JP2010034303A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハの製造方法に関し、単結晶インゴットをスライスして得られた素材ウェーハから材料特性にバラツキの少ない半導体ウェーハを加工できるようにする。
【解決手段】単結晶インゴットをスライスして得られた素材ウェーハから半導体デバイス製造用の半導体ウェーハを製造する方法であって、前記素材ウェーハの前記単結晶インゴットにおける長手方向位置を検出する検出工程Ｓ４２と、前記製造時の少なくとも１つの加工工程であって、前記検出工程により検出した前記長手方向位置に応じた加工内容で前記素材ウェーハを加工する加工工程Ｓ５０とから構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、単結晶インゴットをスライスして得られた素材ウェーハを半導体ウェーハに加工する、半導体ウェーハの製造方法に関するものである。

シリコンウェーハ等の半導体デバイス製造用のウェーハ（半導体ウェーハ）は、シリコン等の単結晶インゴットを製造して、このインゴットをスライスして得られた素材ウェーハを、研削工程，エッチング工程及び研磨工程を経てその表面を高精度に平坦化することにより製造される。
さらに、こうして製造された半導体ウェーハをさらに熱処理（アニール処理）することにより、ウェーハ表面の欠陥密度を低減させたアニールウェーハを製造することができる。

また、製造された半導体ウェーハの鏡面加工された表面に、単結晶を気相成長させることにより、ウェーハ表面にエピタキシャル層を備えたエピタキシャルウェーハを製造することができる。
なお、アニールウェーハもエピタキシャルウェーハも、半導体デバイス製造用のウェーハであるので、アニール処理やエピタキシャル層形成をしない半導体ウェーハと共に、半導体ウェーハと称することにする。

このようなインゴットをスライスして得られた素材ウェーハを半導体ウェーハに加工する場合や、さらに半導体ウェーハにアニール処理やエピタキシャル層形成の処理をする場合、最も一般的には、多数のウェーハを一括して加工するバッチ処理で行なわれている（特許文献１，２参照）が、半導体ウェーハに加工するエッチング工程等には、ウェーハを一枚単位で加工する枚葉処理も開発されている（特許文献３参照）。
特開２００６−１０８１５１号公報 特開平１０−２６１５５５号公報 特開２００７−２０７８１１号公報

ところで、シリコン単結晶インゴットの製造には、チョクラルスキー法（ＣＺ法）が広く用いられ、多結晶シリコンをるつぼ内に充填し、これを溶融加熱してシリコン融液として、この融液表面に種結晶を接触させて融液を固化させて成長させることによりシリコン単結晶インゴットが形成される。
ところが、例えば一本の単結晶インゴットから得られた素材ウェーハをバッチ処理で一括に同一条件で加工すると、各ウェーハで材料特性にバラツキが生じてしまうことが判明した。

ウェーハの材料特性の尺度として、例えば、ＬＳＴＤ（Laser Scattering Topography Defect）を用いて検出されるＣＯＰ（Crystal Originated Particles、所謂、ボイド欠陥）の密度や、酸素析出物であるＢＭＤ（Bulk Micro Defect）の密度や、ＤＺ（Denuded Zone、無欠陥層）の巾を用いることができるが、素材ウェーハが単結晶インゴットの長手方向のどの位置からスライスされたかを無視してバッチ処理で一括に同一条件で加工すると、加工された半導体ウェーハのＬＳＴＤ密度（ＣＯＰ密度）やBMD密度やＤＺ巾が、各ウェーハでバラついてしまうのである。

例えば、ＬＳＴＤ密度やＤＺ巾は、単結晶インゴットのトップ側の方がテール側（ボトム側）よりも大きく、ＢＭＤ密度は、トップ側の方がテール側よりも小さくなる。なお、トップ側とは、単結晶インゴットの成長開始部を含む製造時の上方部分であり、テール側（ボトム側）とは、単結晶インゴットの成長最終部を含む製造時の下方部分である。なお、図６は、ウェーハのＬＳＴＤ密度の検出結果を、単結晶インゴットの長手方向位置（結晶位置）に応じて示す図であり、トップ側（結晶位置０ｍｍの側）がテール側（結晶位置２０００ｍｍの側）よりもＬＳＴＤ密度が大きいことがわかる。

