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技术支持：硅晶片的制造方法及硅晶片以及soi晶片的制作方法
专利名称硅晶片的制造方法及硅晶片以及soi晶片的制作方法
技术领域本发明涉及硅晶片的制造方法，能防止在硅晶片制造工序所发生的发尘及平坦度的恶化，特别涉及抛光工序及蚀刻工序。
背景技术 以往，在制造IC或LSI等集成电路或晶体管或二极管等分立半导体元件所使用的晶片时，例如依图7所示的制造工序进行。对由切氏法(CZ法)或浮区法(FZ法)等生长的硅锭，首先，使用圆刃切断机或线锯等在切割工序(A)将其切割成晶片状。其次，为防止晶片侧面的缺欠等，在倒棱(倒角)工序(B)进行晶片外缘部分的倒棱加工后，为提高平坦度而对晶片表面使用游离研磨粒在抛光(rubbing)工序(C)施以抛光加工。其后，为除去由上述工序所产生的加工变形，在蚀刻工序(D)进行湿法蚀刻。此蚀刻工序之后，通过进行对晶片表面的一面或两面进行镜面研磨的研磨(polishing)工序(E)，制造镜面的硅晶片。
一般，抛光工序所使用的研磨粒，以使用氧化铝系微粉研磨材为主。其中，现今作为硅晶片等的半导体结晶的抛光材料，使用日本富士美(FUJIMI INCORPORATE)株式会社制的FO研磨粒，几乎占日本国内接近100％的使用率。特别是，使用具有FO研磨粒#1000(最大径30μm以下，平均粒径14.0～12.0μm)、FO研磨粒#1200(最大径25μm以下，平均粒径10.8～9.2μm)等粒度的研磨粒，更可适合硅晶片的表面精度要求。(参考日本科学论坛(SCIENCE FORUM)株式会社发行、松永正久他编辑、电学用结晶材料的精密加工技术p257～261)。
另外，为除去上述晶片制造工序所生成的加工变形，在蚀刻工序进行湿法蚀刻。此湿法蚀刻工序，例如有使用氟酸、硝酸、醋酸等组成的混和酸的酸性蚀刻，及使用氢氧化钠或氢氧化钾等碱的碱性蚀刻。
但是，上述酸性蚀刻，通过改变混和酸的构成成分的比率，可控制蚀刻率或蚀刻后晶片的面状态，总之蚀刻率快，存在使通过抛光工序提高的晶片平坦度恶化的问题。
一方面，由于上述碱性蚀刻的蚀刻率低，具有可维持通过抛光工序提高的晶片平坦度、蚀刻后能得到平坦度好的晶片的优点。近年，相关的硅晶片的制造，平坦度的要求非常高，碱性蚀刻被广泛使用。
现有进行碱性蚀刻时，碱性蚀刻液中碱性成分的浓度，一般为低于48～50重量％，由于超过50重量％浓度的碱性水溶液存在产生碱性成分的结晶化问题，不能用于工业。可是，此一般所使用的碱性蚀刻液，具有对(100)面及(111)面的蚀刻速度差异达60～100倍的选择性。因此，由于该选择性，碱性蚀刻存在蚀刻后的晶片表面的微细凹凸变大的问题。
即，晶片表面的微细凹凸大(表面粗度大)这种问题，例如由在凸部因该凸部在器件制造工序缺欠、产生颗粒的原因而造成的所谓发尘问题引起。且在凹部(pit)研磨时的研磨范围不得不增加，研磨增加则招致晶片平坦度恶化或研磨工序生产性下降的问题。
为解决此等的问题，有用碱性蚀刻液与酸性蚀刻液的组合消除相互的缺点的蚀刻方法(日本特开平11-233485号公报)。此蚀刻方法在碱性蚀刻之后进行酸性蚀刻，可以减少晶片的表面粗度，但另一方面存在由于进行酸性蚀刻而平坦度若干恶化、或增加工序数量的问题。另外，如日本特开平11-171693号公报(美国专利第6099748号)提出了使用高浓度碱水溶液的方法，并非解决上述问题的充分策略。
本发明有鉴于上述问题，目的在于提供一种可防止晶片表面粗度及晶片全体的平坦度的恶化的硅晶片制造方法、及由该制造方法所制作的高平坦度的硅晶片。
为达成上述目的，依本发明提供的硅晶片的制造方法，至少具有游离研磨粒的抛光工序、碱性蚀刻液的蚀刻工序，其特征在于，在上述抛光工序使用研磨粒子的最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下的作为游离研磨粒进行抛光，其后，在上述蚀刻工序，使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液作为碱性蚀刻液进行蚀刻。
如上所述，在进行硅晶片抛光工序时，研磨粒子使用最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下的作为游离研磨粒进行抛光，其后，在上述蚀刻工序，使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液作为碱性蚀刻液进行蚀刻，由此，可大幅减低蚀刻后硅晶片的表面粗度，另外，可得到平坦度良好的硅晶片。且依此，可以减少其后的研磨工序的范围，故可防止晶片的平坦度的恶化，另外，可期待缩短研磨时间、减少研磨布或研磨剂的使用量，可提高生产性降低成本。
此时，上述碱性水溶液的碱性成分以氢氧化钠为理想。
如此以氢氧化钠水溶液作为上述碱性溶液的碱性成分，可得到表面粗度大幅减低的效果的同时，因价廉有助于降低成本。
此时，将上述碱性水溶液的液温，控制在80～300℃的范围内进行蚀刻为理想。
如此，通过将碱性水溶液的液温控制在80～300℃的范围内进行蚀刻，碱性溶液于高浓度时也不会产生碱性成分的结晶化，可于高浓度的溶液状态下进行蚀刻。例如碱性成分为80重量％时为200℃，90重量％时为300℃的高温。
这时，上述游离研磨粒以使用氧化铝系微粉研磨材为理想，且上述氧化铝系微粉研磨材为氧化铝质的研磨粒与锆质研磨粒混合的人造金刚砂研磨材为理想。
这样的游离研磨粒如例举具体的研磨材，则有日本富士美株式会社(FUJIMI INCORPORATE)制的F0研磨粒。如上述#1200或更粗的FO研磨粒几乎占日本近100％的使用率。使用比编号比以往更高(#1500或更细的研磨粒)的FO研磨粒进行抛光时，可抑制损坏或伤痕的发生率，同时可有效率地进行制造。
另外，上述碱性水溶液的碱性成分的浓度以70重量％以下为理想。
虽然碱性水溶液的浓度愈高愈好，但如果碱性成分的浓度在70重量％以下，则可在液温80～90℃程度的比较容易作业的条件下实施，更有如果用比重计进行浓度的差异管理，则能在碱性溶液的浓度安定、蚀刻槽中不析出碱性成分下实施。
因此，依本发明上述制造方法，可提供大幅降低表面粗度，且具有良好平坦度的硅晶片。
另外，依本发明，可提供两面具有蚀刻面的硅晶片，其特征在于，在除距离上述蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧区域的晶片面的厚度位移求出的、相对于基准面的晶片外缘部分的形状的厚度差的最小值(下垂)的绝对值为0.2μm以下。
