JPH068144A - シリコン単結晶ウェーハにおけるサンドブラスト条件の評価及び管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シリコン単結晶ウェーハについてサンドブラ
ストの条件とその後の酸化熱処理により導入されたＯＳ
Ｆの密度を、再現性良く正確に評価し、または管理する
ことができる方法を提供する。 【構成】 上記評価方法は、シリコン単結晶ウェーハの
片側表面をサンドブラストした後、酸化熱処理を行な
い、前記ウェーハのサンドブラストされた片側表面上に
酸化誘起積層欠陥を導入し、その表面欠陥密度を測定す
ることによりサンドブラストの条件を評価する方法にお
いて、前記ウェーハとして、＜１１１＞面を主面とする
シリコン単結晶ウェーハを用いることを特徴とする。ま
た、上記サンドブラスト条件の管理方法は、シリコン単
結晶ウェーハをサンドブラストするに際し、前記評価方
法により得た、＜１１１＞面を主面とするウェーハにつ
いてのサンドブラスト条件と前記酸化誘起積層欠陥密度
との関係に基づいてサンドブラストの条件を設定し、ま
たは、＜１１１＞面を主面とするシリコン単結晶ウェー
ハをモニターとして使用することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シリコン単結晶ウェー
ハ（以下、ウェーハと略す）に対しエクストリンシック
ゲッタリング効果を付与する手段としてのサンドブラス
ト法において、その条件を評価し及び管理する方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスがより小型化・高
集積化されるに伴ない、半導体デバイスの基板材料とな
るウェーハに対する品質要求もより厳しくなりつつあ
り、その要求の一つとして、半導体デバイスの製造工程
でウェーハの素子形成面上における汚染物質に起因する
結晶欠陥の発生を抑制する問題がある。

【０００３】このような結晶欠陥の抑制手段として、素
子形成工程で重金属を主とする汚染不純物を、素子形成
領域外に形成した歪場に集めてしまうゲッタリング法が
知られている。このゲッタリング法は、イントリンシッ
クゲッタリング（ＩＧ）とエクストリンシックゲッタリ
ング（ＥＧ）とに大別される。

【０００４】エクストリンシックゲッタリングに分類さ
れる方法は、主としてウェーハの素子形成面とは反対側
の裏面に機械的な歪みを付与するものであり、その一方
法としてサンドブラスト法がある。このサンドブラスト
法によりウェーハ裏面に形成されるバックサイドダメー
ジの大きさは上記ゲッタリング技術の重要な要素であ
り、サンドブラストされたウェーハの酸化熱処理により
生成する酸化誘起積層欠陥（oxidation induced stacki
ng fault；以下ＯＳＦと略す）の密度の大小をもって評
価することができる。

【０００５】サンドブラスト法は図５で模擬的に示すよ
うに、ローダー１によりウェーハ２をコンベアーベルト
３に載せる。コンベアーベルト３上のウェーハ２は図５
矢印方向に搬送され、搬送中にフィーダー４から石英粒
子やアルミナ粒子の噴流５を衝突させて、サンドブラス
ト処理が行なわれる。サンドブラスト処理後のウェーハ
２はアンローダー６にてコンベアーベルト３から降ろさ
れ、次の加工工程に移される。なお、サンドブラストの
効果を決定する主要な条件は、その強度と処理される時
間である。強度を付与する因子としては、前記フィーダ
ー４から、粒子を含む噴流５を吹き付ける時の圧力と流
量、及び同フィーダーの吐出口と処理されるウェーハ２
との間の距離の外、使用する粒子の硬度や粒径分布とそ
の濃度等が関係する。また、処理される時間は、コンベ
アーベルト３のベルトスピードにより調節され、その逆
数が処理時間に相当する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現状のウェ
ーハは、半導体デバイス製造時の歩留まりを上げるため
に＜１００＞方位に成長させた単結晶より切り出した、
＜１００＞面を主面とするウェーハが圧倒的な多数で用
いられ、従って、サンドブラストに付されるウェーハも
その殆どが＜１００＞面を主面とするものである。とこ
ろで、同一のサンドブラスト条件であっても、サンドブ
ラストを受ける面の結晶学的な方位によって、前記ＯＳ
Ｆの発生密度が異なることが知られているので、＜１０
０＞面を主面とするウェーハをサンドブラスト処理する
際のモニターは、少なくとも同じ結晶学的方位の＜１０
０＞面を主面とするウェーハを使用するのが望ましい。

【０００７】しかし、＜１００＞面を主面とするウェー
ハの場合、サンドブラスト後、酸化熱処理をすることに
よってＯＳＦ密度を測定する場合、ＯＳＦ密度の測定値
は非常に不安定で再現性が悪く、サンドブラストの条件
を正しく設定することができないという問題があった。