このように、単結晶インゴットの材料特性が長手方向位置で微小に変化していくのは、単結晶インゴットが時間をかけて略円柱状に成長していく過程で、引き上げ装置内で高温に晒される時間がトップ側とテール側で異なることに起因するものと考えられる。
また、低抵抗率の単結晶インゴットを引き上げるために、るつぼ内の多結晶シリコン融液にボロンやリン等のドーパントを添加するが、この際、添加したドーパントが単結晶の引き上げ方向（長手方向）に沿って偏析する現象が発生し、単結晶インゴットの長手方向において抵抗率が変動する。このような原因であれば、このような単結晶インゴットの材料特性の長手方向における変化を解消することは困難である。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたもので、単結晶インゴットをスライスして得られた素材ウェーハから材料特性にバラツキの少ない半導体ウェーハに加工することができるようにした、半導体ウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、単結晶インゴットをスライスして得られた素材ウェーハから半導体デバイス製造用の半導体ウェーハを製造する方法であって、前記素材ウェーハの前記単結晶インゴットにおける長手方向位置を検出する検出工程と、前記製造時の少なくとも１つの加工工程であって、前記検出工程により検出した前記長手方向位置に応じた加工内容で前記素材ウェーハを加工する加工工程と、を有することを特徴としている。

なお、素材ウェーハとは、単結晶インゴットをスライスしただけの非加工のウェーハだけでなく、例えば、アニールウェーハを製造する場合の熱処理前のウェーハについても含むものとする。
前記検出工程では、前記素材ウェーハに付与されて製品管理に使用可能なレーザマークＩＤを利用して素材ウェーハの前記単結晶インゴットにおける長手方向位置を検出することが好ましい。

前記加工工程では、前記素材ウェーハをバッチ処理することが好ましい。
前記加工工程では、前記単結晶インゴットにおける長手方向位置に応じて前記素材ウェーハを複数のグループに分けて、各グループ単位で加工内容を変更することが好ましい。この場合の複数のグループとは、前記単結晶インゴットのトップ側のグループと、前記単結晶インゴットのテール側のグループと、これらの中間に位置する中間部のグループとの３つのグループとすることが好ましい。

また、前記加工工程では、前記素材ウェーハを枚葉処理するようにしてもよい。
前記加工工程は、研削工程及び研磨工程を経てその表面を高精度に平坦化されたウェーハを素材ウェーハとして、前記素材ウェーハをアニール処理するアニール処理工程であることが好ましい。
または、前記加工工程は、研削工程を経たウェーハを素材ウェーハとして、前記素材ウェーハをアニール処理した後にその表面を高精度に平坦化する研磨工程としてもよい。

上記のいずれの場合においても、前記アニール処理工程では、前記単結晶インゴットのトップ側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量を、前記単結晶インゴットのテール側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量よりも大きくすることが好ましい。

本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、素材ウェーハから半導体デバイス製造用の半導体ウェーハを製造する際に、素材ウェーハの単結晶インゴットにおける長手方向位置を検出し、検出した長手方向位置に応じた加工内容で素材ウェーハを加工するので、長手方向位置に応じて材料特性の異なる各素材ウェーハに対して、それぞれ適切に加工することが可能になる。

素材ウェーハの長手方向位置を検出するのに、素材ウェーハに付与されて製品管理に使用可能なレーザマークＩＤを利用すれば、確実にしかも容易に素材ウェーハの位置を検出することができる。
加工工程で素材ウェーハをバッチ処理する場合、素材ウェーハを単結晶インゴットにおける長手方向位置に応じて複数のグループに分けて、各グループ単位で加工内容を変更すれば、バッチ処理により効率的に処理しながら、各素材ウェーハに対してそれぞれ適切に加工することが可能になる。

また、加工工程で素材ウェーハを枚葉処理すれば、単結晶インゴットにおける長手方向位置に応じて異なる特性を有する各素材ウェーハに対してそれぞれより適切に加工することが可能になる。
加工工程がアニール処理工程である場合、単結晶インゴットのトップ側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量を、テール側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量よりも大きくするように処理すれば、アニール処理によって製造されるアニールウェーハの品質のバラつきを低減することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図４は本発明の第１実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法を説明するもので、図１はその製造方法を示すフローチャート、図２はその製造方法に用いる熱処理炉を示す構成図、図３，図４はバッチ処理時のグループ分けを説明する図である。

本実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法は、図１に示すように構成され、スライス工程（ステップＳ１０）と研削工程（ステップＳ２０）と、レーザマーク加工工程（ステップＳ３０）と、研磨工程（ステップＳ４０）と、結晶位置検出工程（ステップＳ４２）と、ロット構成工程（ステップＳ５０）と、熱処理（アルゴンアニール処理、単にアニール処理ともいう）工程（ステップＳ６０）と、検査工程（ステップＳ７０）と、をこの順で実施して、出荷（ステップＳ８０）される。