如上所述，在除距离上述蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，厚度差的最小值(下垂)的绝对值为0.2μm以下，所以成为至晶片外缘部分为平坦的硅晶片，成为可制作器件的有效区域广的硅晶片。
更进一步，由上述蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域除外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度求出的、相对于基准面的晶片外缘部分的形状的厚度差的最大值(上翘)的绝对值可为0.2μm以下。
本发明的硅晶片，不仅由于在除距离蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，下垂的绝对值为0.2μm以下，上翘的绝对值也为0.2μm以下，所以至晶片外缘部分也可成为更平坦的晶片。
此时，上述硅晶片的的面方向为(100)，在该硅晶片的蚀刻面，具有四边沿结晶方向&110&形成正方形状开口部的蚀刻凹陷(pit)，且上述蚀刻凹陷的尺寸的平均值可在6μm以下。
如此，本发明的硅晶片的蚀刻面，具有大致为正方形的开口部的蚀刻凹陷，其凹陷的尺寸平均在7μm以下，还由于能得到通过以往的蚀刻不能达成的小于6μm以下凹陷，所以可成为平坦性更好的蚀刻面。所以，例如如果将这种蚀刻凹陷尺寸小的蚀刻面在进行干法蚀刻等时作为夹持(chucking)面使用，则夹持不良可大幅地减少。且，由于此尺寸小的蚀刻凹陷可通过对蚀刻面进行镜面研磨而容易地除去，所以可成为高品质的硅晶片，相关的研磨范围也可减少，也可提高生产性。另外，蚀刻面例如也有在研磨0.5μm以下的研磨范围稍微研磨后使用的情形。有关于本发明此种情形，也残留上述蚀刻凹陷限度也含于本发明所谓的蚀刻面。另外，本发明的所谓面方向(100)不但包括正确的为(100)的面方向情形，也包含由(100)倾斜4°的晶片。在此面方向(100)有少许偏差或所谓偏离角(off-angle)的，也与上述者同样可成为平坦性更好的蚀刻面，所以可起到减少夹持不良或提高生产性等的效果。
另一方面，在上述硅晶片中，导电型为p型、电阻率为0.01Ω·cm以下、面方向为(100)，在该硅晶片的蚀刻面，可以有四边沿结晶方向&110&形成正方形状开口部的蚀刻凹陷，上述蚀刻凹陷的尺寸的平均值还可在7μm以下。
一般，硅晶片具有低电阻率时，特别是p型具有0.01Ω·cm以下电阻率时，由于蚀刻率下降，蚀刻凹陷的尺寸缩小有困难。但是，依本发明，硅晶片在p型0.01Ω·cm以下的低电阻率，蚀刻凹陷的尺寸的平均值也在8μm以下，还可在7μm以下。因此，如上所述，蚀刻面的平坦性好的硅晶片，能大幅减低干法蚀刻时的夹持不良，还可通过研磨蚀刻面，以高生产性得到品质好的硅晶片。另外，在外延生长电阻率如此低的硅晶片时，可生长成具有除气能力的外延生长晶片，可有效地用于高品质的外延生长用衬底。
另外，上述蚀刻面的晶片中心侧区域的晶片面的厚度位移的偏差(波动)的平均值可在0.04μm以下。
如此，本发明的硅晶片的波动的平均值可以为0.04μm以下，成为极平坦的硅晶片。
另外，依本发明，可提供一种硅晶片，上述本发明的硅晶片至少有一面的蚀刻面进行过镜面研磨。
如此，对蚀刻凹陷的尺寸小且至晶片的外缘部为止具有平坦的蚀刻面的硅晶片进行镜面研磨而得到的硅晶片，是平坦度及优表面粗度好，还可成为纳米形貌(nanotopography)的水平极高的镜面研磨硅晶由片。
此时，在除距离上述蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移求出的、相对于基准面的晶片外缘部分的形状的厚度差的最小值(下垂)的绝对值可为0.5μm以下。
如此，本发明的硅晶片，在除距离镜面研磨面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，下垂的绝对值为0.5μm以下，至晶片的外缘部分可成为非常平坦的高品质镜面研磨硅晶片。
更进一步，在除距离上述镜面研磨面的晶片外缘部分1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度求出的、相对于基准面的晶片外缘部分的形状的上翘的绝对值可为0.07μm以下。
如本发明的硅晶片，不仅在除距离其蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，下垂的绝对值为0.5μm以下，而且上翘的绝对值也为0.07μm以下，直至晶片的外缘部分可成为更平坦的晶片。
更进一步，依本发明，可提供SOI晶片，其具有在上述镜面研磨的晶片的镜面研磨面侧、依序对绝缘膜及SOI层进行叠层的构造。
例如，使用本发明的镜面研磨硅晶片以贴合法制作的SOI晶片，则晶片彼此贴合时未结合的晶片外缘部分的未结合幅度为极小，所以可成为直至晶片的外缘部分都有SOI层的SOI硅晶片。
另外，依本发明，可提供一种硅晶片，至少一边的主表面为具有蚀刻面，其特征在于，上述硅晶片的面方向为(100)，在上述蚀刻面，具有四边沿结晶方向&110&而形成正方形状开口部的蚀刻凹陷，且上述蚀刻凹陷的尺寸的平均值可在6μm以下。
如此，本发明的硅晶片的蚀刻面具有大致为正方形的开口部的蚀刻凹陷，其蚀刻凹陷的尺寸平均在6μm以下，比现有技术小很多。所以，例如如果在对蚀刻凹陷尺寸小的蚀刻面进行干法蚀刻等时作为夹持面使用，则夹持不良可大幅的减少。且，此尺寸小的蚀刻凹陷，可通过研磨蚀刻面容易地除去，可成为高品质优的纳米形貌的硅晶片，可减少研磨相关的研磨范围，也可提高生产性。
另外，依本发明，可提供一种硅晶片，至少一边的主表面具有蚀刻面，导电型为p型，电阻率为0.01Ω·cm以下，其特征在于，上述面方向为(100)，在上述的蚀刻面，具有四边沿结晶方向&110&而形成的正方形状开口部的蚀刻凹陷，该蚀刻凹陷的尺寸的平均值在7μm以下。
如上所述，一般在p型、具有0.01Ω·cm以下低电阻率的硅晶片中，虽然使蚀刻凹陷的尺寸缩小有困难，但依本发明，即使是如上低电阻率的硅晶片，也可以是蚀刻凹陷的尺寸的平均值在7μm以下的极小的硅晶片，是现有的低电阻率晶片所不能得到的。因此，如上所述的蚀刻面的平坦性好的硅晶片，干法蚀刻时的夹持不良可大幅降低。另外，此蚀刻面经研磨可成为纳米形貌好的高品质的硅晶片。更且，此低电阻率的晶片通过外延生长来成长时，可成为具有吸气能力的外延生长晶片，可有效地用作高品质的外延生长用衬底。
此时，上述蚀刻面的晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移的偏差(波动)的平均值可在0.04μm以下。