【０００８】本発明は上記の点を解決しようとするもの
で、その目的は、サンドブラストの条件とその後の酸化
熱処理により導入されたＯＳＦの密度を、再現性良く、
正確に評価することができる方法を提供することにあ
り、更にはウェーハをサンドブラスト処理する時の条件
設定を、この評価方法を応用することによって行なうこ
とができる管理方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るシリコン単
結晶ウェーハにおけるサンドブラスト条件の評価方法
は、シリコン単結晶ウェーハの片側表面をサンドブラス
トした後、酸化熱処理を行ない、前記ウェーハのサンド
ブラストされた片側表面上に酸化誘起積層欠陥を導入
し、その表面欠陥密度を測定することによりサンドブラ
ストの条件を評価する方法において、前記ウェーハとし
て、＜１１１＞面を主面とするものを用いることを特徴
とする。

【００１０】また、本発明のシリコン単結晶ウェーハの
酸化誘起積層欠陥密度を制御するためのサンドブラスト
条件の管理方法は、シリコン単結晶ウェーハをサンドブ
ラストするに際し、請求項１に記載の方法により前記＜
１１１＞面を主面とするシリコン単結晶ウェーハについ
て予めサンドブラスト条件と前記酸化誘起積層欠陥密度
との関係を測定し、この関係に基づいて前記サンドブラ
ストの条件を設定することを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明のサンドブラスト条件の管
理方法では、シリコン単結晶ウェーハをサンドブラスト
するに際し、＜１１１＞面を主面とするシリコン単結晶
ウェーハをモニターとして使用することを特徴とする。

【００１２】本発明が適用されるウェーハは、＜１００
＞軸方向あるいは＜１１１＞軸方向に成長させたシリコ
ン単結晶棒の引上軸を回転中心として円筒研磨した後、
同引上軸の垂直方向にスライスして円板を得、同円板エ
ッジ部の面取りと主表面をラッピングした後、残存する
加工歪を除去する目的でエッチング処理を行なった段階
のものを指し、通常ケミカルエッチドウェーハ（ＣＷウ
ェーハ）と称されるものである。すなわち、本発明の適
用を受けるウェーハは、正確にはこのようなＣＷウェー
ハの略称である。サンドブラスト処理はその後で行なわ
れ、更に最終的な鏡面研磨を施されたものが、製品とし
て出荷される鏡面ウェーハ（ＰＷウェーハ）である。

【００１３】サンドブラストされたウェーハ表面に対す
る機械的な歪発生の度合いを評価する方法は色々考えら
れるが、本発明の場合はＥＧ効果との関連において、サ
ンドブラスト後のウェーハを熱酸化処理した際に発生す
るＯＳＦ密度を測定する方法を採用した。すなわち、サ
ンドブラスト処理されたウェーハは、湿式酸化雰囲気中
で１１００℃／１時間の熱処理を行なった後冷却し、フ
ッ酸処理で表面酸化膜を除去した後、ジルトルエッチン
グ液により単結晶表面を約１μｍエッチングし、洗浄及
び乾燥したウェーハのサンドブラストされた表面を、光
学顕微鏡（NIKON ＩＣ顕微鏡）で観察し、生成したＯＳ
Ｆを計測する。ＯＳＦ計測は測定倍率を１０００倍と
し、ウェーハの任意半径方向を３等分した３点につい
て、視野中に存在するＯＳＦをカウンターを利用して計
測し、その密度を×１０⁴ 個／ｃｍ² 換算することで統
一した。

【００１４】

【作用】＜１１１＞面を主面とするウェーハをサンドブ
ラストした後、熱酸化処理することにより導入されるＯ
ＳＦの密度は、どのような条件で製造されたウェーハ
（ＣＷウェーハ）であっても、一定のサンドブラスト条
件に対しては、一定のＯＳＦ密度が再現される。よっ
て、＜１１１＞面を主面とするウェーハをモニターとし
て採用すれば、サンドブラストの定量的な設定が可能で
あるから、任意の主面を有するウェーハをサンドブラス
ト処理する際において、少なくともサンドブラスト条件
の設定ないしは制御に利用することが可能になる。

【００１５】

【実施例】次に、実施例を挙げて更に詳細に本発明を説
明する。 実施例１及び比較例１ 各種のエッチング代でエッチングされたウェーハに対す
るサンドブラスト条件として、その強度に対するＯＳＦ
発生の関係を、＜１１１＞主面のウェーハ（実施例１）
と＜１００＞主面のウェーハ（比較例１）について調べ
た。

