JP2003257927A - アルカリエッチング液及びこのエッチング液を用いたシリコンウェーハのエッチング方法並びにこの方法を用いたシリコンウェーハの表裏面差別化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファセットの形状を大きくでき、かつ深いピ
ットの形成を抑制し得るアルカリエッチング液を提供す
る。表面を鏡面研磨したウェーハにおいて、良好な平坦
度を得、かつ裏面粗さが小さくなるシリコンウェーハの
エッチング方法を提供する。ウェーハ両面が高精度の平
坦度及び小さい表面粗さを有しかつウェーハの表裏面を
目視により識別可能にするシリコンウェーハの表裏面差
別化方法を提供する。 【解決手段】 水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを
主成分とするアルカリ水溶液にリチウムイオンを含有す
ることを特徴とするアルカリエッチング液である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
の製造工程において、発生するウェーハ表面の加工変質
層をエッチング除去する方法の改善に関する。更に詳し
くは、エッチングされたウェーハの表面のみを鏡面研磨
してウェーハ表裏面の差別化を行う方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】一般に半導体シリコンウェーハの製造工
程は、引上げたシリコン単結晶インゴットから切出し
（ブロック切断）、外径研削、スライスして得られたウ
ェーハを、面取り、機械研磨（ラッピング）、エッチン
グ、鏡面研磨（ポリッシング）及び洗浄する工程から構
成され、高精度の平坦度を有するウェーハとして生産さ
れる。これらの工程は目的により、その一部の工程が入
替えられたり、複数回繰返されたり、或いは熱処理、研
削等他の工程が付加、置換されたりして種々の工程が行
われる。ブロック切断、外径研削、スライシング、ラッ
ピング等の機械加工プロセスを経たシリコンウェーハは
表面にダメージ層即ち加工変質層を有している。加工変
質層はデバイス製造プロセスにおいてスリップ転位等の
結晶欠陥を誘発したり、ウェーハの機械的強度を低下さ
せ、また電気的特性に悪影響を及ぼすので完全に除去し
なければならない。

【０００３】この加工変質層を取除くため、エッチング
処理が行われる。エッチング処理には、混酸等の酸エッ
チング液を用いる酸エッチングと、ＮａＯＨ等のアルカ
リエッチング液を用いるアルカリエッチングとがある。
酸エッチングは、そのエッチングレートがエッチング溶
液中のウェーハ面上での反応種や反応生成物の濃度勾配
に大きく依存し、エッチング溶液の不均一な流れなどの
原因による拡散層厚さの不均一によって、エッチングレ
ートが面内でばらつき、ラッピングで得られた平坦度が
損なわれ、エッチング表面にｍｍオーダーのうねりやピ
ールと呼ばれる凹凸が発生する。

【０００４】一方、アルカリエッチングは、そのエッチ
ングレートがエッチング溶液の反応種や生成物の濃度勾
配等に依存せず、エッチング後のウェーハの平坦度は高
レベルのまま保持される。従って、高平坦度を得るため
には、酸エッチングよりもアルカリエッチングの方が優
れている。

【０００５】しかし、アルカリエッチングでは、ウェー
ハの結晶方位に依存して出現する局所的な深さが数μｍ
で、大きさが数〜数十μｍ程度のピット（以下、これを
ファセットという。）が発生する。ファセットとは、ウ
ェーハ表面にアルカリエッチングを施す場合に、結晶方
位＜１００＞と＜１１１＞とでエッチングレートが極端
に異なることに起因して発生する凹みである。これは、
どのような面状態でも発生するものであり、アルカリエ
ッチングを施す限り、その凹みの大きさを変えることは
できるが発生自体を回避することはできないとされてい
る。アルカリエッチングでも、高濃度のアルカリエッチ
ング液（例えば、１２．９ｍｏｌ／ｌ水酸化カリウム水
溶液）によりウェーハ表面をエッチングすると、図２に
示すように、ウェーハ表面に形成される１つ１つのファ
セットの幅が小さく、表面粗さが大きくなる問題点があ
った。

