CN117296133A - 硅晶圆的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是利用线锯或带锯切断硅锭来制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆的硅晶圆的制造方法，具有：第一切断工序，进行制作所述主表面A的切断；以及第二切断工序，进行制作所述主表面B的切断，通过使所述第一切断工序中的条件与所述第二切断工序中的条件为不同的条件，从而使对所述主表面A的损伤与对所述主表面B的损伤不同。由此，提供能够得到具有翘曲的硅晶圆的新型的硅晶圆的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及硅晶圆的制造方法。
背景技术
近年来，期望半导体晶圆直径的大型化，伴随着该直径大型化，在铸锭的切断中使用线锯。线锯装置例如为如下装置，其使金属线(高拉力钢线)高速移动，一边在此处喷洒浆料，一边使铸锭(工件)抵靠而进行切断，从而同时切出多个晶圆(参照专利文献1)。另外，作为从铸锭逐片切出晶圆的装置，例如有带锯。
另外，在将硅晶圆作为外延生长用基板，并使外延层在该外延生长用基板上生长的情况下，有时由于晶格失配而发生翘曲。作为其对策，存在通过外延生长用基板的磨削或研磨加工，制造具有与外延层所引起的翘曲方向相反的翘曲的硅晶圆的方法等(专利文献2)。在该情况下，能够在外延生长后使外延晶圆平坦。
另外，即使在外延晶圆以外，在SOI晶圆等贴合基板中，由于热膨胀系数的差而在氧化膜与硅侧之间产生应力，若仅去除单侧的氧化膜则会有产生翘曲的问题。这样，作为外延生长用基板或SOI晶圆等贴合基板用的硅基板，寻求预先具有翘曲的硅晶圆。
在专利文献3中，记载了如下方法：在利用线锯进行的工件的切断中，通过在切断时改变供给的浆料的温度，来控制滚筒的工件轴方位的位移，从而工件在整体上翘曲成相同的形状而进行切断。
在专利文献4中，记载了如下方法：在用线锯切断工件时，使用波状金属线，通过控制工件的进给速度，从而制作向一个方向翘曲的工件形状。
在专利文献5中，记载了如下基板以及其制造方法，在基板上具有：具有凸状的SORI的一个面和具有凹状的SORI的另一个面，在厚度偏差为3μm以下的基板上，即使进行成膜或高温热处理也没有变形或变形较小。
在专利文献6中，记载了如下基板以及其制造方法，该基板为一面是基于线锯的切断面而另一面是平面磨削面，且平磨面具有凹状的5～15μm的翘曲的压电性基板，为在利用有机粘接层贴合于支撑基板时没有变形的平整的基板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平9-262826号公报
专利文献2：日本特开2008-140856号公报
专利文献3：日本特开2008-78474号公报
专利文献4：日本特开2015-156433号公报
专利文献5：日本特开2018-207097号公报
专利文献6：日本特开2021-34629号公报
发明内容
(一)要解决的技术问题
如上所述，在外延生长的生长用基板等用途中，寻求能够得到具有翘曲的硅晶圆的硅晶圆的制造方法。
本发明的目的在于提供能够得到具有翘曲的硅晶圆的新型的硅晶圆的制造方法。
(二)技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种硅晶圆的制造方法，利用线锯或带锯切断硅锭来制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆，具有：第一切断工序，进行制作所述主表面A的切断；以及第二切断工序，进行制作所述主表面B的切断；通过使所述第一切断工序中的条件与所述第二切断工序中的条件为不同的条件，从而使对所述主表面A的损伤与对所述主表面B的损伤不同。
通过这样的硅晶圆的制造方法，能够赋予主表面A与主表面B不同程度的损伤，其结果为，能够赋予硅晶圆翘曲。
此时，能够在所述第一切断工序与所述第二切断工序中，分别使用粒度号数不同的磨粒进行切断。
另外，能够在所述第一切断工序与所述第二切断工序中，使任一方使用固定磨粒进行切断，使另一方使用游离磨粒进行切断。
为了对主表面A与主表面B赋予不同程度的损伤，能够采用这些方法。
