーハの性質に悪影響を与える可能性の
あるその他の汚染物を取り除くことが望ましい。上記に
述べた個別の段階を実行する手段と方法は、当技術では
よく知られている。

ツール６０は、溝６２が縁にある円盤形であることが望
ましく、ウェーハ・エツジ１６と接して回転しており、
ウェーハ１０も回転されることが望ましい。研磨作業中
に切断面をｉｌ、ＩＩ消化させることが望ましい。この
ような段階を実行する材料と装置は、既知である。

第５図を参照すると、好適な実施例においては、ツール
６０は円１１０５の中心面１０４の両側に鏡像状に配置
された、２本の同一の溝６２．６２’からなっている。

これらの溝は、円盤の対抗面１０８．１０８’から等距
離１０６，１０６’に配置され、削られた表面８２５．
８２’を有している。また、たとえば、溝６２内の研磨
面が、交換位置まで摩耗した場合は、円盤１０５をスピ
ンドルから外して、ひっくり返し、再度装着して、研磨
を再開すれば、ウェーハのエツジに対して溝６２゛の位
僧を再調製する必要がない。これは、製造上、たいへん
便利なことである。車輪１０５内の溝６２．６２’は説
明を簡便にＴるために円錐形の側面を持って示されてい
るが、多溝の一方または両方の側面とも、上記に述べた
ように回転楕円形でもよい。回転楕円形の側面は、中央
面１０４に対して、鏡像対称に配置する。

このように本発明の解説をしてきたが、当業者であれば
ここにｊボへた情報に基づき、発明された装置が改良さ
れてエツジ研磨ツールと、目的のウェーハすなわち主要
表面にエピタキシャル底を受けるウェーハに対する、改
良されたウェーハ処理を提供することが理解いただける
であろう。エビ・クラウンは最小限にとどめられるかま
たは回避され、エツジ研磨ははるかに簡単に、また短時
間で行われる。これは、単一の操作で、単一の整形ツー
ルを用いて、望ましいウェーハ・エツジの形状が得られ
るためである。鏡像対称に配置された２本の溝を持つ研
磨ツールを設けることにより、製造上の便宜さが図られ
ている。これらは、品質を向上させ、コストを下げる重
要で実用的な利点である。

本発明は、特定の材料と実行法に関して説明されたが、
当業者であれば、上記の解説に基づき、その他の材料や
変形を用いることができ、この方法をその他のウェーハ
や、エツジ研磨が重要性を持つその他の環境にも適用で
きることが理解いただけるであろう。従って、本解説に
基づき当業者が思い付かれる変形をも、クレームに含め
るものとする。

【図面の簡単な説明】

第１八図ないし第１Ｄ図は、さまざまな従来の技術によ
るウェーハのエツジ整形段階およびツールの概略側面図
である。 第２八図ないし第２Ｃ図は、その上にエピタキシャル成
長を実施した後の、第１Ｂ図ないし第１Ｄ図のツールに
より整形したウェーハの概略側面図である。 第３八図ないし第３Ｂ図は、それぞれ、本発明の好適な
実施例による、ウェーハと相手のウェハ・エツジ整形ツ
ールの概略側面図である。 第４八図ないし第４Ｂ図は、エピタキシャル成長を実施
した後の、本発明のいくつかの実施例のエツジ研磨ツー
ルによりエツジを整形したウェーハの概略側面図である
。および 第５図は、本発明の研磨ツールをざらに発展させたもの
の部分的な、概略側面図である。 ［主要符号の説明］ １０、、、　　ウェーハ、 １２　　、、、　　前面、 １４　　、、、　　後面、 １６　　、、、　　　エツジ、 ５０、、、　　前面傾斜部、 ５４、、、　　後面傾斜部、 ５８、、、　　ノーズ部分、 ０ ２ ７０゜ ８ ８ ９ ０ ４ ツール、 切断溝１ ０．　側壁、 底部、 エピタキシャル層、 表面、 エピタキシャル領域。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体ウェーハを処理する方法であつて：第１お
   よび第２角においてそれぞれ、結合面によって接続され
   ている、第１および第２主要面を有する半導体ウェーハ
   を設ける段階；および１回の操作で第１および第２角か
   ら材料を非対称的に除去する段階であつて、 除去段階が、第１面に沿ってウェーハの側面から測定し
   た第１距離に対する第１角から材料を除去する段階と、
   第２面に沿ってウェーハの側面から測定した第２距離に
   対する角から除去する段階で、このとき第１距離は第２
   距離よりも小さいところの、材料を除去する段階； から構成されることを特徴とする、半導体ウェーハの処
   理方法。
2. （２）エッジ研磨を用いて半導体ウェーハを処理する方
   法であって： 実質的に平板な第１および第２面と、その中間に伸びる
   側面とを有する半導体ウェーハであつて、前記側面が第
   １表面に第１角によつて結合し、第２角によつて第２表
   面に結合しているところの半導体ウェーハを設ける段階
   ；および １回の操作で、第１および第２角の両方を研磨して、第
   ２面の処理されていない部分から側面に伸びる第３の実
   質的に円錐形の表面を設ける段階であつて、このとき第
   ３表面は第２面の処理されていない部分の平面と、約３
   ０度未満の開先角度で交差し、および、第１面の処理さ
   れていない部分から、側面に伸び、第３表面の放射幅よ
   りも小さな放射幅を有する第４面を設け、このとき、第
   ４表面は第２面の処理されていない部分の平面と約３０
   度未満の開先角度で交差するところの、第１および第２
   角を研磨する段階； から構成されることを特徴とする、エッジ研磨を用いた
   半導体ウェーハの処理方法。
3. （３）半導体ウェーハを処理する装置であつて：半導体
   ウェーハの第１および第２主要面と、半導体ウェーハの
   接続エッジとの間で、半導体ウェーハの第１および第２
   角を同時に先細りにするエッジ研磨手段であって、前記
   エッジ研磨手段は、第１および第２角を研磨する第１お
   よび第２の離れて配置された研磨側面と、第１および第
   ２面を接続し、溝の底部を形成する第３側面とを有する
   溝であつて、第２側面は第１側面よりも溝の底から長く
   伸びているところの、研磨手段； から構成されることを特徴とする、半導体ウェーハ処理
   装置。