JP2011187706A

JP2011187706A - シリコンウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP2011187706A
Application number: JP2010051785A
Authority: JP
Inventors: Yumi Hoshino; 由美星野; Toshiaki Ono; 敏昭小野
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2010-03-09
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-09-22

Abstract

【課題】デバイスプロセス中にかかる応力によって割れることがないシリコンウェーハの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、シリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハをラッピングする工程と、ラッピングされたウェーハの裏面に深さ１０μｍ以上のレーザマークを印字する工程と、レーザマークが印字された前記ウェーハをエッチングする工程を有している。エッチング工程では、レーザマークの深さｘ（μｍ）がｘ≦６０のときｙ≧４を満たし、ｘ＞６０のときｙ≧０．００１ｘ^２−０．１１８６ｘ＋８．０６４３を満たすようにそのエッチング量ｙ（μｍ）が制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの製造方法に関し、特に、レーザマークを有するウェーハの製造方法に関する。

代表的な半導体ウェーハであるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットから切り出された後、面取り、ラッピング、エッチング、ポリッシング等の各工程を経て製品化される。ラッピングは、主にウェーハ厚を規定値に揃えるための研削加工であり、ラッピング後のエッチングは、ラッピングによってウェーハ表面に生じた加工歪み層を除去することを目的としている。また、エッチング後のポリッシングは、ウェーハ表面を鏡面仕上げするための研磨加工である。

ウェーハにはその種類やロット番号などを識別するためのレーザマークが付与される。レーザマークは、ウェーハ裏面の周縁部にパルスレーザを照射することによって形成されたドットマトリックスであり、デバイスプロセス等での読み取りを確実にするためには少なくとも１０μｍのドット深さが必要とされている。例えば、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに形成されるレーザマークのドット深さは５５〜７０μｍとされ、ラッピング後に形成されることが多い。

しかし、このような深いドットをレーザで加工しようとすると、そのレーザ加工に伴って飛散物（シリコンダスト）が生じ、これがウェーハ表面に付着することが避けられない。さらに、レーザマーキング後にエッチングを行うと、ドット径及びドット深さのバラツキが大きくなる。特に、（１００）ウェーハにアルカリエッチングを行った場合は、レーザマーキング加工で形成されたドットの平面形状及び縦断面形状がエッチングによって大きく崩れることなる。そして、例えばドット深さが大きくなった場合はドット内の洗浄性が悪化し、逆にドット深さが小さくなった場合はマークの判読不良などの弊害が生じる。

そのため、特許文献１には、１０μｍ以上のドット深さを有するレーザマークを持つ半導体ウェーハの製造方法において、エッチング工程の省略、またはエッチング後にレーザマーク加工を行う方法が開示されている。特許文献１の方法によれば、ラップ加工歪みやレーザ加工付着物による加工歩留まりの低下を伴うことなく、エッチングによるドット変形を効果的に防止でき、ドット変形による判別不良やドット内の洗浄性の悪化を回避することができる。

特開２００１−２１９３８６号公報

ところで、最近の４５ｎｍプロセス導入以降、ウェーハにはレーザスパイクアニール（Laser Spike Anneal：ＬＳＡ）やフラッシュランプアニール（Flash Lamp Anneal：ＦＬＡ）といった急速昇降温熱処理が施される機会が増えている。従来のＲＴＡ（Rapid thermal Anneal）とイオン注入との組み合わせでは、ＣＭＯＳのソース／ドレイン拡散層領域に要求される低抵抗極浅接合を実現することが困難となってきており、より高温且つ極短時間での熱処理が求められているためである。

ウェーハを急速昇降温するアニール技術の導入に伴い、デバイスプロセス中のウェーハにかかる応力も増加しており、ウェーハの割れが問題となっている。特に、ウェーハの裏面にはレーザマークが存在しており、レーザマーク部分の強度が弱いとデバイスプロセス中にレーザマーク部分が割れの原因となる。そのため、ウェーハ面のみならずレーザマーク部分の加工歪みを確実に除去することが重要な課題となってきている。

一方、特許文献１では、エッチングを省略しても加工歪みは問題にならないとしているが、ここにいう加工歪みとはウェーハ面の加工歪みのことであり、レーザマーク部分の加工歪みについては触れられていない。すなわち、引用文献１では、ウェーハ面の加工歪みで問題がある場合には、エッチング後にレーザマークを形成する方法をとることがよいと述べられている。

しかしながら、実際にはエッチング処理されていない深さ１０μｍ以上のレーザマークを有するウェーハは、低応力でも割れが発生していることから、レーザマーク部分には加工歪みが存在していると考えられる。つまり、レーザマークを形成した後のエッチングは必要であり、レーザマークの深さに対して適切なエッチング量が求められている。

レーザマークが浅い場合、エッチングによってレーザマークが浅くなると共にエッジが緩やかになり、マークの認識が非常に困難となる。一方、レーザマークが深い場合には、レーザマーク部分の強度が不足し、デバイスプロセス中に加わる引張応力等によってウェーハの割れが発生するおそれがある。したがって、レーザマーク部分を含むウェーハ全体の加工歪みを確実に除去できるようなエッチングを行う必要がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、デバイスプロセス中にかかる応力によって割れることがないシリコンウェーハの製造方法を提供することにある。

本発明者らは上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、レーザマークの深さとウェーハの割れを防止するために必要なエッチング量との間には一定の関係があり、レーザマークの深さに合わせてエッチング量を増やした方がよく、さらにエッチング液の種類に応じてエッチング量を調整した方がよいことを見出した。