另外，在本发明的硅晶圆的制造方法中，能够利用所述线锯进行所述硅锭的切断，分别各进行一次所述第一切断工序与所述第二切断工序。
通过这样的方法进行各个切断工序，从而能够用简便的方法在各切断工序中变更切断条件。
另外，在本发明的硅晶圆的制造方法中，能够利用所述带锯进行所述硅锭的切断，交替地进行所述第一切断工序与所述第二切断工序。
通过这样的方法进行各个切断工序，从而能够从硅锭逐片制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆，其中，主表面A与主表面B被赋予了不同程度的损伤。
另外，在本发明的硅晶圆的制造方法中，能够使所述制造的硅晶圆中的Bow的绝对值为10μm以上。
在本发明的硅晶圆的制造方法中，能够使翘曲的指标参数即Bow的值为这样较大的值。
另外，在本发明的硅晶圆的制造方法中，能够使所述制造的硅晶圆中的各个所述主表面A和所述主表面B在用光源波长为532nm的拉曼光谱法测量时的拉曼光谱中的硅的一次峰值位置之差为0.1cm-1以上。
这样，通过拉曼光谱法测量硅晶圆的各个主表面，从而能够简便地评价损伤的程度。另外，由于硅晶圆的各个主表面中具有上述峰值差，因此能够产生大的翘曲。
(三)有益效果
通过本发明的硅晶圆的制造方法，能够赋予主表面A与主表面B不同程度的损伤，其结果是，能够赋予硅晶圆翘曲。另外，在本发明的硅晶圆的制造方法中，能够使硅晶圆产生大的翘曲。这样制造出的硅晶圆例如在外延晶圆的制造中，通过以抵消因外延生长而产生的翘曲的方式使用，能够减少外延晶圆中的翘曲。因为能够使通过本发明的硅晶圆的制造方法制造出的硅晶圆的翘曲例如Bow的绝对值为10μm以上的较大的值，即使在进行异质外延生长那样的伴随着大的翘曲的操作的情况下，也能够以抵消翘曲的方式使用本发明的制造方法所制造出的硅晶圆。
附图说明
图1是表示本发明的硅晶圆的制造方法的一例的流程图。
图2是示意性地表示本发明的硅晶圆的制造方法中的第一方式的一例的概略剖视图。
图3是表示本发明的硅晶圆的制造方法的另一例的流程图。
图4是示意性地表示本发明的硅晶圆的制造方法中的第二方式的一例的概略剖视图。
图5是表示实施例和比较例各自的硅晶圆中两主表面之间的拉曼光谱的硅的一次峰值位置的差与Bow的关系的图表。
具体实施方式
如上所述，以往，寻求能够得到具有翘曲的硅晶圆的硅晶圆的制造方法。
本案发明人发现了在对硅锭进行切片来制造硅晶圆时，若在晶圆的正反面产生损伤差，则一边使晶圆翘曲一边进行切断，最终得到大幅翘曲的晶圆。因此，作为本发明，想到了：在制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆时，在制作一方的主表面A的第一切断工序与制作另一方的主表面B的第二切断工序中以产生损伤差的方式进行切断。本案发明人基于如上的见解完成了本发明。
以下，参照附图对本发明详细地进行说明，但是本发明并不限定于这些内容。
在本发明的硅晶圆的制造方法中，如上所述，切断硅锭来制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆。在该硅晶圆的制造方法中，首先，如图1的S11所示，进行制作主表面A的切断的第一切断工序(工序S11)。接下来，如图1的S12所示，进行制作主表面B的切断的第二切断工序(工序S12)。此外，工序S11与工序S12如后所述可以反复进行。在本发明中，使上述第一切断工序(工序S11)中的条件与第二切断工序(工序S12)中的条件不同。由此，使对主表面A的损伤与对主表面B的损伤不同。
这样一来，在硅晶圆的2个主表面中，通过使对主表面A的损伤与对主表面B的损伤不同，能够使该硅晶圆产生翘曲。
只要以使赋予主表面A与主表面B的损伤不同的方式设定切断条件即可，关于设定的切断条件的差异能够采用各种条件。例如，可以举出在第一切断工序与第二切断工序中，分别使用粒度号数不同的磨粒进行切断。另外，能够在第一切断工序与第二切断工序中，使任一方使用固定磨粒进行切断，使另一方使用游离磨粒进行切断。另外，第一切断工序和第二切断工序的加工液均无特别限定。若是固定磨粒方式则，即使为纯水也没有问题，另外，若是游离磨粒方式，则可以包含表面活性剂等添加物。
以下，关于本发明的方式进一步具体地进行说明。
[第一方式]