如此的本发明的硅晶片，其波动的平均值在0.04μm以下，可成为平坦的硅晶片。
此时，上述蚀刻面的反面的主表面可作为镜面研磨面，再有可成为在此硅晶片的镜面研磨面侧具有依序对绝缘膜及SOI层进行叠层构造的SOI晶片。
如此，如果硅晶片的蚀刻面的反面的主表面为镜面研磨面，则可以通过贴合法或SIMOX法等，容易地形成在晶片的镜面研磨侧依序叠层绝缘膜及SOI层的构造，从而形成SOI晶片。另外，如上所述的SOI晶片，其蚀刻面的蚀刻凹陷的尺寸如上所述非常的小，蚀刻面作为夹持面使用时夹持不良可大幅降低而成为非常高品质的SOI晶片。
如以上所述，依本发明，可提供一种硅晶片制造方法，具有使用游离研磨粒的抛光工序、及使用蚀刻液的蚀刻工序，其中，作为上述游离研磨粒，上述研磨粒子的最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下，作为上述蚀刻液使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液。依此，例如可制作减低表面粗度，又具有良好平坦度的硅晶片。更进一步，下一工序的研磨工序的研磨时间可缩短、及减少研磨布或研磨剂的使用量，所以可提高生产性及降低成本。另外，本发明的硅晶片及SOI晶片是可制作器件的有效区域直至晶片外缘为止的高品质的晶片。
图1所示为本发明硅晶片的制造方法的流程图。
图2为显微镜观察蚀刻后硅晶片表面的观察图。
图3为本发明的硅晶片的制造方法所制作的硅晶片的鸟瞰图。
图4为用蚀刻工序是碱性蚀刻及酸性蚀刻组合而成的蚀刻方法进行的硅晶片制造方法所制作的硅晶片的鸟瞰图。
图5为所示进行抛光工序时所使用的一种抛光装置的一例的概略说明图。
图6为所示进行研磨工序时所使用的一种研磨装置的一例的概略说明图。
图7为所示现有硅晶片的制造方法的流程图。
图8为模式地表示硅晶片的形的剖面的模式图。
图9为说明硅晶片的厚度位移及晶片的上翘、下垂、及波动的关系的图表。
图10为所示实施例4及比较例7、8的晶片的上翘、下垂、及波动的关系测定结果的图表。
图11为所示实施例5～13及比较例9、10的硅晶片的蚀刻凹陷的尺寸测定结果的图表。
图12为所示实施例6及比较例9的晶片的纳米形貌的窗口尺寸0.5mm×0.5mm的区域的测定结果的图表。
图13为所示实施例6及比较例9的晶片的纳米形貌的窗口尺寸10mm×10mm区域的测定结果的图表。
图14为所示测定实施例14及比较例11的硅晶片下垂的尺寸的结果。
图15为所示测定实施例14及比较例11的硅晶片上翘的尺寸的结果。
图16为所示离子注入法制作SOI晶片时的流程图。
图17为所示测定实施例15及比较例12的SOI晶片的未结合区域的幅度的结果。
图18为说明测定晶片波动的方法的说明图。
具体实施例方式
以下说明有关本发明的实施形态，但本发明不限定于此。
本发明人等，制作碱性成分浓度为50重量％以上的碱性水溶液，以此作为硅晶片的蚀刻液进行碱性蚀刻，由此改善硅晶片的表面粗度，还在碱性蚀刻的前工序，使用研磨粒粒子最大径为21μm以下、平均粒径为8μm以下的研磨粒作为游离研磨粒进行抛光，由此发现防止表面粗度或平坦度的恶化的效果大，从而达成本发明。
即，在至少具有游离研磨粒的抛光工序、碱性蚀刻液的蚀刻工序的硅晶片的制造方法中，在上述抛光工序使用研磨粒子的最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下的研磨粒子作为游离研磨粒进行抛光，其后，上述蚀刻工序使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液作为碱性蚀刻液进行蚀刻，由此所得到晶片的表面粗度降低，晶片的平坦度也良好的硅晶片。
抛光工序有关的游离研磨粒使用比现有更细微的(编号较高)，由此加工变形小，可防止深凹陷的发生。
所以如果对此加工变形小的抛光晶片，用碱性蚀刻液中碱性成分的浓度高的蚀刻液蚀刻，则硅晶片的表面粗度可大幅降低。使用蚀刻液中碱性成分的浓度为50重量％以上的蚀刻液进行蚀刻时，蚀刻速度急速变慢，由此碱性蚀刻的选择性的影响变小。因此，可均匀地蚀刻，可谋求表面粗度的改善，并且蚀刻凹陷及深度也可变小。在本发明中，在蚀刻工序前进行的抛光工序，使用研磨粒子的最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下的游离研磨粒进行处理，故可均匀地蚀刻，改善表面粗度、显著改善发尘的问题或平坦度的恶化。
且如果蚀刻工序后的晶片的表面粗度小，则研磨工序的研磨范围可减少。依此，可制造更高平坦度的硅晶片，又可谋求生产性的提高。
以下，参考图1详细说明本发明的硅晶片的制造方法。
首先，与现有的硅晶片的制造方法同样，对由CZ法或FZ法等成长的硅晶片，在切割工序(A)使用圆刃切断机或线锯断，由倒棱工序(B)将晶片的外缘部分倒棱加工。其后，本发明的硅晶片的制造方法，在抛光工序(C’)使用研磨粒子的最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下的研磨粒子作为游离研磨粒进行抛光，其后，在上述蚀刻工序使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液作为碱性蚀刻液进行蚀刻。此蚀刻工序(D’)之后，一般进行对硅晶片表面的单面或双面进行镜面研磨的研磨(E)工序。
即，本发明的硅晶片的制造方法是特别改善抛光工序(C’)及蚀刻工序(D’)的方法，其前后相关的工序基本上与现有的工序同样。本发明并不限定于此，也可以使用一定粒度的研磨粒进行抛光。
此处说明本发明的抛光工序(C’)进行抛光的具体方法。图5所示为抛光装置的一例。本发明并不限定于此，也可以使用一定粒度的研磨粒进行抛光者。
首先，搬运器2与抛光装置1的恒星齿轮8及内齿轮9啮合，晶片3安于搬运器2的支撑器内。其后，此晶片3的两面以用定盘4及定盘5挟持的方式进行保持，由喷嘴6供给研磨粒7，同时由恒星齿轮8及内齿轮使搬运器2进行游星运动，同时通过上定盘4及下定盘5朝相反方向的回转，晶片2的两面可同时进行抛光加工。
此时，由喷嘴6供给的研磨粒使用粒子的最大径为21μm以下、平均粒径为8.5μm以下的研磨粒作为游离研磨粒。如此，通过在进行抛光时使用粒子最大径为21μm以下、平均粒径为8.5μm以下研磨粒作为游离研磨粒，可使加工变形缩小，可减低蚀刻后的表面粗度，同时可防止深凹陷的发生。
另外，此时使用氧化铝系微粉研磨材作为游离研磨粒较为理想，更以氧化铝系微粉研磨材使用氧化铝质研磨材及锆质研磨材混合而成的人造金刚砂为理想。如此，以氧化铝系微粉研磨材，特别是使用褐色氧化铝质磨粒及锆质研磨粒混合而成的人造金刚砂研磨材，可减少抛光时引起的晶片表面的损毁或损伤的发生。
