JP2004063954A

JP2004063954A - シリコンウェーハのエッチング方法及び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

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Publication number: JP2004063954A
Application number: JP2002222687A
Authority: JP
Inventors: Sakae Koyada; 古屋田　栄; Masafumi Norimoto; 則本　雅史; Kazunari Takaishi; 高石　和成
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】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。
【解決手段】複数のエッチング槽に酸エッチング液とアルカリエッチング液をそれぞれ貯え、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とアルカリエッチング液とに順次浸漬するシリコンウェーハのエッチング方法の改良である。この特徴ある構成は、酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、酸エッチングによる取り代がアルカリエッチングによる取り代と等しいか又は大きく、酸エッチングのエッチングレートをシリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒〜０．０５μｍ／秒とするところにある。
【選択図】　なし

Description

【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、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。
しかし、酸エッチングを行うことにより、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。また、アルカリエッチングを行うことにより、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。）が発生する等の問題点があった。
【０００４】
上記問題点を解決する方法としてアルカリエッチングの後に、酸エッチングを行い、このときのアルカリエッチングの取り代を酸エッチングの取り代より大きくするウェーハの加工方法及びこの方法により加工されたウェーハが提案されている（特開平１１−２３３４８５）。
上記方法により、ラッピング後の平坦度を維持しつつ加工変質層を除去し、平面粗さを改善し、特に局所的なファセットをより浅く、滑らかな凹凸形状を持ち、パーティクルや汚染の発生しにくいエッチング表面を有するウェーハを作製することが可能となる。
一方、デバイスプロセスの搬送系でのウェーハ有無の検知はウェーハ裏面により行われているため、表面を鏡面研磨したウェーハ裏面が鏡面状であると、検知困難や誤検知するなどの問題が生じていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１１−２３３４８５号公報に示されたウェーハの表面を鏡面研磨したウェーハ（以下、ＰＷ；Ｐｏｌｉｓｈｅｄ　Ｗａｆｅｒという。）では、デバイスメーカーの所望するような良好な平坦度を有し、かつＰＷの裏面粗さが小さいウェーハを得られることができない問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数のエッチング槽に酸エッチング液とアルカリエッチング液をそれぞれ貯え、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とアルカリエッチング液とに順次浸漬するシリコンウェーハのエッチング方法の改良である。
その特徴ある構成は、酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、酸エッチングによる取り代がアルカリエッチングによる取り代と等しいか又は大きく、酸エッチングのエッチングレートをシリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒〜０．０５μｍ／秒とするところにある。
請求項１に係る発明では、酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、酸エッチングによる取り代をアルカリエッチングによる取り代と等しいか又は大きくし、酸エッチングのエッチングレートをシリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒〜０．０５μｍ／秒とする。このようにエッチング条件を規定してウェーハを酸エッチング液及びアルカリエッチング液に順次浸漬して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。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、酸エッチングの合計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１０〜２０μｍとし、アルカリエッチングの合計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５〜１０μｍとし、酸エッチングとアルカリエッチングの合計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２０〜２５μｍとするエッチング方法である。
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明であって、酸エッチング槽の数を１〜３槽とし、アルカリエッチング槽の数を１〜３槽とするエッチング方法である。
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、酸エッチング液がフッ酸及び硝酸をそれぞれ含むエッチング方法である。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明であって、酸エッチング液が酢酸、硫酸又はリン酸を少なくとも１種更に含むエッチング方法である。
請求項６に係る発明は、請求項１ないし３いずれかに係る発明であって、アルカリエッチング液が水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含むエッチング方法である。
請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明であって、アルカリエッチング液が水酸化リチウムを更に含むエッチング方法である。
【００１０】
請求項８に係る発明は、請求項１ないし７いずれかに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８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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。
本発明に係るシリコンウェーハのエッチング方法は、複数のエッチング槽に酸エッチング液とアルカリエッチング液をそれぞれ貯え、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とアルカリエッチング液とに順次浸漬する方法の改良であり、その特徴ある構成は、酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、酸エッチングによる取り代がアルカリエッチングによる取り代と等しいか又は大きく、酸エッチングのエッチングレートをシリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒〜０．０５μｍ／秒とするところにある。
【００１２】
酸エッチングによる取り代がアルカリエッチングによる取り代より小さくなると、Ｒａ表面粗さが悪化する不具合を生じる。これは、アルカリエッチングの特性からピットサイズが大きくなるためと考えられる。酸エッチングのエッチングレートがシリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒未満では、エッチングに時間がかかりすぎるため、実用的ではない。０．０５μｍ／秒を越えると平坦度の劣化や、ナノトポグラフィーと呼ばれる数ｍｍオーダーのうねりが大きくなる不具合を生じる。好ましい酸エッチングレートは０．０３〜０．０４μｍ／秒である。
【００１３】
ここで光沢度はＪＩＳ規格（ＪＩＳ　Ｚ　８７４１）により定義されている。この規格によれば、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１．５６７のガラス表面の同一測定系における鏡面反射光束Ψｓ_０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。
【００１４】
【数１】