【０００６】また、低濃度のアルカリエッチング液（例
えば、３．３ｍｏｌ／ｌ水酸化カリウム水溶液）により
ウェーハ表面をエッチングすると、図３に示すように、
ファセットが形成されるだけでなく、大きさが数ミクロ
ン以下で深さが十から数十ミクロン程度の深いピットが
同時に発生する問題点があった。深いピットとは、シリ
コンウェーハの表面に局所的なダメージや汚染源等の異
常点が残っている場合、その箇所だけ異常反応して生じ
る深い孔であり、アルカリエッチングの特異的な異方性
とも関係があると考えられている。なお、酸エッチング
を施してもこのような現象は発生しない。

【０００７】このようなアルカリエッチングにおける上
記問題点を解決する方法として、アルカリエッチング槽
を多槽化し、第１段目に濃度が４５重量％以上の水酸化
ナトリウム、第２段目に濃度が５重量％以上の水酸化リ
チウムを用いて半導体ウェーハをアルカリエッチングす
る方法が提案されている（特開平１１−１２６７７
１）。この方法では、第１段目の水酸化ナトリウムによ
るエッチングにより深いピットの形成を低減させ、第２
段目の水酸化リチウムによるエッチングにより深いピッ
トの増大を抑制するとともに、表面粗さを小さくしてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平１１−
１２６７７１号公報に示された方法では、第２段目のエ
ッチング液の水酸化リチウム濃度を５重量％以上に規定
しているが、水酸化リチウムは水酸化ナトリウムや水酸
化カリウム等と比較して極めて高価であるため、エッチ
ングコストが上昇するおそれがあり、また、水酸化リチ
ウムの水に対する溶解度は１２．５ｇ／１００ｇ水（２
５℃）と低いため、高い濃度にすることができない、濃
度調製が難しい等の問題点がある。従って、第１段目の
水酸化ナトリウムによるエッチングにより確実にウェー
ハ表面の加工変質層を除去しなければ深いピットが形成
されることになるが、水酸化ナトリウムによってウェー
ハ表面の取り代を大きくし、確実に加工変質層を除去す
るようにした場合、特開平１１−１２６７７１号公報の
中に示されるとおり、表裏面の粗さが大きくなる不具合
が発生する問題があった。

【０００９】本発明の目的は、ファセットの形状を大き
くでき、かつ深いピットの形成を抑制し得るアルカリエ
ッチング液及びこのエッチング液を用いたシリコンウェ
ーハのエッチング方法を提供することにある。本発明の
別の目的は、表面を鏡面研磨したウェーハにおいて、良
好な平坦度を得、かつ裏面粗さが小さくなるシリコンウ
ェーハのエッチング方法を提供することにある。本発明
の更に別の目的は、ウェーハ両面が高精度の平坦度及び
小さい表面粗さを有しかつウェーハの表裏面を目視によ
り識別可能にするシリコンウェーハの表裏面差別化方法
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを主成分とするア
ルカリ水溶液にリチウムイオンを含有することを特徴と
するアルカリエッチング液である。請求項１に係る発明
では、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを主成分と
するアルカリ水溶液にリチウムイオンを含有するアルカ
リエッチング液は、ラッピング等により生じた加工変質
層とウェーハ内部の完全結晶層（バルク層）とのエッチ
ングレートの比（エッチング選択性）が小さい高濃度の
アルカリ水溶液を含むため、このアルカリ水溶液でのエ
ッチングにより深いピットの形成を抑制でき、更に、結
晶方位＜１００＞や結晶方位＜１１０＞と、結晶方位＜
１１１＞とのエッチングレートの比（結晶異方性）が他
のアルカリよりも小さいリチウムを含むため、このリチ
ウムの効果により、ファセットの幅を大きくすることが
できる。従って、本発明のアルカリエッチング液を用い
てウェーハをエッチングすることにより、ラッピング工
程で得られた平坦度を維持するとともに、ファセットの
幅を大きくでき、深いピットの形成を抑制することがで
きる。即ち表面粗さを小さくすることができる。