现在日本国内，有关上述的人造金刚砂研磨材，一般使用#1200或更粗的#1000的FO研磨粒(日本富士美株式会社制)。因此，由于本发明的抛光工序使用的游离研磨粒系粒子的最大径为21μm以下、平均粒径为8.5μm以下的研磨粒，所以用FO研磨粒的粒度规格表示时，FO研磨粒#1500(最大径21μm、平均径8.5～7.3μm)、或具有更细粒度的FO研磨粒(例如FO研磨粒#2000(最大径17μm、平均径6.8～5.8μm)、FO研磨粒#4000(最大径11μm、平均径3.4～2.6μm)等)，使用这些FO研磨粒进行抛光是理想的。
但是，本发明的硅晶片的制造方法所使用的游离研磨粒，不受上述FO研磨粒的限制，例如根据日本工业规格(JIS)决定的粒度规格，粒度#2500(最大径22μm、平均径7.1～5.9μm)或更细的氧化铝系研磨粒者即可作为游离研磨粒使用。
另外，此时，游离研磨粒的粒度越细，则蚀刻后晶片的表面所存在的凹陷的大小及深度越小，所以较为理想。但是，另一方面，研磨粒的粒度过细时，抛光不能充分进行，又需要加工时间。因此，考虑到抛光的能力等，与用FO研磨粒的粒度规格来所示时FO研磨粒#4000程度的研磨粒、或用日本工业规格表示时粒度#6000程度的研磨粒比较，优选更粗的研磨粒。
依此方法，硅晶片两面抛光至20～100μm程度。如此进行抛光，则晶片的表面状态安定，加工变形少，在接下来进行的蚀刻工序中，不用选择蚀刻，所以表面状态适合作为在蚀刻工序使用的晶片。
其次，如下说明本发明的硅晶片的制造方法的蚀刻工序的具体方法。在本发明的蚀刻工序(图1的(D’))中，如上述用碱性成分的浓度为50重量％以上的高浓度碱性水溶液作为碱性蚀刻液使用，浸渍经抛光的硅晶片等进行蚀刻。
如上所述，通过提高碱性蚀刻液中的碱性成分浓度，通过浸渍晶片一定时间进行蚀刻，不使硅晶片的平坦度发生恶化地除去加工变形，同时表面粗度也不会恶化。这是由于蚀刻液中的碱性成分的浓度在50重量％以上，蚀刻时的蚀刻速度急速变缓之故，因此，可减少碱性蚀刻的选择性的影响。所以可均匀的蚀刻，晶片的表面粗度可改善，并且凹陷的尺寸也可变小。
但是，一般碱性水溶液中的碱性成分超过55.0重量％时，蚀刻槽中的碱性成分会析出。本发明重要的是，不使高浓度的碱性水溶液析出碱性成分，从而维持溶液状态。为此，碱性水溶液的液温为80℃以上，特别优选控制在80℃～300℃的区域，而且依此可在碱性水溶液不析出碱性成分维持高浓度的溶液状态下进行蚀刻。此时，碱性水溶液的浓度需要高温，考虑到操作的容易性等，碱性溶液的温度以90℃以下为理想。
另外，碱性水溶液中的碱性成分的浓度越是高至80重量％、90重量％的高浓度，发生蚀刻凹陷的尺寸就越小，较为理想。但是，例如即使碱性水溶液的液温控制在80～300℃的区域，当碱性水溶液的碱性成分的浓度过高时，碱性水溶液中的浓度差异变大，还可能产生碱性成分结晶化等问题。因此，碱性水溶液的碱性成分的浓度，优选容易管理浓度差异的70重量％。
现在，没有如以上所述的碱性成分的高浓度碱性水溶液销售。因此，使用市售的高纯度碱颗粒或低浓度的碱性水溶液，予先在蚀刻槽将水分蒸发浓缩成高浓度后再作为碱性蚀刻液使用。
另外，可用于本发明的蚀刻液的碱性成分，只要是能蚀刻硅的即可，并没有特别限定，但从蚀刻的能力这点考虑，优选氢氧化钠、氢氧化钾等的碱金属氢氧化物，特别优选氢氧化钠。另外，本发明可单独使用一种碱性成分，也可数种碱性成分混合使用。例如可混合氢氧化钠及氢氧化钾使用，也可单独使用氢氧化钠。
另外，依本发明的蚀刻方法蚀刻除去硅晶片的除去厚度(蚀刻范围)，只要是能除去在抛光工序以前的工序所受的加工变形的最小限度的厚度即可，并没有特别的限制，但考虑到需要出去的加工变形的侵入深度的偏差，则在两面15μm～40μm的区域。
此硅晶片除去的厚度，主要通过调整硅晶片浸渍在蚀刻液中的时间来控制。另外，反之，硅晶片的浸渍时间是通过上述蚀刻范围与蚀刻液浓度的关系进行设定，优选设定成使蚀刻范围在15μm～40μm的区域内的时间。通常大致为5分钟～60分钟。
再者，将硅晶片浸渍在蚀刻液时，将摇动晶片等、或对蚀刻液加超声波等现有使用的方法，任意组合到本发明中，以使蚀刻均匀。
根据如以上所述的本发明的硅晶片的制造方法，可提供大幅减小表面粗度尺寸、且具有良好平坦度的硅晶片。
以下，参考图面详细说明本发明的硅晶片。
本发明的硅晶片，其特征在于，两面有蚀刻面，在此蚀刻面除距离晶片外缘端1mm以内的区域以外的晶片外缘部分，其下垂的绝对值为0.2μm以下，且在蚀刻面的晶片外缘部分，上翘的绝对值为0.2μm以下。
此处有关硅晶片的上翘、下垂及波动，参考图面加以说明。图8所示为硅晶片的形状模式的部面模式图，图9为硅晶片W的一主表面(晶片表面)的厚度位移的模式图。
如图8所示，一般在晶片W的外缘端附近Wo，为防止晶片的破片，通过上述倒棱加工形成倒棱部分Wm。通常，在评价硅晶片的形状时，忽视此倒棱部分Wm进行评价，是非测定对象。在本发明中，将距离包含此倒棱部分的晶片外缘端1mm以内的区域作为非测定对象除外后进行评价。
为测定硅晶片的上翘及下垂，首先，例如使用静电容量式的平坦度测定器来测定晶片测定区域内全体的晶片厚度，由此算出晶片面的厚度位移。然后，从求得的晶片面的厚度位移中的、相关晶片中心侧的区域的晶片面的位移算出晶片的基准面。即，如图9所示由晶片外缘部分向内的大范围的区域、即晶片的中心侧区域内的厚度位移作成基准面S。另外，有关图9，Wc为晶片中心位置，We所示为测定对象区域的最外缘位置的晶片边沿部，X所示为晶片的中心侧区域与晶片外缘部分的分界线，在本发明中，X的位置为从晶片外缘端Wo(参考图8)30mm的位置。另外，通常的分界线X的位置，根据所使用的硅晶片是任意的，所以本发明不限定于此。
制作基准面后，如图9所示，将所求出的基准面S外插至晶片外缘部分，求出晶片外缘部分形状相对于基准面S的厚度差。然后，将这时的晶片外缘部分形状相对于基准面S的厚度差的最大值定义为上翘(A)，将最小值定义为下垂(B)。另外，相关晶片中心侧的区域的厚度偏差σ定义为波动(C)。
本发明的硅晶片，如以上所述除距离晶片的外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，其下垂的绝对值为0.2μm以下，且上翘的绝对值在0.2μm以下。因此，可以成为直至晶片的外缘部分维持高平坦度的、能制作器件的有效区域的高品质硅晶片。
另外，如上所述的本发明的硅晶片，成为蚀刻面的波动的平均值为0.04μm以下、晶片中心侧的区域为高平坦度的晶片。
