JP2006093453A - アルカリエッチング液及びアルカリエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェーハのアルカリエッチングのための新規なアルカリエッチング液およびアルカリエッチング方法を提供する。
【解決手段】アルカリ水溶液に多価アルコールを含むことを特徴とするアルカリエッチング液。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリエッチング液及びアルカリエッチング方法に関する。

半導体ウェーハの製造工程において、単結晶製造装置により製造された単結晶インゴットをスライスして薄板円盤状のウェーハを作成し、スライスしたウェーハの欠けや割れを防止するためウェーハの外周部をベベリングし、その後にウェーハの平坦化のためにラッピングする。

さらにこのラッピングの後に残留する機械加工により変質した変質加工層を除去するために湿式エッチングが行われる。湿式エッチングには、例えばフッ酸、硝酸、酢酸などからなる混酸を用いる酸エッチングと、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリを用いるアルカリエッチングとがある。

近年、より微細加工を可能とするべく半導体ウェーハについては極めて高い平坦度（ウェーハ全面についての平坦性のみならず表面全体に存在する凹凸性）を要求されるようになっている一方、従来の酸及びアルカリエッチング液を用いたエッチング方法ではこの強い要求を満たすには十分ではなかった（例えば特許文献１、２）。
特開２００３−２２９３９２号公報 特開２００４−４８０２６号公報

本発明は、半導体ウェーハのアルカリエッチングのための新規なアルカリエッチング液を提供する。

本発明者は、前記要求を満たす優れたアルカリエッチング液を開発すべく鋭意研究した結果、ウェーハ面全体に亘ってアルカリエッチング速度を均一とする作用を有する添加物を加えることで、半導体ウェーハの全面に亘って極めて高い平坦性を維持しつつかつウェーハの表面に凹凸を生じることなく望ましい程度のエッチングが達成されることを見出し本発明を完成した。

すなわち本発明にかかるアルカリエッチング液は、は従来使用されてきたアルカリエッチング液に多価アルコールを添加して使用するものであって、エッチング後の半導体ウェーハの表面全体に亘って高い平坦性を示すものである。

さらに本発明は、前記の多価アルコールとしてグリセリンを用いたアルカリエッチング液に関する。

また本発明にかかるエッチング方法は、本発明にかかるアルカリエッチング液を用いることを特徴とするエッチング方法に関する。

本発明のアルカリエッチング液を用いることにより、極めて平坦性の優れた半導体ウェーハを得ることができる。

（アルカリエッチング液）
本発明のアルカリエッチング液（以下「本エッチング液」とする。）は、通常公知のアルカリエッチング液に、エッチングの際ウェーハ面全体に亘ってエッチング速度を均一とする作用を有する添加物を加えることを特徴とする。

本エッチング液に使用するアルカリエッチング液は市販されているものも含めて通常公知のアルカリエッチング液であれば特に制限はなく、望ましいエッチング特性とエッチング処理される半導体ウェーハの特性等を鑑みて適宜選択することができる。アルカリとしては無機アルカリが好ましく、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム又はこれらの混合溶液が挙げられる。また好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又はこれらの混合溶液が挙げられる。また、アルカリの濃度も特に制限されず、エッチング処理される半導体ウェーハの種類、エッチング条件に応じて適宜選択することができる。アルカリの濃度は、一般に３０〜６０重量％の範囲であり、より好ましくは４８〜５０重量％の範囲である。かかるアルカリ水溶液は、市販されているものを使用してもよいし、又は調製して使用することもできる。

さらに本発明において使用可能なアルカリエッチング液の純度についても特に制限はなく、エッチング処理される半導体ウェーハの種類、エッチング処理に伴う金属汚染の程度等を考慮して適宜選択することが可能である。半導体製造プロセスにおいて使用する場合には、高純度（含有金属不純物の濃度が低い）のアルカリと超純水とから調製することが好ましい。

またエッチング処理される半導体ウェーハは、アルカリエッチングされる種々の材質、形状の材料を意味する。具体的には通常のウェーハ（例えば半導体ウェーハ、特にシリコンウェーハ）を挙げることができる。