スライス工程Ｓ１０では、シリコン等の単結晶インゴットをスライスして素材ウェーハを得る。この工程では、スライスしたウェーハに結晶位置（単結晶インゴットの長手方向位置）に応じて、例えば上（トップ側）から順番にウェーハＩＤが付与される。このウェーハＩＤはウェーハ自体に刻印するわけではないが、処理システム上で識別するために用いられる。

研削工程Ｓ２０では、素材ウェーハの表面および裏面を研削する。
次のレーザマーク加工工程Ｓ３０では、研削したウェーハに対してウェーハＩＤに対応したレーザマークＩＤを刻印する。したがって、このレーザマークＩＤからウェーハがどの結晶位置からスライスされたものかを特定することができる。
研磨工程Ｓ４０では、ウェーハの表面を鏡面研磨する。

そして、結晶位置検出工程Ｓ４２では、レーザマークＩＤからウェーハのスライス前の結晶位置を検出して、ロット構成工程Ｓ５０では、ウェーハをその結晶位置に応じて、グループ分けしてアルゴンアニール処理のためのロット構成を行なう。ここでは、比較的シンプルに、単結晶インゴットのトップ側のグループと、テール側（ボトム側）のグループと、これらの中間に位置する中間部グループとの、３グループに分けてロット構成を行なう。例えば、単結晶インゴットの使用領域を長手方向にトップ側，中間部，テール側の３つに区分し（３等分でもよい）、ウェーハをその結晶位置に応じてこれらのいずれかのグループに割り振って、同一のグループ内の所定数を１ロットに構成する。

熱処理工程Ｓ６０では、こうしてロット構成された各ロットに対して、バッチ処理方式で熱処理（アルゴンアニール処理）を行なって、アニールウェーハを製造する。
この熱処理工程Ｓ６０では、熱処理炉を用いるが、この熱処理炉１は、例えば、図２に示すように、上部に炉本体１Ａが、下部に移載室１Ｂが、それぞれ配置され、移載室１Ｂには、エレベータ２を介して断熱テーブル３が装備され、この断熱テーブル３上に、多数のウェーハ１０を移載したボート（熱処理治具）４が載置される。炉本体１Ａには、中央部に炉心管５が配置され、炉心管５の周囲にヒータ６が配置されている。

熱処理時には、ボート４に所定の枚数（例えば、１２５枚）のウェーハ１０を移載し、エレベータ２を上昇させることで、断熱テーブル３及びこれに載ったボート４を炉心管５内に配置する。そして、ヒータ６を作動させて加熱し熱処理を施す。熱処理が完了したら、 エレベータ２を下降させて、ボート４を炉心管５から取り出して、ボート４からウェーハ１０を回収する。

この熱処理工程では、各ロットの結晶位置単位で、熱処理条件を変える。つまり、ウェーハの結晶位置がトップ側ほどテール側よりもウェーハに加える熱量を増大する。
つまり、熱処理工程では、ウェーハを高温で加熱することにより、ＬＳＴＤ密度（ＣＯＰの密度、ＬＳＴＤ値ともいう）を低減させるものであり、ＬＳＴＤ密度が高いほどウェーハに加える熱量を増大することが有効である。また、これにより、単結晶インゴットの長手方向全域に亘り、ＢＭＤ密度およびＤＺ巾を均一にすることができる。

単結晶インゴットを長手方向に、トップ側（Top部位），中間部（Middle部位），テール側（Tail部位）の３部位に分けた場合の、ＬＳＴＤ密度，ＢＭＤ密度，ＤＺ巾の傾向を、以下の表１に示す。
表１に示すように、ＬＳＴＤ密度はトップ側ほど高くテール側ほど低い傾向があり、ＤＺ巾もトップ側ほど大きくテール側ほど小さい傾向があり、逆に、ＢＭＤ密度はトップ側ほど低くテール側ほど高い傾向がある。

したがって、トップ側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量を、テール側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量よりも大きくなるように処理をすることが有効になる。

上記の熱量を大きくするとは、トップ側，中間部，テール側のそれぞれに対して同一温度で熱処理するならば、トップ側は熱処理時間を長く、テール側は熱処理時間を短く、中間部は熱処理時間をこれらの中間的な長さにして、処理を行なう。あるいは、トップ側，中間部，テール側のそれぞれに対して同一処理時間で熱処理するならば、トップ側は熱処理温度を高く、テール側は熱処理温度を低く、中間部は熱処理温度をこれらの中間的な高さにして、処理を行なう（以上、表１参照）。もちろん、これらを折衷して、トップ側は熱処理時間を長く且つ熱処理温度を高くして、テール側は熱処理時間を短く且つ熱処理温度を低くして、中間部は熱処理時間及び熱処理温度を共にこれらの中間的なものにして、処理を行なってもよい。