【００１１】請求項３に係る発明は、ラッピング工程に
続いて洗浄工程を経た加工変質層を有するシリコンウェ
ーハを請求項１又は２記載のアルカリエッチング液に浸
漬させてシリコンウェーハをエッチングする方法であ
る。請求項４に係る発明は、ラッピング工程に続いて洗
浄工程を経た加工変質層を有するシリコンウェーハを酸
エッチング液に浸漬させた後に、請求項１又は２記載の
アルカリエッチング液に浸漬させてシリコンウェーハを
エッチングする方法である。請求項３又は４に係る発明
では、上記方法によりエッチング処理されたウェーハ
は、ラッピング工程で得られた平坦度を維持するととも
に裏面粗さを小さくすることができる。

【００１２】請求項５に係る発明は、請求項３又は４記
載の方法によりエッチングされたシリコンウェーハの表
面のみを鏡面研磨してウェーハの表裏面を差別化する方
法である。請求項５に係る発明では、エッチングにより
良好な平坦度を得、かつ裏面粗さを小さくしたウェーハ
表面のみを鏡面研磨することにより、ウェーハ両面が高
精度の平坦度及び小さい表面粗さを有しかつウェーハ表
面がデバイスメーカーの所望する光沢度を有してウェー
ハの表裏面が目視により識別可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明のアルカリエッチング液
は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを主成分とす
るアルカリ水溶液にリチウムイオンを含有することを特
徴とする。図５に示すように、水酸化ナトリウム又は水
酸化カリウムを主成分とするアルカリ水溶液にリチウム
イオンが含有したアルカリエッチング液によりウェーハ
をエッチングすると、エッチング選択性の小さい高濃度
のアルカリ溶液によるエッチングにより深いピットの形
成を抑制し、結晶異方性の小さいリチウムの効果により
ウェーハ表面に形成されるファセットの幅を大きくでき
るため、ラッピング工程で得られた平坦度を維持すると
ともに裏面粗さを小さくすることができる。

【００１４】仮にリチウムのみを含むアルカリエッチン
グ液（例えば、２．０ｍｏｌ／ｌ水酸化リチウム水溶
液）によりウェーハをエッチングすると、図４に示すよ
うに、結晶異方性の小さいリチウムの性質からエッチン
グによりウェーハ表面に形成されるファセットの幅は大
きくなるが、ウェーハの表面に局所的なダメージや汚染
源等の異常点が残っていると、リチウムによるエッチン
グはエッチング選択性が大きいため、異常点からその箇
所だけ異常反応して深いピットが形成される傾向が大き
くなる。このようにして形成される深いピットは、アル
カリエッチングの取り代により変化するが、図６に示す
ように、幅が数μｍ、深さが１０〜数十μｍ程度の大き
さとなる。

【００１５】本発明のアルカリエッチング液は、水酸化
リチウムや塩化リチウムを水酸化ナトリウム又は水酸化
カリウムを主成分とするアルカリ水溶液中に溶解するこ
とでエッチング液にリチウムイオンを含有させることが
できる。

【００１６】次に本発明の第１の実施の形態を説明す
る。本発明のアルカリエッチング液は、ラッピング工程
に続いて洗浄工程を経た加工変質層を有するシリコンウ
ェーハをアルカリエッチングを行うためのエッチング液
であり、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを主成分
とするアルカリ水溶液の濃度をｘｍｏｌ／ｌとし、リチ
ウムイオンの濃度をｙｍｏｌ／ｌとするとき、上記式
（１）を満たすように混合される。アルカリ水溶液の濃
度が下限値未満では、エッチング選択性が高くなり、こ
の液を用いてエッチングすることによって、ウェーハ表
面に深いピットが形成される頻度が高くなるおそれがあ
る。リチウムイオンの濃度の上限はエッチング液に対す
る溶解度によって決定される。