在该方式中，利用线锯进行硅锭的切断，分别各进行一次第一切断工序与第二切断工序。关于该方式，参照图1、图2的(a)～(d)所示的概略剖视图进行说明。在该方式中，首先，如图2的(a)所示，准备要切断的硅锭10，为了线锯进行切断而固定于梁41。接下来，如图1的S11、图2的(b)所示，对硅锭10进行第一切断工序。第一切断工序中的切断部位21是制作主表面A的切断部位(参照后述的图2的(d))。使此时被切断的硅锭(晶圆列)11中的晶圆厚度(相邻的切断部位21的间隔)为最终制造的晶圆31、32(参照后述的图2的(d))的约2倍以上。
接下来，如图1的S12、图2的(c)所示，对进行了第一切断工序而被切断的硅锭(晶圆列)11改变条件，进行第二切断工序。第二切断工序中的切断部位22是制作主表面B的切断部位(参照后述的图2的(d))。第二切断工序以如下方式进行，将构成图2的(b)的晶圆列11的各晶圆以一半左右的厚度分割成2部分。
如上所述得到通过第一切断工序和第二切断工序两方切断后的硅锭(晶圆列)12。将该被切断的硅锭(晶圆列)12从梁41卸下，能够得到具有主表面A与主表面B的硅晶圆。
在图2的(d)中，示出了被图2的(c)中的虚线部30所包围的部分的硅晶圆31、32。如图2的(d)所示，硅晶圆31和硅晶圆32分别具有主表面A与主表面B。硅晶圆31与硅晶圆32各自的主表面A是由图2的(b)所示的切断部位21制作的，这些主表面A在图2的(c)的阶段中面对面。另外，硅晶圆31和硅晶圆32各自的主表面B是由如图2的(c)所示的切断部位22制作的。
以下，以制造的硅晶圆31为代表进行说明。在本发明的硅晶圆的制造方法中，硅晶圆31具有被赋予了不同程度的损伤的主表面A与主表面B。因此，能够使硅晶圆31产生翘曲。在对主表面A赋予较大的损伤，对主表面B赋予比主表面A小的损伤的情况下，以主表面A侧为凸状、主表面B侧为凹状的方式在硅晶圆31上发生翘曲。在由本发明的硅晶圆的制造方法制造的硅晶圆31中，能够增大翘曲，尤其是，能够使翘曲的指标参数即Bow的绝对值(|Bow|)为10μm以上。
Bow的绝对值为10μm以上的硅晶圆也能够充分用作异质外延生长用的基板。在异质外延生长的情况下，晶格失配大，但只要如上所述Bow的绝对值为10μm以上，就能够使用基板来抵消伴随异质外延生长的基板的翘曲。
另外，能够通过拉曼光谱法简便地评价制造的硅晶圆31的翘曲的指标。在该测量方法中，用光源波长为532nm的拉曼光谱法测量硅晶圆31中的各个主表面A和主表面B。该测量能够由使用光源波长532nm的激光拉曼光谱显微镜得到的光谱通过洛伦兹函数拟合硅的一次峰值位置(520cm-1附近)来求出。例如，使用拉曼光谱显微镜，在硅晶圆的表面50个部位进行测量，并求出该一次拉曼峰值的位置的平均值。能够将该平均值作为损伤量的指标使用。此外，能够对主表面A和主表面B的两面进行该一次拉曼峰值的位置的测量，并作为该峰值的位置之差(能够表示为Δ(A-B)。)。
在本发明中，能够以该拉曼光谱中的硅的一次峰值位置之差为0.1cm-1以上的方式制造硅晶圆31。拉曼光谱中的硅的一次峰值位置与对硅晶圆的损伤的程度具有相关关系，因此能够通过拉曼光谱评价硅晶圆31的翘曲。例如，在硅晶圆31中，若上述一次峰值位置之差为0.1cm-1以上，则能够使Bow的绝对值大致为10μm以上。
在制作硅晶圆的主表面A和B的切断中，采用怎样的切断条件，Bow的绝对值、基于拉曼光谱法的一次峰位置之差达到何种程度，这些能够通过进行实验容易地确定。
能够进行这样的第一方式的线锯能够使用通常的线锯装置。但是，如上所述需要调整切断部位21、22的位置。例如，能够通过在第一切断工序中使金属线通过卷绕有金属线的滚筒的奇数号的线槽进行切断，然后在第一切断工序中通过偶数号的线槽进行切断，从而进行这样的切断部位21、22的位置的调整。
另外，在第一方式中，能够使用通常的线锯装置，另外，第一切断工序和第二切断工序都可以是固定磨粒方式或游离磨粒方式中的任一种。另外，如上所述，在第一切断工序与第二切断工序中，能够分别使用粒度号数不同的磨粒来进行切断。例如，能够设在第一切断工序中为高粒度号数的磨粒，在第二切断工序中为低粒度号数的磨粒。此外，在改变磨粒的粒度号数来进行切断的情况下，更优选固定磨粒。若为固定磨粒，即使经过切断，实际有效的粒度号数发生变化的可能性也几乎不变。在游离磨粒方式的情况下，包含磨粒的加工液被供给至金属线与铸锭的滑动部，但一般循环使用加工液。在这种情况下磨粒经过切断而粉碎，实际有效的粒度号数可能会改变。但是，即使在这种情况下，通过使第一切断工序中的条件与第二切断工序中的条件为不同条件，也能够得到本发明的效果。
