JP2005175106A - シリコンウェーハの加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】ラッピング後の平坦度を維持するとともに、表面粗さを低減し得る加工方法を提供する。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加工方法を提供する。
【解決手段】本発明のシリコンウェーハの加工方法は、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１１に続いて洗浄工程１２を経た加工変質層を有する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エッチング工程１３と、エッチングされたウェーハの片面を鏡面研磨する表面鏡面研磨工程１８と、表面鏡面研磨されたウェーハを洗浄する洗浄工程１９とを含み、エッチング工程が酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われる工程であって、酸エッチング液がフッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液１００重量％にリン酸３０重量％以上を含有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

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、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加工方法を提供することにある。
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。
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。
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（例えば、特許文献１参照。）。
上記特許文献１に示される方法により、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。
特開平１１−２３３４８５号公報
上記特許文献１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。
本発明の目的は、ラッピング後の平坦度を維持するとともに、表面粗さを低減し得るシリコンウェーハの加工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加工方法を提供することにある。
請求項１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フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液にリン酸が含有する酸エッチング液に浸漬させてウェーハをエッチングするシリコンウェーハの加工方法である。
請求項１に係る発明では、フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液にリン酸を含有した酸エッチング液によりエッチングを施すと、ラッピング後の平坦度を維持するとともに、表面粗さを低減することができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液を１００重量％としたとき、酸水溶液はリン酸を３０〜４０重量％含有する加工方法である。
請求項３に係る発明は、図１に示すように、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１１に続いて洗浄工程１２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エッチング工程１３と、エッチングされたウェーハの片面を鏡面研磨する表面鏡面研磨工程１８と、表面鏡面研磨されたウェーハを洗浄する洗浄工程１９とを含むシリコンウェーハの加工方法の改良であり、その特徴ある構成は、エッチング工程１３が酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われる工程であって、酸エッチング液がフッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液１００重量％にリン酸３０重量％以上を含有するところにある。
請求項３に係る発明では、上記工程１１〜工程１９を経ることにより、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を得ることができる。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、図１に示すように、エッチング工程１３と、表面鏡面研磨工程１８との間にエッチング工程１３で形成されたウェーハ裏面の凹凸の一部を研磨する裏面軽研磨工程１７を更に含む加工方法である。
請求項４に係る発明では、裏面軽研磨工程をウェーハ裏面に施すことで裏面の粗さが低減される。
請求項５に係る発明は、請求項３に係る発明であって、フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液を１００重量％としたとき、酸水溶液はリン酸を３０〜４０重量％含有する加工方法である。
請求項６に係る発明は、請求項３に係る発明であって、エッチング工程１３における酸エッチングを、シリコンウェーハへ酸エッチング液を滴下し、ウェーハをスピンさせることにより滴下した酸エッチング液をウェーハ表面全体に拡げてエッチングするスピンコート法により行う加工方法である。