【００１６】［試験の条件と方法］結晶方位で＜１１１
＞及び＜１００＞を主面とするＰ型単結晶（抵抗率約１
Ωｃｍの普通抵抗品）より、＜１１１＞面を主面とする
ウェーハについては、エッチング量が各々２５μｍ、３
８μｍ、５５μｍになるようにエッチング処理し、＜１
００＞を主面とするウェーハについてはエッチング量が
２５μｍ、３８μｍ、４８μｍになるようにエッチング
処理したウェーハ（ＣＷウェーハ）を各３枚づつ調製し
た。この各ウェーハに対して、＜１１１＞主面のＰ型ウ
ェーハをモニターとするサンドブラスト強度（サンドブ
ラスト後のＯＳＦ発生量、個／ｃｍ²として評価）の設
定条件として、３０万、５０万、７０万の３水準での処
理を行なった。

【００１７】［試験結果］サンドブラスト処理後の各３
枚のウェーハ３ケ所の観察点（計９点）について、ＯＳ
Ｆ密度の検査を行ない、その平均値であるＯＳＦ発生量
と、サンドブラストの設定強度及びウェーハのエッチン
グ量との関係を図１（実施例１）と図２（比較例１）で
示した。

【００１８】図１及び図２より明らかなことは、＜１１
１＞主面ウェーハ及び＜１００＞主面ウェーハ共にサン
ドブラスト強度の強弱に対応し、ＯＳＦの発生が増減す
る点では同一の傾向が見られる。実施例１（図１）の場
合、同一のサンドブラスト強度の設定条件に対し、いず
れの場合もウェーハのエッチング量による影響は少な
く、設定条件に近い値を示している。一方、比較例１
（図２）の場合、ＯＳＦの発生はウェーハのエッチング
量に対応し指数関数的な増加を示している。この事実は
＜１１１＞主面ウェーハの場合、ウェーハのエッチング
量の影響は殆ど無く、従ってどのようなエッチング量の
ＣＷウェーハを使用しても、サンドブラスト強度の設定
条件さえ一定なら、一定のＯＳＦを発生するという再現
性が得られるのに対し、＜１００＞主面ウェーハの場合
は、そのエッチング量によるＯＳＦ発生値の変動が極め
て大きいため、そのエッチング量を含む何らかのＣＷウ
ェーハとしての品質条件を管理しない限り、ＯＳＦ発生
値の再現性が得られない。換言すればこの事実が、従来
より＜１００＞主面ウェーハをモニターに採用できなか
った理由である。なお、データを省略したがＮ型ウェー
ハの場合も、Ｐ型ウェーハと同様の結果となることが確
認されている。

【００１９】実施例２及び比較例２ 各種のエッチ代でエッチングされたウェーハに対するサ
ンドブラスト条件として、その量（サンドブラストする
時間で規定）とＯＳＦ発生との関係を、＜１１１＞主面
のウェーハ（実施例２）と＜１００＞主面のウェーハ
（比較例２）について調べた。 ［試験の条件と方法］実施例１及び比較例１で使用した
ものと同じ単結晶より製造のウェーハ、すなわち結晶方
位＜１１１＞及び＜１００＞を主面とするＰ型単結晶
（抵抗率約１Ωｃｍの普通抵抗品）より、＜１１１＞面
を主面とするウェーハについてはエッチング量が各々２
５μｍ、３８μｍ、５５μｍとなるようにエッチング処
理し、＜１００＞面を主面とするウェーハについてはエ
ッチング量が２５μｍ、３８μｍ、４８μｍになるよう
にエッチング処理したウェーハ（ＣＷウェーハ）、及び
鏡面ウェーハ（ＰＷウェーハ）を各３枚づつ調製した。
この各ウェーハを、＜１１１＞主面でＰ型のモニター用
ウェーハによるサンドブラスト強度の設定条件として５
０万個／ｃｍ² の一定とし、サンドブラスト量は、図８
で模擬的に示されるサンドブラスト装置におけるコンベ
アーベルトスピード（ｍ／ｍｉｎ）で、１．８、１．
２、０．８、０．６に設定してサンドブラスト処理を行
ない、その逆数（ｍｉｎ／ｍ；処理時間に相当）をサン
ドブラスト量とした。