具体的には、下記のように部位毎に応じて処理することで全品質を結晶位置に関わらず等しくすることが可能となる。
（ａ）時間一定なら
・Top部位：１２５０℃×１時間
・Middle部位：１２２５℃×１時間
・Tail部位：１２００℃×１時間
（ｂ）温度一定なら
・Top部位：１２００℃×２時間
・Middle部位：１２００℃×１．５時間
・Tail部位：１２００℃×１時間
そして、こうして製造されたアニールウェーハは、その後、検査工程Ｓ７０を経て、検査に合格すると出荷される。

本発明の第１実施形態にかかる半導体ウェーハの製造方法は上述のように構成されているので、半導体デバイス製造用の半導体ウェーハであるアニールウェーハを製造する際に、素材のウェーハ（研磨工程Ｓ４０まで処理されたウェーハ）の結晶位置（単結晶インゴットにおける長手方向位置）をレーザマークＩＤから検出して（結晶位置検出工程Ｓ４２）、ウェーハをその結晶位置に応じてグループ分けして（ここでは、トップ側，中間部，テール側の３グループ）、トップ側グループほどテール側グループよりもウェーハに加える熱量を増大するように、熱処理条件を変えて、バッチ処理方式で熱処理（アルゴンアニール処理）を行なって、アニールウェーハを製造する。

したがって、バッチ処理により効率的に処理しながら、結晶位置に応じて特性の異なるウェーハを、その特性に応じて熱処理することにより、製品となる多数のアニールウェーハを品質のバラつきが少ない均一な特性のウェーハにすることができる。
特に、素材ウェーハの長手方向位置を検出するのに、素材ウェーハに付与されて製品管理に使用可能なレーザマークＩＤを利用しているので、確実にしかも容易に素材ウェーハの位置を検出することができる。

なお、本実施形態では、素材ウェーハをトップ側，中間部，テール側の３グループにグループ分けしてバッチ処理で熱処理を行なうが、このグループ分けは、より詳細に分けた方が適切な処理を行なえるものと考えられる。しかし、図６のサンプルに基づいて測定した図３のＬＳＴＤ密度の分布を見ると、３グループに大グループ分けした場合［図３（ａ）］と、１５グループに小グループ分けした場合［図３（ｂ）］とで特性の差は少なく、また、図３に基づいて作成した図４のＬＳＴＤ密度の範囲を見ても、３グループに大グループ分けした場合［図４（ａ）］と、１５グループに小グループ分けした場合［図４（ｂ）］とで特性の範囲の差は少ない。したがって、３グループといった大まかなグループ分けでも、各素材ウェーハに応じた適切な加工を行なうことができるものと考えられる。

また、本実施形態では、レーザマーク加工工程（ステップＳ３０）の後に、研磨工程（ステップＳ４０）、結晶位置検出工程（ステップＳ４２）、ロット構成工程（ステップＳ５０）、熱処理工程（ステップＳ６０）の順で加工を行ったが、レーザマーク加工工程（ステップＳ３０）の後に、結晶位置検出工程（ステップＳ４２）、ロット構成工程（ステップＳ５０）、熱処理工程（ステップＳ６０）、研磨工程（ステップＳ４０）の順で加工してもよい。

〔第２実施形態〕
図５は本発明の第２実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態に係る半導体ウェーハの製造方法は、バッチ処理ではなく、１枚１枚のウェーハを個別に処理する枚葉処理方式を採用しており、図５に示すように、スライス工程（ステップＳ１０）と研削工程（ステップＳ２０）と、レーザマーク加工工程（ステップＳ３０）と、研磨工程（ステップＳ４０）と、結晶位置検出工程（ステップＳ４２）と、枚葉処理方式での熱処理（アルゴンアニール処理、単にアニール処理ともいう）工程（ステップＳ６２）と、検査工程（ステップＳ７０）と、をこの順で実施して、出荷（ステップＳ８０）される。つまり、１枚１枚のウェーハを個別に処理する本実施形態では、第１実施形態のロット構成工程Ｓ５０は省略されている。

本発明の第２実施形態にかかる半導体ウェーハの製造方法は上述のように構成されているので、半導体デバイス製造用の半導体ウェーハであるアニールウェーハを製造する際に、素材のウェーハ（研磨工程Ｓ４０まで処理されたウェーハ）の結晶位置（単結晶インゴットにおける長手方向位置）をレーザマークＩＤから検出して（結晶位置検出工程Ｓ４２）、各ウェーハをその結晶位置に応じて最適な熱処理条件に変えて、枚葉処理方式で熱処理（アルゴンアニール処理）を行なって、アニールウェーハを製造する。