且，硅晶片的面方向为(100)时，进行碱性蚀刻时，在其蚀刻面上形成蚀刻凹陷，该蚀刻凹陷形成四边沿结晶方向&110&的正方形状的开口部，但本发明的硅晶片，其蚀刻凹陷的平均值为7μm以下，甚至成为6μm以下。另外，虽然有对蚀刻面研磨后使用的情况，但也有例如研磨范围有0.5μm程度时，各蚀刻凹陷的尺寸本身与研磨前相等或若干转移至较小方向，在局部蚀刻凹陷消灭的情况。另一方面，在现有的硅晶片中，即使例如使用碱性蚀刻及酸性蚀刻组合而成的蚀刻方法而使蚀刻凹陷的尺寸较小时，其尺寸的平均值也为7μm左右。即，如果采用本发明，则蚀刻凹陷的尺寸与现有技术的为同样水准，或可能比现有的小。因此，本发明的硅晶片成为蚀刻面的平坦性极好的的晶片。故，例如将晶片的蚀刻面作为进行干法蚀刻等情况的蚀刻面使用时，由于现有的蚀刻凹陷的较大，所以在夹持晶片时容易产生夹持不良的问题，如果使用如本发明蚀刻凹陷的尺寸较小的蚀刻面作为夹持面，则夹持的不良可大幅的减少。
并且，如上所述，硅晶片为低电阻率时，一般蚀刻凹陷尺寸不容易变小。但是，依本发明，硅晶片为p型、电阻率为0.01Ω·cm的低电阻率硅晶片，形成蚀刻面的蚀刻凹陷的尺寸的平均值为8μm以下，且可为7μm以下。因此，当然可得到降低上述夹持不良的效果，此低电阻率的硅晶片，以外延生长成长时，可成为具有除气能力的外延生长晶片，所以本发明的硅晶片可有益于作为外延生长用高品质的衬底使用。
另外，依本发明，可提供对上述二面具有蚀刻面的硅晶片至少有一方的蚀刻面经进行过镜面研磨的硅晶片。如上述，蚀刻凹陷的尺寸小、至晶片的外缘部止两面具有平坦的蚀刻面的硅晶片，其至少有一面通过镜面研磨制造的硅晶片，则能成为平坦度及表面粗度好，进一步纳米形貌的水平极高的镜面研磨硅晶片。
另外，这里所谓的纳米形貌(又称纳米布局)是指波长为0.1mm～20mm左右，振幅为数nm至100nm左右的凹凸，其评价法是，在一边为0.1mm至10mm左右的正方形、或直径为0.1mm至10mm左右的圆形的块范围(此范围称为窗口尺寸WINDOWSIZE)的区域，评价其仅在晶片表面的凹凸的高低差(P-V值；峰至谷)。此P-V值称为纳米形貌高度。纳米形貌评价以晶片面内存在的凹凸的最大值小的为理想。通常，用10mm的正方形测定多个块范围后用P-V值的最大值来评价，此最大值以60nm以下的为良好，其值越小的可评价为品质越好的晶片。
另外，如本发明的镜面研磨硅晶片，在除距离其蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，下垂的绝对值可以为0.5μm以下，进一步上翘的绝对值也可以为0.07μm以下。因此至晶片的外缘部分止可成为平坦度非常高的镜面研磨硅晶片。
所以，使用如本发明的镜面研磨硅晶片，对硅晶片进行处理，以便形成在其镜面研磨面侧依序叠层了绝缘膜和SOI晶片的构造，成为至晶片外缘端为止可制作器件的高品质SOI晶片。
此时，对在晶片的镜面研磨侧形成SOI构造的方法并无特别的限制，例如可使用现有的贴合法或SIMOX法等制作SOI晶片。例如，使用本发明的晶片，以贴合法的一种、即离子注入剥离法(称为SMART CUT(注册商标)法，参考日本专利第3048201号公报)制作SOI晶片，在贴合晶片时，未结合的晶片外缘部分的未结合幅度极小，至晶片的外缘端附近均具有SOI晶片的SOI硅晶片。
另外，也可以在本发明的镜面研磨硅晶片上使用SIMOX法制作SOI晶片。SIMOX(Seperation by implanted oxygen)法为由镜面研磨晶片的镜面侧注入氧离子形成氧离子注入层，由高温热处理将氧离子注入层变化为硅氧化膜(埋入氧化膜)的方法。使用此SIMOX方法所制作的SOI晶片的特征是，其SOI层表面基本维持与氧离子注入前的镜面研磨晶片的镜面研磨面的平坦性。因此，使用本发明的镜面研磨晶片、用SIMOX方法制作的SOI晶片，不仅SOI层表面是的晶片中心侧的区域，而且至外缘端附近也具有高的平坦度，所以成为可能制作器件的有效区域广的SOI晶片。
另外，本发明，可提供一种硅晶片，至少一方的主表面具有蚀刻面，其特征在于，该硅晶片的面方向为(100)，在蚀刻面上具有蚀刻凹陷，该蚀刻凹陷形成四边沿结晶方向&110&的正方形状开口部，此蚀刻凹陷的尺寸的平均值可在6μm以下。
另外，依本发明，可提供一种硅晶片，至少一方的主表面具有蚀刻面，导电型为p型，电阻率为0.01Ω·cm以下，其特征在于，该硅晶片的面方向为(100)，在蚀刻面上具有形成四边沿结晶方向&110&的正方形状形成开口部的蚀刻凹陷，该蚀刻凹陷的尺寸的平均值在7μm以下。
如此，本发明的硅晶片，其在蚀刻面上形成的蚀刻凹陷的尺寸可以是现有技术不能得到的极小的尺寸。因此，如果使用此蚀刻凹陷小的蚀刻面作为进行干法蚀刻时的夹持面，则现有视为问题的夹持不良可大幅的减低。且，通过研磨该蚀刻面可容易地除去蚀刻凹陷，所以可成为纳米形貌好的高品质的硅晶片，研磨有关的研磨范围可降低，生产性可提高。
另外，本发明的硅晶片，即使电阻率低于0.01Ω·cm蚀刻凹陷的尺寸的平均值在7μm以下，很小，所以可有效地作为高品质的外延生长用衬底使用。
另外，本发明的硅晶片，蚀刻面所示的波动的平均值为0.04μm以下，晶片中心侧区域也是平坦度非常高的晶片。
所以，如此的本发明的硅晶片，可以是蚀刻面的反侧的主表面可为镜面研磨面的硅晶片，在此硅晶片的镜面研磨面侧，由贴合法或SIMOX法形成依序叠层了绝缘膜及SOI层的SOI结构，容易成为SOI晶片。如果是这样的SOI晶片，则由于蚀刻面的蚀刻凹陷的尺寸如上述非常小，所以夹持不良可大幅的减低，成为高品质的SOI晶片。
实施例以下，由实施例及比较例具体说明本发明，但本发明不限定于此。
(实施例1～3及比较例1～5)首先，由CZ法制作直径200mm(8英寸)、电阻率约为8～10Ω·cm的p型单结晶锭。准备硅晶片，该硅晶片按照图1所示流程，以线锯切断所得的晶锭，对周边部分进行过倒棱加工。
然后，以抛光工序对上述准备的硅晶片施以抛光。
此抛光使用如图5所示抛光装置。另外，使用日本富士美株式会社制的研磨材FO、即研磨粒#1500及FO研磨粒#1200这两种FO研磨粒作为游离研磨粒，由喷嘴以1.5L/min供给并进行抛光。抛光处理范围在硅晶片两面大致为70μm。依此施以加工，得到二种研磨晶片。
然后，使用日本关东化学制的一级氢氧化钠颗粒试验药剂，调制成浓度50.0、55.0及58.6重量％的三种水准的氢氧化钠水溶液作为碱性蚀刻液。将此等浓度相异的氢氧化钠水溶液各自注满蚀刻槽，加热升温至80℃。升温后，在保持80℃的蚀刻槽中，浸渍上述实施过抛光的二种抛光晶片进行蚀刻，制作制造条件相异的六种晶片。此时的各种晶片的蚀刻范围为晶片两面计20μm。另外，为了比较，使用FO研磨粒#1200及#1500作为游离粒进行抛光，其后，以碱浓度48.0重量％的碱性水溶液进行蚀刻制作晶片。
