JPWO2009060914A1 - エピタキシャルウェーハ - Google Patents

Abstract

裏面と面取り面との境界領域の傷によるデバイス工程でのパーティクルをなくせるエピタキシャルウェーハを提供する。裏面と面取り面との境界領域に傷が少ないので、デバイス工程でのエッチング液浸漬時、傷から生じたパーティクルも低減する。その結果、デバイスの歩留まりが高まる。

Description

この発明はエピタキシャルウェーハ、詳しくは円形のサセプタを使用し、気相エピタキシャル法によって、ウェーハ表面にエピタキシャル膜が成長されたエピタキシャルウェーハに関する。

近年のウェーハの大口径化に伴い、シリコンウェーハの表面にエピタキシャル膜を成長させる気相エピタキシャル成長装置としては、枚葉式のものが多用されている。枚葉式の装置では、まず通路状の反応炉（チャンバ）内に設置されたサセプタにシリコンウェーハを載置する。その後、反応炉の外に設けられたヒータによりシリコンウェーハを加熱しながら、反応炉を通過する各種のソースガス（原料ガス、反応ガス）と反応させる。これにより、ウェーハ表面にエピタキシャル膜が成長する。
サセプタとしては、平面視して円形で、ウェーハが１枚載置されるものが多用されている。これは、大口径ウェーハ、たとえば直径が３００ｍｍの円形のシリコンウェーハを均一に加熱し、ウェーハ表面全体にソースガスを供給し、均一なエピタキシャル膜を成長させるためである。このサセプタの中央部の上面には、表裏面を水平にしたシリコンウェーハを納める凹形状のウェーハ収納部が形成されている。最近、サセプタによるシリコンウェーハの支持位置は、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域とするのが一般的である（たとえば特許文献１）。ウェーハ支持位置を境界領域とする方法としては、ウェーハ収納部の底板の中央部を均一に薄肉化し、底板の外周部に段差を形成するか、ウェーハ収納部の底板の中央部を円形に切欠し、底板をリング形状とする方法が考えられる。
なお、境界領域とは、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界線を中心としたウェーハ半径方向の内外１ｍｍ未満の領域である。

従来、サセプタの表面の素材としては、炭化珪素（ＳｉＣ）が採用されていた。そのため、シリコンウェーハに比べれば、サセプタの方が高硬度（ＳｉＣ＝２２００〜２５００ＨＶ、Ｓｉ＝１０５０ＨＶ、[ビッカース硬度]）となっている。しかも、サセプタの熱膨張係数はＳｉＣが４．８×１０^−６／ｋと、シリコンの熱膨張係数の２．５×１０^−６／ｋに比べて大きい。これにより、炉内が高温となるエピタキシャル成長時には、ウェーハ裏面の境界領域と、ウェーハ収納部の底板の外周部の内周上縁とが擦れ合う。その際、サセプタより軟らかいシリコンウェーハには、前記境界領域に傷が発生していた。
この傷とは、ちょうど指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状のもの（ササクレ傷）である。傷の平面形状としては線状のもの、点状のもの等があり、断面形状としてはＶ字型凹部等がある。

日本国特開２００３−２２９３７０号公報

しかしながら、デバイス工程の微細化に伴い、シリコンウェーハの裏面において面取り面とウェーハ裏面との境界領域に傷が存在すれば、以下の不都合が生じていた。
すなわち、デバイス工程でシリコンウェーハをエッチング液等に浸漬した際、パーティクルが傷の部分から発生する。このパーティクルがウェーハの表面（デバイス形成面）に付着する結果、デバイスプロセスで歩留まりが低下するという問題が生じていた。

そこで、この発明は、この傷を原因としたデバイス工程でのパーティクルの発生をなくすことができるエピタキシャルウェーハを提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハの表面に、気相エピタキシャル法によってエピタキシャル膜が成長されたエピタキシャルウェーハにおいて、前記半導体ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域における深さ０．５μｍ以上、長さ１μｍ以上の傷が５個以下であることを特徴とするエピタキシャルウェーハである。