【００２０】［試験結果］サンドブラスト後の各３枚の
ウェーハにつき３ケ所の観察点（計９点）のＯＳＦ密度
の検査を行ない、その平均値であるＯＳＦ発生量と、サ
ンドブラストの設定量（時間）及びウェーハのエッチン
グ量との関係を図３（実施例２）と図４（比較例２）に
示した。図３及び図４で共通するのは、サンドブラスト
量（処理時間）の増加とＯＳＦ発生量は明確な比例関係
にあるが、この両者における大きな相違は、実施例２
（図３）の場合、ウェーハエッチング量の如何を問わ
ず、すなわちどのような製造条件のＣＷウェーハであっ
ても、サンドブラスト時間とＯＳＦ発生量は一定の関係
を示しているのに対し、比較例２（図４）では比較例１
の場合と同様、各種エッチング量のウェーハについてサ
ンドブラスト時間とＯＳＦ発生量の間に、顕著な差が存
在することである。従って、この原因の解明と、管理の
基準が設けられない限り、＜１００＞面を主面とするウ
ェーハを、サンドブラスト条件の評価または管理するた
めのモニターに使用することはできない。

【００２１】実施例３ ＜１１１＞主面のウェーハをサンドブラスト管理用モニ
ターとして２０日間使用し、モニターとしての適合性を
調べた。

【００２２】［試験の条件と方法］＜１１１＞面を主面
とする実施例１及び実施例２で使用したものと同じ導電
型と抵抗率を有するウェーハ（エッチング量約３７μ
ｍ）２０枚を調製した。試験は毎朝、＜１１１＞面を主
面とするモニター用ウェーハの各１枚づつを他のウェー
ハと同時にサンドブラスト処理した後、同モニター用ウ
ェーハ対して所定の方法によりＯＳＦ発生の検査を行な
った。なお、サンドブラスト条件として、その設定強度
は＜１１１＞モニター使用における５０万個／ｃｍ
² に、またベルトスピードは１．２ｍ／ｍｉｎの共通条
件として行なった。

【００２３】［試験結果］試験結果を図５に示す。モニ
ターに使用のウェーハが、前記５０万個／ｃｍ²に設定
のサンドブラスト強度に対応した水準値をもって、再現
性の良い値で推移していることがわかる。

【００２４】

【発明の効果】本発明のサンドブラスト条件の評価方法
によれば、サンドブラスト条件を再現性よく評価するこ
とができる。また、本発明のサンドブラスト条件の管理
方法によれば、シリコン単結晶ウェーハのＯＳＦ密度が
所定値になるようにサンドブラスト条件を制御すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】＜１１１＞Ｐ型ウェーハのエッチング量とＯＳ
Ｆ密度の関係を示すグラフである。

【図２】＜１００＞Ｐ型ウェーハのエッチング量とＯＳ
Ｆ密度の関係を示すグラフである。

【図３】＜１１１＞Ｐ型ウェーハのＯＳＦ密度とベルト
スピードの逆数（サンドブラスト量）及びウェーハエッ
チング量との関係を示すグラフである。

【図４】＜１００＞Ｐ型ウェーハのＯＳＦ密度とベルト
スピードの逆数（サンドブラスト量）及びウェーハエッ
チング量との関係を示すグラフである。

【図５】実施例３におけるＯＳＦ密度の稼動日数におけ
る変化を示すグラフである。

【図６】サンドブラスト法を模擬的に示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１ ローダー ２ ウェーハ ３ コンベアーベルト ４ フィーダー ５ 噴流 ６ アンローダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 庄司 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 山本 浩 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 (72)発明者 鳥越 盛明 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田596 の２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 山本 勝義 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田596 の２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 佐藤 三千登 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社白河工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリコン単結晶ウェーハの片側表面をサ
   ンドブラストした後、酸化熱処理を行ない、前記ウェー
   ハのサンドブラストされた片側表面上に酸化誘起積層欠
   陥を導入し、その表面欠陥密度を測定することによりサ
   ンドブラストの条件を評価する方法において、前記ウェ
   ーハとして、＜１１１＞面を主面とするシリコン単結晶
   ウェーハを用いることを特徴とするシリコン単結晶ウェ
   ーハにおけるサンドブラスト条件の評価方法。
2. 【請求項２】 シリコン単結晶ウェーハをサンドブラス
   トするに際し、請求項１に記載の方法により前記＜１１
   １＞面を主面とするシリコン単結晶ウェーハについて予
   めサンドブラスト条件と前記酸化誘起積層欠陥密度との
   関係を測定し、この関係に基づいて前記サンドブラスト
   の条件を設定することを特徴とする、シリコン単結晶ウ
   ェーハの酸化誘起積層欠陥密度を制御するためのサンド
   ブラスト条件の管理方法。
3. 【請求項３】 シリコン単結晶ウェーハをサンドブラス
   トするに際し、＜１１１＞面を主面とするシリコン単結
   晶ウェーハをモニターとして使用することを特徴とする
   請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶ウェー
   ハにおけるサンドブラスト条件の管理方法。