有关各制作的晶片，使用触针式表面粗度测定装置、即SURFCOM(商品名，日本东京精密公司制)测定晶片的表面粗度。表1所示为各晶片的制作条件及表面粗度的结果。
由此结果可知，由使用碱浓度为50重量％以上的碱性水溶液进行蚀刻，所得的硅晶片的表面粗度为0.26μm以下。且以不同粒度的游离研磨粒比较表面粗度的差异时，使用FO研磨粒#1500进行抛光的，蚀刻后的表面粗度可控制在0.20μm以下。这是不小于组合碱性蚀刻及酸性蚀刻进行蚀刻时的表面粗度的同一水准的值。
其次，观察蚀刻后的实施例1～3及比较例1～3的各硅晶片表面上的蚀刻凹陷的尺寸。其结果如图2的(a)～(f)所示。此为以光学显微镜观察晶片表面的状态的观察图，在任一晶片上都观察到四角形凹陷，该凹陷的四边均沿&110&大致为正方形的开口部。此沟凹陷一般浅且小，容易在研光工序除去，故较理想。比较实施例及比较例的各晶片时，可知实施例的凹陷浅，另外，碱浓度较浓凹陷的尺寸就越小。
其次，对用FO研磨粒#1500进行抛光、用碱浓度为55.0重量％的碱性水溶液进行蚀刻的硅晶片(实施例2)，实施研磨加工。
使用于光工序的装置和研磨条件无特别的限制，例如可使用图6所示研磨装置10进行。首先，使加工面朝向下方将晶片13保持在具有旋转轴的研磨头11上，将晶片按压在贴有研磨布12的定盘14(研磨定盘)上。其次，对研磨布供给研磨剂，同时旋转晶片13及定盘14使晶片在定盘上移动，由此来研磨晶片。
研磨一般分为多段进行。研磨范围及晶片外缘下垂等的平坦度面大概在最初研磨时就基本决定(一次研磨)。通常，为改善极微小的凹凸(表面粗度的尺寸)，更换研磨布的硬度或供给的研磨剂，反复进行研磨(所谓二次研磨，精加工研磨)。
如果蚀刻工序后的硅晶片的表面粗度小，则一次研磨范围即可变少，由此可防止晶片外缘部分下垂，可制造平坦度高的晶片。
在本次的研磨工序中，作为一次研磨所使用的研磨粒，将含胶质氧化硅的碱溶液(pH＝10.5左右)作为研磨剂使用。
实施例2的硅晶片经研磨的结果，约10μm的研磨范围即得到镜面晶片。此研磨范围值比现有的硅晶片的制造方法的研工序的研磨范围(12μm)少，可知依本发明可减少研磨范围。其次，通过测试多片所得到的镜面的晶片的GBIR(Global Back Ideal Range)值，求其平均的GBIR值来评价晶片的平坦度。
GBIR，一般晶片内具一基准面，对此基准面定义最大、最小的位置移位的幅度，相当于现有的惯例的样式、即TTV(全厚度偏差)的值。此次的平坦度的测定，使用ADE公司制的静电容量型平面测定器，ULTRA-GAUGE9900，以晶片周边2mm除外的条件进行测定。
其结果，所得的镜面晶片的平均GBIR值为0.7μm左右，为平坦度极高的晶片。另外，依本发明所得到的硅晶片的鸟瞰图如图3所示。
(比较例6)准备上述实施了至倒棱工序为止的工序的硅晶片，对该晶片用FO研磨粒#1500进行抛光，以蚀刻后的表面粗度非常良好的碱性蚀刻及酸性蚀刻组合的蚀刻方法进行蚀刻后，对晶片进行与实施例2进行的研磨工序相同的工序，测定所得晶片的平坦度。此时，蚀刻以48重量％的氢氧化钠水溶液进行碱性蚀刻20μm及氟酸、硝酸、醋酸的混酸进行酸性蚀刻10μm。其结果，晶片的研磨后的平坦度的平均GBIR值为1.4μm左右。所得的硅晶片的鸟瞰图如图4所示。
依如上所述本发明，使用研磨粒的粒大径为21μm以下、平均粒径为8.5μm的研磨粒进行抛光，且使用碱性成分的浓度50重量％以上的浓度的碱性水溶液进行蚀刻，与现有实行的表面粗度小的碱性蚀刻及酸性蚀刻的组合蚀刻比较时，可得到同等以上的表面粗度及极高平坦度。即，依本发明，无需进行多次蚀刻工序，用简便的方法，就可制作减低表面粗度、具有良好的平坦度的硅晶片。
(实施例4及比较例7、8)依CZ法制作直径20mm、p型、电阻率约10Ω·cm的硅单结晶后，用与上述实施例2相同的加工条件(游离研磨粒为FO#1500，NaOH浓度为55.0重量％)制作硅晶片(实施例4)。其后，测定该硅晶片相关的表示表面形状特性的上翘、下垂、波动的三个参数.其测定的结果如图10所示。此处具体的说明晶片的上翘、下垂、波动的测定方法。
首先，为了测定晶片的上翘及下垂，对作为测定对象的直径200mm的硅晶片，使用静电容量型平面测定器(ADE公司制的ULTRAGAUGE 9900)，依0.95mm的间隔测定作为晶片评价面(含倒棱部分距离晶片外缘端1mm以内的区域除外)的晶片厚度，所测定的晶片厚度依顺序记录。根据所记录的晶片厚度，读取如图9所示由晶片中心位置Wc至晶片边沿部分We为止(晶片中心侧区域及晶片外缘部分)的厚度位移，使用所读取的厚度位移中、由晶片中心位置Wc至分界线X为止(晶片中心位置至半径70mm的位置)的厚度位移，用最小二乘法算出基准面。接着，分析晶片的外缘部分以基准面(假想的厚度)对晶片的外缘部分形状的厚度差，算出最大值及最小值的绝对值。由硅晶片的中心以放射状算出400条此最大值及最小值的绝对值，测定所得的最大值的平均值为上翘，最小值的平均值为下垂。
另一方面，为了测定晶片的波动，使用日本(株)小坂研究所制万能表面形状测定器(SE-3F型)，以触针描读硅晶片表面的中心侧区域(晶片中心位置至半径70mm的位置)，仅测定除去细小表面粗度成分的形状成分。此时，如图18所示，设置原点，以便使作为测定开始地点的晶片中心位置的厚度位移、与测定结束地点的半径70mm的位置的厚度位移一致为同样高度，以2mm的间隔测定由原点开始的厚度的位移量的绝对值Y1至Y34，算出其平均值Y作为波动的平均值。
作为比较例7，以与实施例4相同的条件制作硅单结晶锭后，使用FO#1200的游离研磨粒进行抛光，其后的蚀刻，首先使用50.0重量％的氢氧化钠水溶液在两面4μm的处理范围进行抛光，接着以50.0重量％氟酸70重量％硝酸99重量％醋酸＝1∶2∶1(容量比)所成的混酸，在两面20μm的处理范围进行抛光。在其它的加工条件与实施例4相同条件下，制作硅晶片。其后，有关该硅晶片，用如上述所示方法测定其表示表面形状特性的晶片上翘、下垂、波动的三个参数。其测定结果如图10所示。
作为比较例8，以与实施例4相同的条件制作硅单结晶锭后，使用FO#1200的游离研磨粒进行抛光，其后的蚀刻，首先使用50.0重量％的氢氧化钠水溶液在两面20μm的处理范围进行抛光，接着以50.0重量％氟酸70重量％硝酸99重量％醋酸＝1∶2∶1(容量比)所成的混酸，在两面10μm的处理范围进行抛光。在其它的加工条件与实施例4相同条件下，制作硅晶片。其后，该硅晶片如上述所示方法测定其表示表面形状特性的晶片上翘、下垂、波动的三个参数。其测定结果如图10所示。