另外，在第一方式中，通过在第一切断工序与第二切断工序中，使任一方使用固定磨粒进行切断，使另一方使用游离磨粒进行切断，能够使对主表面A的损伤与对主表面B的损伤不同。在该情况下，使用了固定磨粒的切断与使用了游离磨粒的切断可以是不同粒度号数的磨粒，也可以是相同粒度号数的磨粒。
[第二方式]
在该方式中，利用带锯进行硅锭的切断，交替地进行第一切断工序与所述第二切断工序。关于该方式，参照图3、图4的(a)～(f)所示的概略剖视图来进行说明。在该方式中，首先，如图4的(a)所示，准备要切断的硅锭50，为了带锯进行切断而固定于固定部件81。接下来，如图3的S21、图4的(b)所示，对硅锭50进行第一切断工序(工序S21)。第一切断工序中的切断部位61是制作主表面A的切断部位。此外，在该图4的(b)的第一切断工序的阶段中，与一部分被切断的硅锭51一起制作硅晶圆71，但它不是具有主表面A与主表面B的硅晶圆(也参照图4的(g))。
接下来，如图3的S22、图4的(c)所示，对进行第一切断工序而一部分被切断的硅锭51进行第二切断工序(工序S22)。第二切断工序中的切断部位62是制作主表面B的切断部位。这样一来，通过第一切断工序的切断位置61和第二切断工序的切断部位62，从而制造硅晶圆72。硅晶圆72如图4的(c)、(g)所示，具有主表面A与主表面B。另外，如图4的(c)所示，留下一部分被切断的硅锭52。
接下来，如图3的S23、图4的(d)所示，对一部分被切断的硅锭52再次进行第一切断工序(工序S23)。由此，制造夹在第二切断工序中的切断部位62与第一切断工序中的切断部位63之间的硅晶圆73。该硅晶圆73也与上述硅晶圆72同样地，具有主表面A与主表面B(参照图4的(d)、(g))。另外，如图4的(d)所示，留下一部分被切断的硅锭53。
接下来，如图3的S24、图4的(e)所示，对一部分被切断的硅锭53再次进行第二切断工序(工序S24)。由此，制造夹在第一切断工序中的切断部位63与第二切断工序中的切断部位64之间的硅晶圆74。该硅晶圆74也与上述硅晶圆72、73同样地，具有主表面A与主表面B(参照图4的(e)、(g))。另外，如图4的(e)所示，留下一部分被切断的硅锭54。
接下来，如图3的S25、图4的(f)所示，对一部分被切断的硅锭54再次进行第一切断工序(工序S25)。由此，制造夹在第二切断工序中的切断部位64与第一切断工序中的切断部位65之间的硅晶圆75。该硅晶圆75也与上述硅晶圆72、73、74同样地，具有主表面A与主表面B(参照图4的(f)、(g))。另外，如图4的(f)所示，留下一部分被切断的硅锭55。
以下，通过同样的重复操作，能够制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆。
带锯通常是固定磨粒的，因此在第一切断工序与第二切断工序中，能够使磨粒的粒度号数不同。
[其他方式]
在本发明的硅晶圆的制造方法中，只要能够通过使第一切断工序中的条件与第二切断工序中的条件为不同条件，而使对主表面A的损伤与对主表面B的损伤不同即可，也可以为上述第一方式和第二方式以外的方式。例如，能够使用线锯进行第一切断工序，而使用带锯进行第二切断工序。在该情况下，也可以用游离磨粒进行使用线锯的切断，并用固定磨粒进行使用带锯的切断。
实施例
以下，列举本发明的实施例和比较例对本发明进一步具体地进行说明，但这些内容并不会限定本发明。
[实施例1～4的共同条件]
如图1、图2的(a)～(d)所示的第一方式那样，使用线锯进行硅锭的切断，制造硅晶圆。
首先，作为利用线锯切断的工件，准备了直径约300mm的圆柱状的单晶硅锭10。将该单晶硅锭10固定于梁41(参照图2的(a))。作为线锯，使用线径120μm的线锯。
接下来，如图1的S11、图2的(b)所示，使用线径120μm的线锯，切断硅锭10(工序S11，第一切断工序)。接下来，如图1的S12、图2的(c)所示，使用线径120μm的线锯，将被切断的硅锭(晶圆列)11进一步切断(工序S12，第二切断工序)。此外，设切断时的进给速度为0.25mm/min，张力为25N。关于金属线的移动速度，设游离磨粒的情况下为800m/min，固定磨粒的情况下为1200m/min。