【００１５】
酸エッチングのエッチング機構は、硝酸等に含まれる、或いは別の化合物に含まれる酸化種によるシリコンの酸化と、フッ酸等、或いは別の還元性化合物による酸化物の除去から成り立っている。この酸エッチングのエッチングレートを制御するために、希釈剤として酢酸、硫酸、リン酸、水等が添加される。これら希釈剤に使用される添加溶液は、酸エッチング液の表面張力や粘性を変えるという別の効果もあり、その目的によって使い分けられる。一般に希釈剤を添加することにより、酸エッチング液のエッチングレートが低下する。エッチングレートの低下とともに、表面の粗さが大きくなる傾向にある。従って、表面粗さの指標であるＲａが大きくなる、光沢度が小さくなるという効果が現れる。
また、エッチング反応に伴って発生する熱に関し、ウェーハ面内均一性が向上する等の理由から、エッチングレートが小さくなるにつれ、平坦度は良くなる傾向を示す。
【００１６】
酸エッチングの合計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１０〜２０μｍとし、アルカリエッチングの合計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５〜１０μｍとし、酸エッチングとアルカリエッチングの合計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２０〜２５μｍとなるようにウェーハをエッチングする。酸エッチングの合計取り代が下限値未満であると、表面粗さが大きくなってしまう、取り代を正確に制御できない等の不具合を生じ、上限値を越えると、ナノトポグラフィーと呼ばれる数ｍｍオーダーのうねりが大きくなる不具合を生じる。アルカリエッチングの合計取り代が下限値未満であると、光沢度が所望の数値とならず、上限値を越えると、ナノトポグラフィーが発生する不具合を生じる。酸エッチングとアルカリエッチングの合計取り代が下限値未満であると、加工歪が十分に除去されず、後に続く工程において、割れ等による加工不良が発生する可能性がある。更にデバイスメーカーにおけるデバイス特性の劣化、デバイス不良等に繋がる可能性が考えられる。上限値を越えると、平坦度の劣化や、ナノトポグラフィーが大きくなる、Ｒａ表面粗さが悪化する、アルカリエッチングの特性からピットサイズが大きくなる等の不具合を生じる。
【００１７】
本発明のエッチング槽の数は２〜６槽である。酸エッチング槽とアルカリエッチング槽との組合せを表１に示す。
【００１８】
【表１】

【００１９】
エッチング槽の数が上限値を越えるとウェーハの表面粗さが悪化する。好ましいエッチング槽の数は２〜４槽であり、この場合の最適態様は、酸エッチング槽が１〜２槽、アルカリエッチング槽が２槽以下である。
例えば、エッチング槽の数が２槽の場合、酸エッチング槽、アルカリエッチング槽の順にウェーハを浸漬する。また、エッチング槽の数が３槽の場合、酸エッチング槽、アルカリエッチング槽、アルカリエッチング槽の順や酸エッチング槽、酸エッチング槽、アルカリエッチング槽の順、酸エッチング槽、アルカリエッチング槽、酸エッチング槽の順にウェーハを浸漬することになる。
【００２０】
また、各エッチング工程の間にはリンス工程を行う必要がある。リンス工程を間に入れることにより、ウェーハに付着した酸やアルカリが洗い落とされるため次に続く工程において、前工程のエッチング槽からの薬液の持込みを防ぐことができ、薬液組成の変動を最小限に抑制することができる。
酸エッチング液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。また、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含む液が用いられ、更に高純度のＫＯＨやＮａＯＨ等のペレットや粉末を溶解して高濃度の溶液にしてもよい。また、水酸化リチウムを更に含んでもよい。
【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】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、複数のエッチング槽に酸エッチング液とアルカリエッチング液をそれぞれ貯え、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とアルカリエッチング液とに順次浸漬するシリコンウェーハのエッチング方法の改良である。酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、酸エッチングによる取り代がアルカリエッチングによる取り代と等しいか又は大きく、酸エッチングのエッチングレートをシリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒〜０．０５μｍ／秒とするところにある。酸及びアルカリエッチングを上記条件に規定することにより、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。
【００２３】
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。

Claims

複数のエッチング槽に酸エッチング液とアルカリエッチング液をそれぞれ貯え、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とアルカリエッチング液とに順次浸漬するシリコンウェーハのエッチング方法において、
酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、
前記酸エッチングによる取り代が前記アルカリエッチングによる取り代と等しいか又は大きく、
前記酸エッチングのエッチングレートを前記シリコンウェーハの表面と裏面を合わせた合計で０．００７５μｍ／秒〜０．０５μｍ／秒とする
ことを特徴とするシリコンウェーハのエッチング方法。
酸エッチングの合計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１０〜２０μｍとし、アルカリエッチングの合計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５〜１０μｍとし、酸エッチングとアルカリエッチングの合計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２０〜２５μｍとする請求項１記載のエッチング方法。
酸エッチング槽の数を１〜３槽とし、アルカリエッチング槽の数を１〜３槽とする請求項１又は２記載のエッチング方法。
酸エッチング液がフッ酸及び硝酸をそれぞれ含む請求項１ないし３いずれか記載のエッチング方法。
酸エッチング液が酢酸、硫酸又はリン酸を少なくとも１種更に含む請求項４記載のエッチング方法。
アルカリエッチング液が水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含む請求項１ないし３いずれか記載のエッチング方法。
アルカリエッチング液が水酸化リチウムを更に含む請求項６記載のエッチング方法。
請求項１ないし７いずれかに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。