【００１７】リチウムイオンの濃度が下限値未満である
と、アルカリエッチング液に含まれる水酸化ナトリウム
又は水酸化カリウムの割合が高くなるため、エッチング
液全体としての結晶異方性が大きくなり、ウェーハ表面
のファセットの形状が小さく形成され、結果として表面
粗さが大きくなる不具合がある。本発明のアルカリエッ
チング液の好ましい配合比は次の式（２）に示す割合で
ある。

【００１８】 ｘ＋ｙ ： ｙ ＝ （８．０以上）：（０．２〜３．０） ………（２） 本発明のエッチング液を用いたエッチング方法を説明す
る。

【００１９】ラッピング工程に続いて洗浄工程を経た加
工変質層を有するシリコンウェーハを本発明のアルカリ
エッチング液を貯えたアルカリエッチング槽に浸漬させ
てシリコンウェーハをエッチングする。このエッチング
液によりエッチングを施すことにより、低いエッチング
選択性によりウェーハに深いピットが形成される頻度を
低減することができ、結晶異方性が小さいため、ウェー
ハ表面のファセットの形状を大きくすることができる。
従って、本発明のエッチングにより図１に示すような良
好な平坦度を得、かつ裏面粗さの小さいウェーハとする
ことができる。アルカリエッチングを終えたウェーハは
超純水に浸漬してリンスした後、乾燥して、続く鏡面研
磨工程等に送られる。

【００２０】次に本発明の第２の実施の形態を説明す
る。先ず、ラッピング工程に続いて洗浄工程を経た加工
変質層を有するシリコンウェーハを酸エッチング液を貯
えた酸エッチング槽に浸漬する。酸エッチング液により
ラッピングによりウェーハ表面に形成された加工変質層
が除去される。この酸エッチングのエッチング液として
は、フッ酸及び硝酸をそれぞれ含み、酢酸、硫酸又はリ
ン酸を少なくとも１種以上更に含んでもよい。次いで、
酸エッチングを終えたウェーハを超純水に浸漬してリン
スを行う。酸エッチングとアルカリエッチングとの間に
は、必ずリンスを行うことにより、ウェーハに付着した
酸が洗い落とされるため、次工程でのアルカリと反応を
起こすおそれがなくなる。次に、本発明のアルカリエッ
チング液を貯えたアルカリエッチング槽に上記リンスを
終えたウェーハを浸漬してエッチングを行う。本発明の
アルカリエッチング液によりエッチングされたウェーハ
表面は、形成されるファセットの形状を大きくすること
ができ、更に深いピットを抑制することができる。従っ
て、良好な平坦度を得、かつ裏面粗さを小さくすること
ができる。アルカリエッチングを終えたウェーハは超純
水に浸漬してリンスした後、乾燥して、続く鏡面研磨工
程等に送られる。

【００２１】本発明のエッチング方法によりエッチング
されたシリコンウェーハの表面のみを鏡面研磨すること
により得られたウェーハはウェーハ表面がウェーハ裏面
より高い光沢度を有するため、表裏面を識別可能な程度
に差別化することができる。

【００２２】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく
説明する。 ＜実施例１＞ラッピング工程に続いて洗浄工程を経た加
工変質層を有するシリコンウェーハを用意した。次いで
水酸化カリウムと水酸化リチウムを用い、カリウムイオ
ン濃度が６．５ｍｏｌ／ｌ、リチウムイオン濃度が０．
５ｍｏｌ／ｌになるようにアルカリエッチング液を調製
した。調製したアルカリエッチング液をエッチング槽に
貯え、液温を８０℃に維持した。次に、アルカリエッチ
ング槽内のエッチング液を撹拌しながら上記ウェーハを
浸漬してウェーハの取り代をシリコンウェーハの表面と
裏面を合わせた合計で１０μｍを目安にして１８０秒間
浸漬してエッチングを行った。アルカリエッチングを終
えたウェーハを超純水に浸漬してリンスした後、乾燥し
た。