以上述べたように、本発明の加工方法によれば、フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液にリン酸を含有した酸エッチング液によりエッチングを施すと、ラッピング後の平坦度を維持するとともに、表面粗さを低減できる。
また、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エッチング工程と、エッチングされたウェーハの片面を鏡面研磨する表面鏡面研磨工程と、表面鏡面研磨されたウェーハを洗浄する洗浄工程とを含み、エッチング工程が酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われ、酸エッチング液がフッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液１００重量％にリン酸３０重量％以上を含有する本発明のシリコンウェーハの加工方法を施すことにより、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を得られる。
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
先ず、育成されたシリコン単結晶インゴットは、先端部及び終端部を切断してブロック状とし、インゴットの直径を均一にするためにインゴットの外径を研削してブロック体とする。特定の結晶方位を示すために、このブロック体にオリエンテーションフラットやオリエンテーションノッチを施す。このプロセスの後、ブロック体は棒軸方向に対して所定角度をもってスライスされる。
スライスされたウェーハは、ウェーハの周辺部の欠けやチップを防止するためにウェーハ周辺に面取り加工する。この面取りを施すことにより、例えば面取りされていないシリコンウェーハ表面上にエピタキシャル成長するときに周辺部に異常成長が起こり環状に盛り上がるクラウン現象を抑制することができる。図１に示すように、スライスで生じたウェーハ表面の凹凸層を機械研磨（ラッピング）してウェーハ表面の平坦度とウェーハの平行度を高める（工程１１）。ラッピング工程１１を施したウェーハは洗浄工程１２で洗浄されて次工程へと送られる。
次いで、面取りやラッピング工程１１により導入された機械的なウェーハ表面の加工変質層をエッチングによって完全に除去する（工程１３）。
本発明のエッチング工程１３では、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、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。またエッチング工程１３は酸エッチング１３ａの後にアルカリエッチング１３ｂが行われる。この順にそれぞれエッチングされたウェーハの表面は、形状の大きいファセットが少なくかつ深いピットの発生も抑制される。またエッチング工程１３における酸エッチングを、シリコンウェーハへ酸エッチング液を滴下し、ウェーハをスピンさせることにより滴下した酸エッチング液をウェーハ表面全体に拡げてエッチングするスピンコート法により行ってもよい。
酸エッチング１３ａに用いられる酸エッチング液はフッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液１００重量％にリン酸３０重量％以上が含有する。リン酸を３０重量％以上含有した酸エッチング液を用いることにより、ラッピング後の平坦度を維持するとともに、表面粗さを低減することができる。酸エッチング液はフッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液を１００重量％としたとき、リン酸が３０〜４０重量％含有するように調製されることが好ましい。
アルカリエッチング１３ｂに用いられる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が含まれ、更に、水酸化リチウムを含んでもよい。
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。例えば酸エッチング工程１３ａとアルカリエッチング１３ｂとの間には、純水リンスを施す洗浄工程１４が設けられる。リンス洗浄工程１４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。
エッチング工程１３を終えたウェーハは洗浄工程１６で表面に付着した薬液が洗い流されて次工程へと送られる。
次に、エッチング工程１３で形成されたウェーハ裏面の凹凸の一部を研磨する裏面軽研磨工程を行う（工程１７）。この裏面軽研磨をウェーハ裏面に施すことにより裏面の粗さが低減される。
裏面軽研磨工程１７及び次に続く表面鏡面研磨工程１８では片面研磨方法が用いられる。これらの工程１７，１８で使用される研磨装置は片面研磨装置を用いてもよいし、両面研磨装置を用いて片面研磨を行ってもよい。裏面軽研磨工程１７によるウェーハ裏面の研磨代は１μｍ以下とする。好ましくは０．３μｍ以下である。１μｍを越えると、光沢度がデバイスメーカーの所望する数値とならず表裏面の区別がつきにくくなる。この裏面軽研磨１７によりウェーハ裏面の形状は、裏面の粗さが所定の範囲に抑えられる。
裏面軽研磨工程１７を終えたウェーハは、その表面を機械的ないし物理的研磨と化学的研磨とを組合わせた鏡面研磨をすることにより、光学的光沢をもち加工歪みのない鏡面ウェーハにされる（工程１８）。
表面鏡面研磨を終えたウェーハは洗浄され（工程１９）、デバイス製造プロセスへと送られる。本発明の工程１１〜工程１９を経ることにより、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を得ることができる。
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＞