这样一来，制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆，在各个实施例中取出5片样本。
各个实施例的切断条件如下所述。
(实施例1)
第一切断工序使用粒度号数为#1000的固定磨粒金属线，第二切断工序使用粒度号数为#1200的固定磨粒金属线。
(实施例2)
第一切断工序使用粒度号数为#1000的固定磨粒金属线，第二切断工序使用粒度号数为#1500的固定磨粒金属线。
(实施例3)
第一切断工序使用粒度号数为#1000的固定磨粒金属线，第二切断工序使用粒度号数为#2000的固定磨粒金属线。
(实施例4)
第一切断工序使用粒度号数为#2000的游离磨粒金属线，第二切断工序使用粒度号数为#2000的固定磨粒金属线。
[比较例1]
基本上与实施例1～4同样地进行，但第一切断工序与第二切断工序均以粒度号数为#1000的金刚石磨粒的固定磨粒在相同的条件下进行了切断。切断位置与实施例1～4相同。
[测量结果]
(Bow的绝对值)
用静电电容式的位移计即KOBELCO科研公司所制的SWB-330来测量在实施例、比较例中分别切断而制造出的5片硅晶圆，从得到的直径曲线求出Bow。然后，算出Bow的绝对值的5片的平均值。
(基于拉曼光谱法的测量)
关于实施例、比较例中分别切断而制造出的5片硅晶圆，用Nanophoton公司的拉曼光谱显微镜测量面内3点，算出3点×5片＝15点的峰值位置的平均值。
将各个实施例和比较例的切断条件与测量结果在表1和图5中示出。
[表1]
[测量结果]
在实施例1～4中，能够使峰值差为0.07cm-1以上，另外，能够使Bow的绝对值为6μm以上。由此，能够赋予制造的硅晶圆翘曲。
另外，由图5可知，在上述的实施例和比较例中，在主表面A与主表面B的拉曼峰值位置之差超过0.1cm-1的情况下，能够生成|Bow|超过10μm的翘曲。
另外，本发明并不限定于上述的实施方式。上述实施方式为示例，凡具有与本发明的权利要求所记载的技术思想实质上相同的构成，产生相同作用效果的任何方案皆包含在本发明的技术范围内。
Claims (7)
1.一种硅晶圆的制造方法，利用线锯或带锯切断硅锭来制造具有主表面A与主表面B的硅晶圆，其特征在于，具有：
第一切断工序，进行制作所述主表面A的切断；以及
第二切断工序，进行制作所述主表面B的切断，
通过使所述第一切断工序中的条件与所述第二切断工序中的条件为不同的条件，从而使对所述主表面A的损伤与对所述主表面B的损伤不同。
2.根据权利要求1所述的硅晶圆的制造方法，其特征在于，
在所述第一切断工序与所述第二切断工序中，分别使用粒度号数不同的磨粒来进行切断。
3.根据权利要求1或2所述的硅晶圆的制造方法，其特征在于，
在所述第一切断工序与所述第二切断工序中，使任一方使用固定磨粒进行切断，使另一方使用游离磨粒进行切断。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的硅晶圆的制造方法，其特征在于，
利用所述线锯进行所述硅锭的切断，
分别各进行一次所述第一切断工序与所述第二切断工序。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的硅晶圆的制造方法，其特征在于，
利用所述带锯进行所述硅锭的切断，
交替地进行所述第一切断工序与所述第二切断工序。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的硅晶圆的制造方法，其特征在于，
使所制造的硅晶圆中的Bow的绝对值为10μm以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的硅晶圆的制造方法，其特征在于，
使所制造的硅晶圆中的各个所述主表面A和所述主表面B在用光源波长为532nm的拉曼光谱法测量时的拉曼光谱中的硅的一次峰值位置之差为0.1cm-1以上。
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