【００２３】＜実施例２＞水酸化カリウムと水酸化リチ
ウムを用い、カリウムイオン濃度が９．５ｍｏｌ／ｌ、
リチウムイオン濃度が０．５ｍｏｌ／ｌになるように調
製したアルカリエッチング液を用い、浸漬時間を２４０
秒とした以外は、実施例１と同様にしてウェーハをエッ
チング処理した。

【００２４】＜実施例３＞水酸化カリウムと塩化リチウ
ムを用い、カリウムイオン濃度が６．５ｍｏｌ／ｌ、リ
チウムイオン濃度が０．５ｍｏｌ／ｌになるように調製
したアルカリエッチング液を用いた以外は、実施例１と
同様にしてウェーハをエッチング処理した。

【００２５】＜実施例４＞先ずラッピング工程に続いて
洗浄工程を経た加工変質層を有するシリコンウェーハを
用意した。次いでフッ酸、硝酸、酢酸及び水をモル比
（ＨＦ：ＨＮＯ₃：ＣＨ₃ＣＯＯＨ：Ｈ₂Ｏ）が１：５：
５：１となるように混合して酸エッチング液を調製し
た。調製した酸エッチング液をエッチング槽に貯え、液
温を３０℃に維持し、同様に、実施例１で用いたアルカ
リエッチング液をエッチング槽に貯え、液温を８０℃に
維持した。次に、酸エッチング槽内のエッチング液を撹
拌しながら上記ウェーハを浸漬してウェーハの取り代を
シリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で２０μ
ｍを目安にして３０秒間浸漬してエッチングを行った。
酸エッチングを終えたウェーハを超純水に浸漬してリン
スを行った。更に、アルカリエッチング槽内のエッチン
グ液を撹拌しながら上記リンスを終えたウェーハを浸漬
してウェーハの取り代をシリコンウェーハの表面と裏面
を合わせた合計で１０μｍを目安にして２４０秒間浸漬
してエッチングを行った。アルカリエッチングを終えた
ウェーハを超純水に浸漬してリンスした後、乾燥した。

【００２６】＜実施例５＞実施例２で調製したアルカリ
エッチング液を用いた以外は、実施例４と同様にしてウ
ェーハをエッチング処理した。 ＜実施例６＞実施例３で調製したアルカリエッチング液
を用いた以外は、実施例４と同様にしてウェーハをエッ
チング処理した。

【００２７】＜比較例１＞濃度が１２．９ｍｏｌ／ｌの
水酸化カリウムをアルカリエッチング液として用い、浸
漬時間を３００秒とした以外は、実施例１と同様にして
ウェーハをエッチング処理した。 ＜比較例２＞濃度が２．０ｍｏｌ／ｌの水酸化リチウム
をアルカリエッチング液として用い、浸漬時間を３００
秒とした以外は、実施例１と同様にしてウェーハをエッ
チング処理した。

【００２８】＜比較試験及び評価＞実施例１〜６及び比
較例１、２のエッチング処理を終えたウェーハ裏面の面
粗さの指標として光沢度を測定した。光沢度は光沢度計
（日本電色社製）を用いてＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ８７
４１）に基づいて測定し、更に得られた数値を鏡面研磨
後の表面光沢度の数値である３６０％で除した値の百分
率としたものを表面光沢度を１００％としたときの裏面
光沢度とした。ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｚ ８７４１）によ
り定義されている光沢度は、ある試料面に対し、入射角
θで入射した光の鏡面反射光束Ψsの、屈折率が１．５
６７のガラス表面の同一測定系における鏡面反射光束Ψ
s₀に対する割合をパーセントで表示した数値として表さ
れる。光沢度Ｇｒ(θ)は下記式（１）に示す式により表
すことができ、シリコンウェーハ表面の光沢度を測定す
る場合の入射角θは６０°である。