先ず、シリコン単結晶インゴットをスライスし、面取り、ラッピングに続いて洗浄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。フッ酸、硝酸、リン酸及び水を体積比（ＨＦ：ＨＮＯ3：Ｈ3ＰＯ4：Ｈ2Ｏ）が１：８：６：５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８０℃に維持した。４８重量％の水酸化カリウムを含むアルカリエッチング液を調製し、この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。
次いで、酸エッチング槽内の酸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表面と裏面を合わせた合計で２０μｍとなるように酸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。
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表面と裏面を合わせた合計で５μｍとなるようにアルカリ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を施してウェーハを得た。
＜実施例２＞
酸エッチングにおけるウェーハの取り代を表面と裏面を合わせた合計で１２μｍとし、アルカリエッチングにおけるウェーハの取り代を表面と裏面を合わせた合計で１１μｍとした以外は実施例１と同様にしてエッチングを行った。
＜比較例１＞
フッ酸、硝酸、酢酸及び水を体積比（ＨＦ：ＨＮＯ3：ＣＨ3ＣＯＯＨ：Ｈ2Ｏ）が１：８：６：５となるように混合して酸エッチング液を調製し、酸エッチングにおけるウェーハの取り代を表面と裏面を合わせた合計で１２μｍとし、アルカリエッチングにおけるウェーハの取り代を表面と裏面を合わせた合計で１２μｍとした以外は実施例１と同様にしてエッチングを行った。
＜比較試験及び評価＞
実施例１，２及び比較例１で得られたウェーハ表面の所定位置を表面粗さ測定装置を用いて走査し、表面粗さ測定を行った。表面粗さの測定結果を図２〜図４に、各表面粗さ測定結果における平均ラフネスＲａ（average roughness）、平方根平均ラフネスＲms（root-mean-square roughness）及びラフネスの最大値Ｒp-v（peak-to-valley）を表１にそれぞれ示す。なお、図２〜図４におけるＬmsは平均表面レベル（mean surface level）を示す。
Figure 2005175106
図４及び表１より明らかなように、酢酸を含む酸エッチング液を用いてエッチングを行った比較例１では、表面粗さが大きく、表面高さの絶対値を示すＲp-vも大きな数値を表している。これに対して図２及び図３より明らかなように、実施例１及び２では、同様の製造条件にもかかわらず表面粗さが大幅に改善されていることが判る。特に酸エッチングによる合計取り代の割合を大きくした実施例１は更なる表面粗さの低減を図ることができることが判る。
本発明のシリコンウェーハの加工方法を示す工程図。 実施例１で得られたウェーハの表面粗さ測定図。 実施例２で得られたウェーハの表面粗さ測定図。 比較例１で得られたウェーハの表面粗さ測定図。
符号の説明
１１ ラッピング工程
１２ 洗浄工程
１３ エッチング工程
１３ａ 酸エッチング
１３ｂ アルカリエッチング
１７ 裏面軽研磨工程
１８ 表面鏡面研磨工程
１９ 洗浄工程

Claims (6)

  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フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液にリン酸が含有する酸エッチング液に浸漬させて前記ウェーハをエッチングするシリコンウェーハの加工方法。
  2. フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液を１００重量％としたとき、前記酸水溶液はリン酸を３０〜４０重量％含有する請求項１記載の加工方法。
  3. 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(11)に続いて洗浄工程(12)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エッチング工程(13)と、
    前記エッチングされたウェーハの片面を鏡面研磨する表面鏡面研磨工程(18)と、
    前記表面鏡面研磨されたウェーハを洗浄する洗浄工程(19)と
    を含むシリコンウェーハの加工方法において、
    前記エッチング工程(13)が酸エッチングの後にアルカリエッチングが行われる工程であって、
    前記酸エッチング液がフッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液１００重量％にリン酸３０重量％以上を含有することを特徴とするシリコンウェーハの加工方法。
  4. エッチング工程(13)と、表面鏡面研磨工程(18)との間に前記エッチング工程(13)で形成されたウェーハ裏面の凹凸の一部を研磨する裏面軽研磨工程(17)を更に含む請求項３記載の加工方法。
  5. フッ酸及び硝酸を主成分とする酸水溶液を１００重量％としたとき、前記酸水溶液はリン酸を３０〜４０重量％含有する請求項３記載の加工方法。
  6. エッチング工程(13)における酸エッチングを、シリコンウェーハへ酸エッチング液を滴下し、前記ウェーハをスピンさせることにより前記滴下した酸エッチング液をウェーハ表面全体に拡げてエッチングするスピンコート法により行う請求項３記載の加工方法。
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