したがって、結晶位置に応じて特性の異なるウェーハを、その特性に応じて熱処理することにより、製品となる多数のアニールウェーハを品質のバラつきがより少なくより均一な特性のウェーハにすることができる。
また、本実施形態でも、素材ウェーハの長手方向位置を検出するのに、素材ウェーハに付与されて製品管理に使用可能なレーザマークＩＤを利用しているので、確実にしかも容易に素材ウェーハの位置を検出することができる。

なお、本実施形態では、レーザマーク加工工程（ステップＳ３０）の後に、研磨工程（ステップＳ４０）、結晶位置検出工程（ステップＳ４２）、熱処理工程（ステップＳ６２）の順で加工を行ったが、レーザマーク加工工程（ステップＳ３０）の後に、結晶位置検出工程（ステップＳ４２）、熱処理工程（ステップＳ６２）、研磨工程（ステップＳ４０）の順で加工してもよい。

〔その他〕
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

例えば、第１実施形態におけるロット構成は、最もシンプルには、結晶位置をトップ側とテール側との２つだけに区分してもよく、何れの数に区分してもよい。
また、上記の各実施形態では、アニールウェーハの製造を例に説明したが、本発明の素材ウェーハの結晶位置に応じた処理は、エピタキシャルウェーハの製造や、アニール処理やエピタキシャル層形成処理等の後処理を行なわない半導体ウェーハの加工（研削，エッチング，研磨等）に適用してもよい。

本発明の第１実施形態としての半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態としての半導体ウェーハの製造方法に用いる熱処理炉を示す構成図である。 本発明の第１実施形態としての半導体ウェーハの製造方法によるバッチ処理時にグループ分けした場合の各グループ毎のＬＳＴＤ密度の分布を示すグラフであって、（ａ）は大グループ分けした場合を示し、（ｂ）は小グループ分けした場合を示す。 本発明の第１実施形態としての半導体ウェーハの製造方法によるバッチ処理時にグループ分けした場合の各グループ毎のＬＳＴＤ密度の範囲を示すグラフであって、（ａ）は大グループ分けした場合を示し、（ｂ）は小グループ分けした場合を示す。 本発明の第２実施形態としての半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の課題を説明するグラフであり、単結晶インゴットの長手方向位置（結晶位置）に応じたＬＳＴＤ密度の例を示す図である。

符号の説明

１ 熱処理炉
１Ａ 炉本体
１Ｂ 移載室
２ エレベータ
３ 断熱テーブル
４ ボート（熱処理治具）
５ 炉心管
６ ヒータ
１０ ウェーハ

Claims (8)

1. 単結晶インゴットをスライスして得られた素材ウェーハから半導体デバイス製造用の半導体ウェーハを製造する方法であって、
   前記素材ウェーハの前記単結晶インゴットにおける長手方向位置を検出する検出工程と、
   前記製造時の少なくとも１つの加工工程であって、前記検出工程により検出した前記長手方向位置に応じた加工内容で前記素材ウェーハを加工する加工工程と、を有する
   ことを特徴とする、半導体ウェーハの製造方法。
2. 前記検出工程では、前記素材ウェーハに付与されて製品管理に使用可能なレーザマークＩＤを利用して素材ウェーハの前記単結晶インゴットにおける長手方向位置を検出する
   ことを特徴とする、請求項１記載の半導体ウェーハの製造方法。
3. 前記加工工程では、前記素材ウェーハをバッチ処理する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体ウェーハの製造方法。
4. 前記加工工程では、前記単結晶インゴットにおける長手方向位置に応じて前記素材ウェーハを複数のグループに分けて、各グループ単位で加工内容を変更する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか1項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
5. 前記加工工程では、前記素材ウェーハを枚葉処理する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の半導体ウェーハの製造方法。
6. 前記加工工程は、研削工程及び研磨工程を経てその表面を高精度に平坦化されたウェーハを素材ウェーハとして、前記素材ウェーハをアニール処理するアニール処理工程である
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか1項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
7. 前記加工工程は、研削工程を経たウェーハを素材ウェーハとして、前記素材ウェーハをアニール処理した後にその表面を高精度に平坦化する研磨工程である
   ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか1項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
8. 前記アニール処理工程では、前記単結晶インゴットのトップ側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量を、前記単結晶インゴットのテール側に相当する前記素材ウェーハに加える熱量よりも大きくする
   ことを特徴とする、請求項６又は７記載の半導体ウェーハの製造方法。

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