【００２９】

【数１】

【００３０】また、ウェーハ裏面におけるピットの有無
を確認した。ピットの有無は１００〜２００μｍ四方の
任意の面に１〜２μｍ程度の細孔が１個以上あるか否か
を確認した。表１に測定結果をそれぞれ示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１より明らかなように、比較例１では光
沢度が低く、比較例２では光沢度は高いが、ピットが確
認された。これらに対して実施例１〜６ではピットが無
く、かつ高い光沢度が得られていることが判る。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のアルカリ水
溶液にリチウムイオンを含有させたエッチング液は、エ
ッチング選択性の小さいアルカリ水溶液でのエッチング
により深いピットの形成を抑制し、結晶異方性の小さい
リチウムでのエッチングにより、ファセットの形状を大
きくできる。従って、本発明のアルカリエッチング液を
用いてウェーハをエッチングすることにより、デバイス
メーカーの所望する裏面平坦度、光沢度及び表面粗さが
得られる。

【００３４】このため、このエッチングにより得られた
ウェーハの表面のみに後工程である鏡面研磨を施すこと
により、ウェーハ表面がウェーハ裏面より光沢度が高く
なり、ウェーハ両面が高精度の平坦度及び小さい表面粗
さを有し、デバイスプロセスの搬送系でのウェーハ有無
の検知における検知困難や誤検知などの問題を生じず、
ウェーハの表裏面を目視により識別可能な程度に差別化
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアルカリエッチング液を用いてエッチ
ングしたウェーハ表面を６００倍にて観察した光学顕微
鏡写真図。

【図２】高濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチ
ングしたウェーハ表面を６００倍にて観察した光学顕微
鏡写真図。

【図３】低濃度の水酸化カリウム水溶液を用いてエッチ
ングしたウェーハ表面を６００倍にて観察した光学顕微
鏡写真図。

【図４】水酸化リチウム水溶液を用いてエッチングした
ウェーハ表面を６００倍にて観察した光学顕微鏡写真
図。

【図５】本発明のアルカリエッチング液を用いてエッチ
ングしたウェーハの断面図。

【図６】従来のアルカリエッチング液を用いてエッチン
グしたウェーハの断面図。

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【手続補正書】

【提出日】平成１４年１月７日（２００２．１．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】 ─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１月７日（２００２．１．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

【手続補正４】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを
   主成分とするアルカリ水溶液にリチウムイオンを含有す
   ることを特徴とするアルカリエッチング液。
2. 【請求項２】 水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを
   主成分とするアルカリ水溶液の濃度をｘｍｏｌ／ｌと
   し、 リチウムイオンの濃度をｙｍｏｌ／ｌとするとき、 次の式（１）を満たすように混合された請求項１記載の
   エッチング液。 ｘ＋ｙ ： ｙ ＝ （６．０以上）：（０．１〜３．０） ………（１）
3. 【請求項３】 ラッピング工程に続いて洗浄工程を経た
   加工変質層を有するシリコンウェーハを請求項１又は２
   記載のアルカリエッチング液に浸漬させてシリコンウェ
   ーハをエッチングする方法。
4. 【請求項４】 ラッピング工程に続いて洗浄工程を経た
   加工変質層を有するシリコンウェーハを酸エッチング液
   に浸漬させた後に、請求項１又は２記載のアルカリエッ
   チング液に浸漬させてシリコンウェーハをエッチングす
   る方法。
5. 【請求項５】 請求項３又は４記載の方法によりエッチ
   ングされたシリコンウェーハの表面のみを鏡面研磨して
   前記ウェーハの表裏面を差別化する方法。