如图10所示，本发明的硅晶片(实施例4)，在除距离晶片外缘端1mm以内区域除外的晶片外缘部分，上翘及下垂的绝对值(左纵轴)均为0.2μm以下，可知至晶片外缘端为止为极平坦的硅晶片。另外，波动的平均值(右纵轴)所示为0.025μm，可确认晶片中心侧的区域也具有好的平坦性。
与此相对，已经知道在比较例7及8的硅晶片中，晶片的下垂的绝对值各自为0.89μm、0.44μm及0.2μm，表示大超出值，在晶片外缘部分平坦度下降。另外，比较例7及8所示的波动的平均值均超过0.04μm的值，与本发明的硅晶片比较，晶片中心侧区域的平坦性也低。另外，三种的晶片面的蚀刻面仅稍微研磨0.5μm以下的研磨范围后，再度测定上翘、下垂、波动时，结果基本与图10相同等。
(实施例5～13及比较例9、10)以CZ法制作直径200mm、结晶方向&100&、电阻率各自为约10Ω·cm、0.012Ω·cm、、0.007Ω·cm的3支的p型硅单结晶锭。然后从具各自的电阻率的硅单结晶，在与实施例1～3同一加工条件下制作硅晶片，得到9种类的晶片(实施例5～13)。
其后，各硅晶片的蚀刻面即(100)面上形成的、形成四边沿结晶方向&110&的正方形状开口部的蚀刻凹陷的尺寸，并求其平均值。此时，蚀刻凹陷的尺寸的测定如下进行，保持硅晶片的切口于面前，对晶片中心附近的&110&方向所引的直线上的蚀刻凹陷线方向的长度，用光学显微镜(倍率1000倍)进行观察。硅晶片的蚀刻凹陷的尺寸的结果如下述的表2及图11所示。
另外，比较例9用与上述比较例8同样的条件制作硅晶片，按照上述测定方法，测定在其蚀刻面上所形成的蚀刻凹陷的尺寸。且，作为比较例10，除电阻率为0.007Ω·cm以外，用与比较例9相的同样的条件制作硅晶片后，测定其蚀刻面上所形成的蚀刻凹陷尺寸。此比较例9及10的测定结果也以表2及图11合并显示。
如图11所示，本发明的硅晶片，与现有组合碱性蚀刻及酸性蚀刻来蚀刻具有同样电阻率的晶片(比较例9，10)比较，蚀刻凹陷的尺寸水准相同，还可以比其更小。
另外，实施例5～7及实施例8～10相互比较时，可确认蚀刻的碱浓度越高，则其蚀刻凹陷的尺寸越小。利用更高的碱浓度，蚀刻的尺寸的平均值可在7μm以下，进一步能如实施例6、7、9、10所示可在6μm以下。此平均值在6μm以下的蚀刻尺寸为现有技术所不能得到的极小值。
另外，随着硅晶片的电阻率下降，蚀刻凹陷尺寸会有变大的倾向，根据本发明实施例11～13的电阻率低至0.01Ω·cm以下的低电阻率晶片，由碱浓度的提高蚀刻凹陷也可变小。例如实施例12及13所示，依本发明蚀刻凹陷的尺寸的平均值可在7μm以下。此7μm以下的蚀刻凹陷的尺寸，为现有的具有0.01Ω·cm以下的低电阻率的硅晶片不能得到的极小值者。
其次，对有关实施例6及比较例9的硅晶片，进行纳米形貌的评价。首先，对硅晶片各自的一方的蚀刻面，使用如图6所示的研磨装置进行镜面研磨。其后，对各自的晶片的镜面研磨面的纳米形貌，使用ADE公司的CR-83SQM，以窗口尺寸0.5mm×0.5mm及10mm×10mm二种区域进行测定。此次进行的纳米形貌的测定，1测定单元(1像素)为0.2mm×0.2mm、窗口尺寸为0.5mm×0.5mm时，纵横各自为3像素计测定9像素，其9像素中的最大值-最小值(P-V值)作为中心像素的值。然后，以分别移动每1个像素反复同样的计算。对晶片全面实施后，收集各中心像素值，将纵轴的P-V值以上的区域的比例绘制作成图表，进行纳米形貌评价。
另外，窗口尺寸为10mm×10mm时，1窗口尺寸内的像素数为50×50计2500像素，中心像素值为2500像素中的最大值-最小值(P-V值)所成以外，与上述的窗口尺寸为0.5mm×0.5mm的情况同样进行测定。对实施例6及比较例9的晶片的纳米形貌进行测定的结果，如图12表示有关窗口尺寸0.5mm×0.5mm的情况，图13表示有关窗口尺寸10mm×10mm的情况。
如图12及图13所示，可知实施例6的硅晶片任一窗口尺寸P-V值测定结果均比比较例9小，可得到优纳米形貌。
(实施例14及比较例11)实施例14与上述实施例6同样准备复数片硅晶片，即，首先，用CZ法制作直径200mm、结晶方向&100&、电阻率为约10Ω·cm的p型硅单结晶锭。对所得的晶锭进行切割工序及倒棱工序后，依序用FO研磨粒#1500进行抛光(抛光区域70μm)，用碱浓度55.0重量％的碱性水溶液进行蚀刻(蚀刻范围20μm)来制作硅晶片。
另一方面，比较例11与上述比较例8同样准备复数片硅晶片。即，使用FO#1200的游离研磨粒进行抛光，蚀刻则先使用50.0重量％的氢氧化钠水溶液进行两面20μm的抛光，续以50.0重量％氟酸70重量％硝酸99重量％醋酸＝1∶2∶1(容量比)所成的混酸，进行两面10μm的抛光。此外的条件与实施例14相同条件进行。
接着，对所得的实施例14及比较例11的硅晶片分别依相同的条件进行镜面研磨后，分别任意抽取6片，测定晶片的镜面研磨面的上翘及下垂。上翘及下垂的测定，依上述所示的测定方法，在晶片外缘端自mm以内的区域除外的晶片外缘部分进行。图14所示为下垂的尺寸测定结果，图15所示为上翘的尺寸测定结果。
由图14可知，本发明的镜面研磨硅晶片，任一下垂的绝对值为0.5μm以下，而比较例11的晶片的任一下垂的绝对值超过0.5μm。另外，有关上翘，本发明的硅晶片的任一上翘的绝对值为0.07μm以下，与现有的晶片同等水准或更小的值。因此，可知本发明的镜面研磨硅晶片与现有的晶片比较，晶片外缘部分的平坦性可提高。
另外在此时，对实施例14的硅晶片，测定镜面研磨面反侧的主表面的蚀刻面的蚀刻凹陷的尺寸的平均值。其结果，蚀刻凹陷的尺寸的平均值的任一值与实施例6同为5.8μm左右。另外，波动的平均值也为0.04μm以下。
(实施例15及比较例12)使用与实施例14同样条件所制作的镜面研磨硅晶片，依离子注入法贴合制作SOI晶片(实施例15)，测定该SOI晶片外缘部分未结合区域的宽度U。以下，参考图16说明SOI晶片的制作方法。
首先，准备64片本发明的镜面研磨硅晶片，其中的32片作为基层晶片21，剩下的32片作为贴合晶片22。此处的贴合晶片22，在氧化性环境经热处理形成约150nm的氧化膜23，其后，通过在镜面研磨面侧所形成的氧化膜，将氢离子用加速电压56KeV、掺杂量5.5×1016/cm2条件注入离子，形成氢高浓度层(离子注入层)24。
然后，基层晶片21的镜磨面和形成了氢高浓度层24的贴合晶片的镜面研磨面，经由氧化膜23在室温下密合，然后，进行500℃、30分钟的热处理(剥离热处理)来剥离氢高浓度层，得到SOI晶片26(实施例15)及残留晶片25。