請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域における深さ０．５μｍ以上、長さ１μｍ以上の傷を５個以下とする。そのため、その後のデバイス工程で、エッチング液等の処理液中にエピタキシャルウェーハを浸漬した際、仮に傷があってそこからパーティクルが発生した場合でも、全てのパーティクルがエッチング液等に溶失しやすい。もちろん、境界領域に傷がない場合には、境界領域からパーティクルは発生しない。その結果、パーティクルがウェーハ裏面側から表面側に回り込んでウェーハ表面に付着することがない。よって、デバイスの歩留まりを高めることができる。

半導体ウェーハとしては、単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハ等を採用することができる。
シリコンウェーハの口径は任意である。例えば、１５０ｍｍ、２００ｍｍあるいは３００ｍｍ以上を採用することができる。
エピタキシャル膜の素材は、ウェーハと同じシリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン）を採用することができる。または、ウェーハと異なる例えばガリウム・ヒ素等でもよい。
エピタキシャル膜の厚さは、例えばバイポーラデバイス用やパワーデバイス用で数μｍ〜１５０μｍ、ＭＯＳデバイス用では１０μｍ以下である。

気相エピタキシャル法としては、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等を採用することができる。気相エピタキシャル法では、例えばエピタキシャルウェーハを横置き状態（表裏面が水平な状態）でウェーハ収納部に収納する、平面視して円形で、ウェーハが１枚載置できるサセプタが使用される。ウェーハ収納時は、サセプタのウェーハ収納部の外周部の内周上縁が、エピタキシャルウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域に当接（線接触）し、この環状の当接ラインがウェーハの支持ラインとなる。
ここでいう半導体ウェーハの裏面で、その面取り面との境界領域とは、半導体ウェーハの裏面（平坦面）とその面取り面（湾曲面）との境界線を中心として、ウェーハ半径方向へ内外１ｍｍ、合計２ｍｍ程度の幅を有する帯状の領域である。

サセプタの表面の素材としては、例えば、炭化珪素を採用することができる。サセプタの表面の素材としては、半導体ウェーハと異なる素材を採用した方がよい。これは、エピタキシャル成長時の加熱により、半導体ウェーハとサセプタとが溶融し、一体的に貼り付かないようにするためである。半導体ウェーハとサセプタとを別素材にすることで、熱膨張率は互いに異なる。

ここでいう傷とは、ちょうど指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状のもの（ササクレ傷）である。傷の平面形状としては線状のもの、点状なもの等があり、断面形状としてはＶ字型凹部等がある。
傷のサイズが深さ０．５μｍ未満、長さ１μｍ未満であれば、デバイス工程でのエッチング液浸漬時、パーティクルが傷の部分から発生した場合でも、パーティクルの個数が少ないのでパーティクルがエッチング液によって溶失する。その結果、パーティクルがウェーハ表面側に回り込んでウェーハ表面に付着するおそれがない。よって、この傷を原因としたデバイスの歩留まりの低下のおそれがない。
なお、ウェーハ裏面での発生頻度が高い傷（ササクレ傷）のサイズは、深さ０．５〜５μｍ、長さ５〜１００μｍである。
傷の個数が５個を超えれば、デバイスの製造工程中にウェーハ表面に付着するパーティクルの個数が増加し、デバイス製造の歩留が低下する。傷の好ましい個数は３個以下である。この範囲であれば、デバイスの製造工程中にウェーハ表面に付着するパーティクルの個数が減少し、デバイス歩留の低下が防止できる。

請求項２に記載の発明は、前記傷は、指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状の傷である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハである。

請求項３に記載の発明は、前記境界領域は、前記シリコンウェーハの裏面のうち、前記面取り面との境界線を中心としたウェーハ半径方向の内外１ｍｍ未満の領域である請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハである。
境界領域が、シリコンウェーハの裏面のうち、面取り面との境界線を中心としたウェーハ半径方向の内外１ｍｍ未満の領域を超えれば、面取り面との境界線を中心としてウェーハ半径方向の外側に向かって１ｍｍ以上の領域に存在する傷から発生したパーティクルが、デバイスの製造工程中にウェーハ表面上に付着してデバイス製造の歩留が低下する。

請求項１に記載の発明によれば、半導体ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域における深さ０．５μｍ以上、長さ１μｍ以上の傷は、５個以下である。そのため、その後のデバイス工程でパーティクルが傷の部分から発生した場合でも、パーティクルがウェーハ表面側に回り込んでウェーハ表面に付着し、不良デバイスの発生原因となることがない。その結果、デバイスの歩留まりを高めることができる。