本アルカリエッチング液は、上で説明したアルカリエッチング液にエッチングの際ウェーハ面全体に亘ってエッチング速度を均一とする作用を有する物質が添加されていることを特徴とする。かかる物質は、通常の半導体ウェーハのアルカリエッチング条件においてアルカリ成分がウェーハ面をエッチングする際、ウェーハ面全面に亘ってエッチング速度を均一とする作用を有する物質であれば特に制限はない。具体的には、アルカリ濃度が約４０〜６０重量％でありかつエッチング処理の温度が約６０℃〜１００℃で化学的に安定であり、アルカリ成分がウェーハ面をエッチングする際、ウェーハ面全面に亘ってエッチング速度を均一とする作用を有する物質であればよい。かかる条件下でアルカリ成分がウェーハ面をエッチングする際、ウェーハ面全面に亘ってエッチング速度を均一とする作用を有する物質として、具体的には種々の化学構造を有する有機多価アルコールが挙げられる。好ましい有機多価アルコールとしては炭素数２〜６個の直鎖状若しくは分岐のあるアルキル多価アルコールであって水酸基が２〜６個の物が挙げられる。特に本エッチング液において添加可能な多価アルコールは、炭素数２〜４でかつ水酸基の数が２〜４個の物が好ましい。より具体的にはエチレングリコール、グリセリン、ｍｅｓｏ−エリスリトールなどが挙げられる。特に好ましいのはグリセリンである。かかる有機多価アルコールは、市販品をそのまま、若しくは精製後使用することができる。

本アルカリエッチング液に添加する多価アルコールの濃度についても特に制限はない。望ましいエッチング速度等の特性を満たすべく濃度を適宜選択することが可能である。濃度があまりに低い場合には十分な平坦性が得られないことから、好ましい濃度は少なくとも０．０１重量％、特に好ましくは０．１重量％以上である。使用アルカリエッチング液の種類とアルカリ濃度、多価アルコールの濃度の最適化は実際に半導体ウェーハを用いてエッチングし、適当な平坦性評価手段（定性的、または定量的）を用いて評価することにより行うことができる。

例えばシリコンウェーハをＮａＯＨアルカリエッチング液でエッチングする場合、添加グリセリン量は０．０１〜１．０重量％の範囲である。

本アルカリエッチング液の製造方法については特に制限はなく、アルカリエッチング液に、上記の多価アルコールを添加混合し必要ならば攪拌することで調製できる。また多価アルコールは水溶液として添加することもできる。本アルカリエッチング液は通常のアルカリエッチング液の保存条件に準じて保存することができる。

（アルカリエッチング方法）
本発明によるアルカリエッチング方法は、上記本アルカリエッチング液を用いることを特徴とする半導体ウェーハのアルカリエッチング方法である。本アルカリエッチング液を使用することにより、ウェーハ面全面に亘ってエッチング速度を均一となり、エッチング後のウェーハ面全面に亘り高い平坦性を有するウェーハが得られる。本アルカリエッチング液を使用するエッチング方法において、エッチング条件については特に制限はない。通常のアルカリエッチング条件がそのまま又は最適化して使用することができる。エッチング温度は半導体ウェーハの種類、エッチング速度などに応じて適宜選択することが可能であるが、６０〜１００℃の範囲である。さらにアルカリエッチング時間についても特に制限はなく、所望のエッチング量（除去厚）に応じて適宜最適化することができる。

本発明のアルカリエッチング方法において、エッチング量とは除去される厚さを意味する。本発明においてはエッチング量については特に制限はない。本発明のアルカリエッチング方法を、ラッピングされたウェーハに適用する場合には、このアルカリエッチングは通常では加工変質層を除去する目的で行うため、このエッチング量は加工変質層より厚い。通常のエッチング量は１５〜４０μｍであり、好ましいエッチング量は２０〜３０μｍである。

以下本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

ここで、エッチング量の測定及び半導体ウェーハの平坦性については、以下の方法で評価した。

測定試料の作成方法：直径２００ｍｍ、抵抗率が８〜１０Ω・ｃｍのＰ型単結晶インゴットをチョクラルスキー法により作成した。次にワイヤーソーでウェーハ状に切断し、周辺部を面取り加工したシリコンウェーハを用意した。次にラッピング工程にてラップ加工を施し、ラッピングスラリーを除去する為に界面活性にて洗浄し、水洗及び乾燥したシリコンウェーハを準備した。
測定装置：ＡＤＥ社製、ウルトラゲージ９７００
エッチング量の測定：上記エッチングの前後に、ＡＤＥ社製の静電容量型フラットネス測定器を用いて、ウェーハ中心厚みを測定し、エッチング量（＝エッチング前厚みーエッチング後厚み）を算出した。

平坦性の評価方法：ＡＤＥ社製の静電容量型フラットネス測定器を用いて、ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）をした。ＴＴＶとは、一般にウェーハ面内に１つの基準面を持ち、この基準面に対する最大、最小の位置変位の幅と定義される値である。平坦度評価として、ＴＴＶをエッチングの前後で測定し、ΔＴＴＶ（＝エッチング後ＴＴＶ−エッチング前ＴＴＶ）を算出した。つまり、ΔＴＴＶ値が小さいほどエッチングによる平坦度悪化が少ないことを意味する。

エッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）は、ＡＤＥ社製の解析ソフトウェア（メトロツールＩＩ）を用いて、エッチング前後の形状測定データより出力した。エッチング代形状の凹凸が小さいほど、均一なエッチング取代を意味する。

（実施例１）： グリセリン０．１重量％含有４８％水酸化ナトリウムアルカリエッチング液を用いたエッチング
直径８インチ、抵抗率８〜１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスし、べべリング、ラップし、界面活性剤によるラップ後洗浄されたウェーハを準備した。

次に４８％水酸化ナトリウム６５Ｌをエッチング槽に入れ、グリセリン１００ｇを添加し８５℃に保ったエッチング液を準備した。

ラッピング後のウェーハは上記エッチング液中で回転数２５ｒｐｍ、揺動数２０ｃｐｍの運動条件下で、両面でのエッチング量が２５μｍになるようにエッチング時間を調整した。エッチング後のウェーハは超純水で洗浄し、乾燥した。図１には平坦性をウルトラゲージ９７００で測定した結果が示されている。図１からΔＴＴＶ：０．０１μｍ（−０．２〜０．２μｍ）であることがわかる。また図２に得られたエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す。

（実施例２）： グリセリン濃度１．０重量％含有４８％水酸化ナトリウムアルカリエッチング液を用いたエッチング
直径８インチ、抵抗率８〜１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスし、べべリング、ラップし、界面活性剤によるラップ後洗浄されたウェーハを準備した。

次に４８％水酸化ナトリウム６５Ｌをエッチング槽に入れ、グリセリン１０００ｇを添加し８５℃に保ったエッチング液を準備した。

ラッピング後のウェーハは上記エッチング液中で回転数２５ｒｐｍ、揺動数２０ｃｐｍの運動条件下で、両面でのエッチング量が２５μｍになるようにエッチング時間を調整した。エッチング後のウェーハは超純水で洗浄し、乾燥した。また図３に得られたエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す。

（実施例３）： グリセリン濃度０．１重量％含有５２％水酸化ナトリウムアルカリエッチング液を用いたエッチング
直径８インチ、抵抗率８〜１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスし、べべリング、ラップし、界面活性剤によるラップ後洗浄されたウェーハを準備した。

次に５２％水酸化ナトリウム１５Ｌをエッチング槽に入れ、グリセリン１００ｇを添加し８５℃に保ったエッチング液を準備した。

ラッピング後のウェーハは上記エッチング液中で回転数２５ｒｐｍ、揺動数２０ｃｐｍの運動条件下で、両面でのエッチング量が２５μｍになるようにエッチング時間を調整した。エッチング後のウェーハは超純水で洗浄し、乾燥した。また図４に得られたエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す。

（実施例４）： ｎ−ブタノール０．１％含有４８％水酸化ナトリウムアルカリエッチング液を用いたエッチング
直径８インチ、抵抗率８〜１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスし、べべリング、ラップし、界面活性剤によるラップ後洗浄されたウェーハを準備した。

次に５２％水酸化ナトリウム６５Ｌをエッチング槽に入れ、ｎ−ブタノール１００ｇを添加したが、沈殿物が生成した。

（実施例５）： ポリエチレングリコール０．１％含有４８％水酸化ナトリウムアルカリエッチング液を用いたエッチング
直径８インチ、抵抗率８〜１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスし、べべリング、ラップし、界面活性剤によるラップ後洗浄されたウェーハを準備した。

次に４８％水酸化ナトリウム６５Ｌをエッチング槽に入れ、ポリエチレングリコール１００ｇを添加したが、分解反応が生じた。

（比較例１）
直径８インチ、抵抗率８〜１０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスし、べべリング、ラップし、界面活性剤によるラップ後洗浄されたウェーハを準備した。

次に４８％水酸化ナトリウム６５Ｌをエッチング槽に入れ、８５℃に保持したエッチング液を準備した。

ラッピング後のウェーハは上記エッチング液中で回転数２５ｒｐｍ、揺動数２０ｃｐｍの運動条件下で、両面でのエッチング量が２５μｍになるようにエッチング時間を調整した。また図５に得られたエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す。

本エッチング液を用いて、アルカリエッチングされる種々の材質、形状の材料を、極めて優れた平坦性でアルカリエッチングできる。

実施例１において平坦性を測定した結果を示す図である。

実施例のエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す図である。

実施例２のエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す図である。

実施例３のエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す図である。

比較例１のエッチング代形状（＝エッチング前形状−エッチング後形状）を示す図である。

Claims (3)

1. アルカリ水溶液に多価アルコールを含むアルカリエッチング液。
2. 多価アルコールとしてグリセリンを用いた請求項１記載のアルカリエッチング液。
3. アルカリ水溶液に多価アルコールを含むアルカリエッチング液を用いることを特徴とする、アルカリエッチング方法。

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