对如此制作的32片贴合SOI晶片26，测定晶片外缘部分未曾结合区域的径方向的宽度U。其测定结果用如图17所示的直方图表示，横轴为各样本的未结合区域的宽度U，纵轴为频度(样品片数)。
另外，为了比较，使用与比较例11相同的条件制作的镜面研磨硅晶片，通过离子注入法贴合制作SOI晶片(比较例12)，测定该SOI晶片外缘部分未结合区域的宽度U。其测定结果也并记于图17。
由图17可明白，实施例15的贴合SOI晶片，与比较例12的SOI晶片比较，未结合区域的宽度U非常地减低，成为至晶片端附近具有SOI层的高品质的SOI晶片。
另外，本发明不限定于上述实施形态。上述实施形态是示例而已，具有实质上与本发明的权利要求范围记载的技术的思想同样的构成、显现同样的作用效果的，当然也包含在本发明的技术范围。
例如，在本发明的实施例、比较例中，蚀刻液的液温以80℃实施，若考虑溶液的安定性等(不产生碱性成分的析出)，则优选高于80℃以上。例如设为85℃或90℃。另外，如果蚀刻液的浓度较高，则更需提高液温来处理。如此，可容易制得与上述实施例同样或更佳，减低表面粗度具有良好平坦度的晶片。
另外，在上述实施例中，以离子注入法为例说明SOI晶片的制作方法，本发明并不限定于这些，例如当然可以使用将本发明的硅晶片经贴合后，对贴合晶片使用磨削或蚀刻等使其更薄膜化的贴合方法来制作SOI晶片，另外当然也可以由SIMOX法制作SOI晶片。
1.一种硅晶片的制造方法，至少具有用游离研磨粒的抛光工序、用碱性蚀刻液的蚀刻工序，其特征为，在该抛光工序中，使用最大径为21μm以下、平均粒径在8.5μm以下的研磨粒子作为游离研磨粒进行抛光，其后，在蚀刻工序中，使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液作为碱性蚀刻液进行蚀刻。
2.如权利要求1所述的硅晶片的制造方法，其中，上述碱性水溶液的碱性成分为氢氧化钠。
3.如权利要求1或2所述的硅晶片的制造方法，其中，将上述碱性水溶液的液温，控制在80℃～300℃的区域内进行蚀刻。
4.如权利要求1至3项中任一项所述的硅晶片的制造方法，其中，使用氧化铝系微粉研磨材作为上述游离研磨粒。
5.如权利要求4所述的硅晶片的制造方法，其中，上述氧化铝系微粉研磨材是氧化铝质研磨粒及锆质研磨粒混合而成的人造金刚砂研磨材。
6.如权利要求1至5中任一项所述的硅晶片的制造方法，其中，上述碱性水溶液的碱性成分的浓度为70重量％以下。
7.一种硅晶片，其特征为，通过权利要求1至6项中任一项所述的方法制造。
8.一种硅晶片，在两面有蚀刻面，其特征为，在除距离上述蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移求出的、相对于基准面的晶片外缘部分形状的厚度的差的最小值(下垂)的绝对值为0.2μm以下。
9.如权利要求8所述的硅晶片，其中，在除距离上述蚀刻面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移求出的、相对于基准面的晶片外缘部分形状的厚度的差的最大值(上翘)的绝对值为0.2μm以下。
10.如权利要求8或9所述的硅晶片，其中，上述硅晶片的面方向为(100)，在上述该硅晶片的蚀刻面上，具有形成四边沿结晶方向&110&的正方形状开口部的蚀刻凹陷。
11.如权利要求10所述的硅晶片，其中，上述蚀刻凹陷的尺寸的平均值为6μm以下者。
12.如权利要求8或9所述的硅晶片，其中，上述硅晶片的导电型为p型、电阻率为0.01Ω·cm以下、面方向为(100)，在该硅晶片的蚀刻面上，具有形成四边沿结晶方向&110&的正方形状开口部的蚀刻凹陷。
13.如权利要求12所述的硅晶片，其中，上述蚀刻凹陷的尺寸的平均值为7μm以下。
14.如权利要求8至13中任一项所述的硅晶片，其中，上述蚀刻面的晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移偏差(波动)的平均值为0.04μm以下。
15.一种硅晶片，其特征为，如权利要求第8项至第14项中任一项的硅晶片的至少一面的蚀刻面为镜面研磨者。
16.如权利要求15所述的硅晶片，其中，在除距离上述硅晶片的镜面研磨面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移求出的、相对于基准面的晶片外缘部分形状的厚度的差的最小值(下垂)的绝对值为0.5μm以下。
17.如权利要求15或16所述的硅晶片，其中，在除距离上述硅晶片的镜面研磨面的晶片外缘端1mm以内的区域之外的晶片外缘部分，由晶片中心侧的区域的晶片面的厚度位移求出的、相对于基准面的晶片外缘部分形状的厚度的差的最大值(上翘)的绝对值为0.07μm以下。
18.一种SOI晶片，其特征为，在如权利要求15至17中任一项所述的硅晶片的镜面研磨面侧，具有绝缘膜及SOI层依序叠层的构造。
19.一种硅晶片，至少有一面主表面具有蚀刻面，其特征为，上述硅晶片的面方向为(100)，在上述蚀刻面上，具有形成四边沿结晶方向&110&的正方形状开口部的蚀刻凹陷，该蚀刻凹陷的尺寸的平均值为6μm以下。
20.一种硅晶片，至少有一面主表面具有蚀刻面，导电型为p型、电阻率为0.01Ω·cm以下，其特征为，上述硅晶片的面方向为(100)，在上述蚀刻面上，具有形成四边沿结晶方向&110&的正方形状开口部的蚀刻凹陷，该蚀刻凹陷的尺寸的平均值为7μm以下。
21.如权利要求19或20所述的硅晶片，其中，上述蚀刻面的晶片中心侧的区域的厚度位移的偏差(波动)的平均值为0.04μm以下。
22.如权利要求19至21中任一项所述的硅晶片，其中，上述蚀刻面的反面侧的主表面是镜面研磨面。
23.一种SOI晶片，其特征为，在如权利要求22所述的硅晶片的镜面研磨侧，具有绝缘膜及SOI层依序叠层的构造。
本发明涉及硅晶片的制造方法及使用该制造方法制造的晶片。本发明的硅晶片的制造方法至少具有游离研磨粒的抛光工序、碱性蚀刻液的蚀刻工序，其特征为，在上述抛光工序使用研磨粒子的最大径为21μm以下、平均粒径8.5μm以下的研磨粒子作为游离研磨粒进行抛光，其后，在上述蚀刻工序使用碱性成分的浓度在50重量％以上的水溶液作为碱性蚀刻液进行蚀刻。根据本发明，可提供能防止晶片的表面粗度及晶片全面的平坦度的恶化的硅晶片制造方法及使用该制造方法制作的硅晶片。
文档编号H01L21/02GK804192
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者饭塚?人, 二本松孝, 吉田正彦, 宫崎诚一, 一, 孝, 彦, 饭
人 申请人:信越半导体株式会社