この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハのエピタキシャル成長工程を示す要部拡大縦断面図である。 この発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハの傷の拡大縦断面図である。

符号の説明

１０ エピタキシャルウェーハ、
１１ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
１２ エピタキシャル膜、
ａ 境界領域、
ｂ 傷。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１において、１０はこの発明の実施例１に係るエピタキシャルウェーハである。このエピタキシャルウェーハ１０は、シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）１１の裏面のうち、面取り面との境界領域ａに傷（深さが０．５μｍ以上、長さが１μｍ以上の切れ込み傷）ｂが存在しないウェーハである（図２）。言い換えれば、シリコンウェーハ１１の裏面のうち、面取り面との境界領域ａに存在する傷ｂのサイズが、深さ０．５μｍ未満、長さ１μｍ未満に抑えられたウェーハである。
ここでいう境界領域ａとは、シリコンウェーハ１１の裏面（平坦面）と面取り面（湾曲面）とが交わることで形成される真円状の境界線を中心として、ウェーハ半径方向の内側へ０．１ｍｍ、外側へ０．１ｍｍのリング帯状の領域である。
図３に傷ｂを示す。

以下、このエピタキシャルウェーハ１０を詳細に説明する。
図１に示すように、シリコンウェーハ１１は、坩堝内のボロンが所定量ドープされたシリコンの融液から、ＣＺ法により単結晶シリコンインゴットを引き上げ後、インゴットをワイヤソーにより多数枚のウェーハにスライスし、各ウェーハに対して順に、面取り装置による面取り、ラッピング装置によるラッピング、エッチング装置によるエッチング、研磨装置による研磨を施して作製される。
次いで、シリコンウェーハ１１の表面には、気相エピタキシャル法によりエピタキシャル膜１２が成長される。その後、エピタキシャル膜１２を両面研磨装置により両面同時研磨する。これにより、ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域ａに傷ｂが所定個数（５個）以下しか存在しないエピタキシャルウェーハが作製される。なお、傷ｂの他の除去方法としては、例えばウェーハ裏面のエッチング、図２に示すようにサセプタ１３のウェーハ収納部１４の底板（ウェーハ支持板）１５の半径方向の長さを大きくし、エピタキシャルウェーハ１０の支持位置を、ウェーハ中央部に変更すること等が考えられる。

以下、図２を参照して、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２に示すように、気相エピタキシャル成長装置は、上下にヒータが配設されたチャンバ（図示せず）の中央部に、平面視して円形のサセプタ１３が水平配置されたものである。サセプタ１３の表面の素材は炭化珪素（ビッカース硬度２３００ＨＶ）である。サセプタ１３の表面の中央部には、シリコンウェーハ１１を、その表裏面を水平な横置き状態で収納する凹形状のウェーハ収納部１４が形成されている。ウェーハ収納部１４の底板１５は、その中央部が円形に薄肉化されている。これにより、底板１５には、その外周部１５ａの内周上縁１５ｂを境界ラインとして段差が形成される。ウェーハ収納部１４は、周壁１４ａと、平面視して環状の外周部（段差部）１５ａと、底板（ザグリの底壁面）１５とから区画されている。
また、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（Ｈ_２ガス）と所定のソースガス（ＳｉＨＣｌ_３ガス）とを、ウェーハ表面に対して平行に流す一対の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、両ガスの排気口が形成されている。

エピタキシャル成長時には、まず、エピタキシャルウェーハ１０をサセプタ１３のウェーハ収納部１４に、ウェーハ表裏面を水平にして載置する。このとき、底板１５の外周部１５ａの内周上縁１５ｂが、エピタキシャルウェーハ１０の裏面のうち、面取り面との境界領域ａに当接する。この当接は、エピタキシャルウェーハ１０の全周にわたる。
次に、両ガス供給口からキャリアガス、ソースガスをそれぞれチャンバ内に流すとともにヒータにより加熱し、炉内温度を１１００〜１２００℃に保持する。これにより、シリコンウェーハ１１の表面上にエピタキシャル膜１２が成長される。
シリコンウェーハ１１の熱膨張率とサセプタ１３の熱膨張率とは異なる。そのため、エピタキシャル成長の加熱時には、シリコンウェーハ１１の裏面の境界領域ａが、底板１５の外周部１５ａの内周上縁１５ｂに対して擦れる。このとき、サセプタ１３の表面の素材の硬度はシリコンウェーハ１１より硬い２３００ＨＶである。そのため、ウェーハ外周部の裏側において、面取り面とウェーハ裏面との境界領域ａに、従来の製造方法によって製造されたエピタキシャルウェーハ（以下、従来品）と同程度の傷ｂが発生する。この傷ｂのサイズは、深さ０．５〜２０μｍ、長さ１〜５００μｍである。

次いで、エピタキシャルウェーハ１０を両面研磨装置により両面同時研磨する。研磨レートは、ウェーハ表面（エピタキシャル膜１２の表面）よりウェーハ裏面を大きくする。これは、ウェーハ表面用の研磨布の素材に比べてウェーハ裏面用の研磨布の素材を軟質化することで実現される。この特殊な両面研磨により、ウェーハ表面が０．３μｍ研磨されて鏡面仕上げされ、かつウェーハ裏面は、０．５μｍ研磨されて、面取り面との境界領域ａに傷ｂが５個以下しか存在しないエピタキシャルウェーハ１０が作製される。傷ｂは、深さ０．５μｍ未満、長さ１μｍ未満のサイズであれば問題はない。これは、デバイス工程でのエッチング液浸漬時にパーティクルが傷ｂから発生しても、パーティクルの個数が少ないので、パーティクルが全てエッチング液により溶失するためである。その結果、パーティクルがウェーハ表面側に回り込んでウェーハ表面に付着するおそれがほとんどない。

得られたエピタキシャルウェーハ１０は、例えばデバイスメーカーに出荷される。ここで、エピタキシャル膜１２の表面にデバイスが形成される。
このデバイス工程で、エッチング液等の処理液中にエピタキシャルウェーハ１０を浸漬した場合には、仮にサセプタ１３の支持を原因とした傷ｂからパーティクルが発生しても、従来品の場合に比べて、パーティクルのサイズが小さくて個数も少ない。そのため、パーティクルがウェーハ表面側に回り込んでウェーハ表面に付着し、不良デバイスの発生原因となることがない。その結果、デバイスの歩留まりを高めることができる。

ここで、実際に実施例１により作製されたエピタキシャルウェーハ（以下、本発明品）と、従来品のエピタキシャルウェーハとにおける、傷の発生数を測定する試験の結果を報告する。測定値は、実施例１のエピタキシャルウェーハ、従来品のエピタキシャルウェーハを、それぞれ２５枚ずつ試験した平均値である。
ウェーハ裏面および端面検査装置（Ｒａｙｔｅｘ社製）により、各エピタキシャルウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域に存在する傷の数をカウントした（最小測定サイズ；０．２μｍ）。その結果、本発明品の深さ０．５μｍ未満、長さ１μｍ未満のサイズの傷の数は５個、深さ０．５μｍ以上、長さ１μｍ以上のサイズの傷の数は０個、従来品の深さ０．５μｍ未満、長さ１μｍ未満のサイズの傷の数は２０個、深さ０．５μｍ以上、長さ１μｍ以上のサイズの傷の数は４０個で、その違いは明らかであった。

この発明は、ＭＯＳ製品、ロジック製品などを製造する基板となるエピタキシャルウェーハとして有用である。

Claims (3)

1. 半導体ウェーハの表面に、気相エピタキシャル法によってエピタキシャル膜が成長されたエピタキシャルウェーハにおいて、
   前記半導体ウェーハの裏面のうち、面取り面との境界領域における深さ０．５μｍ以上、長さ１μｍ以上の傷が５個以下であることを特徴とするエピタキシャルウェーハ。
2. 前記傷は、指頭の爪の生え際に発生するササクレに似た溝状の傷である請求項１に記載のエピタキシャルウェーハ。
3. 前記境界領域は、前記シリコンウェーハの裏面のうち、前記面取り面との境界線を中心としたウェーハ半径方向の内外１ｍｍ未満の領域である請求項１または請求項２に記載のエピタキシャルウェーハ。

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