本発明はこのような技術的知見に基づくものであり、本発明によるシリコンウェーハの製造方法は、シリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハをラッピングする工程と、ラッピングされた前記ウェーハの裏面に深さ１０μｍ以上のレーザマークを印字する工程と、前記レーザマークを印字した後、前記ウェーハをエッチングする工程とを備え、前記レーザマークの深さをｘ（μｍ）、前記エッチング量をｙ（μｍ）とするとき、
ｘ≦６０においてｙ≧４、
ｘ＞６０においてｙ≧０．００１ｘ^２−０．１１８６ｘ＋８．０６４３を満たすように前記エッチング量ｙを制御することを特徴とする。

ラッピングに伴うウェーハ面の加工歪みは少なくとも一定のエッチング量で除去でき、特許文献１によればエッチングの省略も可能とされているが、レーザマークの加工歪みを確実に除去することはできない。レーザマークの加工歪みを確実に除去するためには、そのドット深さに応じてエッチング量を調整する必要がある。本発明によれば、レーザマークの深さとエッチング量との関係を示す上記関係式に基づいてエッチング量を調整するので、レーザマーク部分を含むウェーハ全体の加工歪みを確実に除去することができる。したがって、プロセス中に加わる引張応力によってウェーハが割れることを防止することができる。

本発明においてレーザマークとは、パルスレーザを照射することによって形成されたドットマトリックスを含む。この場合、各ドットはウェーハ表面の凹みであり、ドットの配列によってＳＥＭＩ準拠のＯＣＲ文字、バーコード、二次元コードなどが形成され、これによりウェーハ裏面の周縁部にはウェーハＩＤがマーキングされる。

本発明において、前記ウェーハをエッチングする工程では当該ウェーハを酸エッチングすることが好ましく、
ｘ＞６０においてｙ≧０．０００８ｘ^２−０．１０３９ｘ＋５．７４４８を満たすように前記エッチング量ｙを制御することが好ましい。

本発明において、前記シリコンウェーハは、最高温度１０００℃以上で１秒以下の熱処理が付与されるデバイスプロセスに供されるものであることが好ましい。このようなウェーハにはデバイスプロセス中に１００ＭＰａ程度の応力がかかるとされ、本発明によればそのような応力が加わっても割れが生じないウェーハを提供することができる。

本発明によれば、デバイスプロセス中にかかる応力によって割れることがないシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。

発明の好ましい実施の形態によるシリコンウェーハの製造方法を説明するための工程図である。ウェーハの三点曲げ試験について説明するための模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。ウェーハの三点曲げ試験の結果を示すグラフであって、レーザマークの深さｘと酸エッチングによるエッチング量ｙとの関係を示すものである。ウェーハの三点曲げ試験の結果を示すグラフであって、レーザマークの深さｘとアルカリエッチングによるエッチング量ｙとの関係を示すものである。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるシリコンウェーハの製造方法を説明するための工程図である。

図１に示すように、シリコンウェーハの製造では、まずシリコン単結晶インゴットを所定の長さに切断し、所定の直径となるように外周を研削し、さらに外周の一部に結晶方位を示すノッチ（又はオリエンテーションフラット）を形成する（Ｓ１０１，Ｓ１０２）。

次に、インゴットを例えばワイヤーソー方式でスライスし、ウェーハ形状に加工した後、洗浄する（Ｓ１０３）。さらに、ダイアモンド砥石にてウェーハ外周を製品直径に研削し、端面が円弧状となるように面取りする（Ｓ１０４）。

次に、面取りされたウェーハをラッピングする（Ｓ１０５）。ラッピングでは、ステンレス製キャリアにウェーハをセットし、上下のラップ盤の間にアルミナ又はシリコンカーバイドの砥粒を含んだラップ液を流し込みながらラップ盤及びキャリアを共に回転させ、ラップ盤とウェーハとを擦り合わせる。これにより、スライシング時にできたウェーハ表面の凹凸が除去され、ウェーハの厚さも揃えられる。また、ウェーハの表面と裏面との平行度を高めることができる。

次に、ラップドウェーハを洗浄した後、ウェーハの裏面にレーザマークを形成する（Ｓ１０６）。レーザマークの形成では、ウェーハの裏面の周縁部にレーザ光を照射することによりドットを形成し、さらに複数のドットの配列によって数字、アルファベット等のマークが形成される。

レーザマークの深さは１０μｍ以上であることが必要である。１０μｍ未満の場合には、デバイスの成膜工程後にドット深さが浅くなり、リーダ等による印字内容の認識が困難となり、デバイスプロセス中にレーザマークに基づく枚葉管理を行うことができなくなるからである。一方、レーザマークの深さは１５０μｍ以下であることが好ましい。レーザマークが深すぎるとレーザマークそのものがウェーハの割れの原因となるからである。さらに、レーザマークが深くなるほどレーザマーク部分の加工歪みも大きくなり、その除去のために必要なエッチング量も増大することから、レーザマークはその読み取りが可能な範囲内でできるだけ浅い方がよい。

本明細書においてレーザマークの深さとは、特に断らない限り、最終製品時の深さを意味する。そのため、レーザマーク形成直後のレーザマークの深さは、最終の狙い深さよりも１０〜２０μｍ程度深いことが必要である。レーザマーク形成直後のウェーハは、その後の加工で薄化され、ドットが浅くなっていくからである。

次に、レーザマーク付きラップドウェーハをエッチングする（Ｓ１０７〜Ｓ１０９）。エッチングでは、エッチング液中でウェーハをセットした治具を回転させながらエッチングし、ラッピングによる加工歪みのみならずレーザマークの加工歪みを除去する。

レーザマーク部分の加工歪みを確実に除去するためには、そのドット深さに応じてエッチング量を調整する必要がある。ラッピングに起因するウェーハ面の加工歪みは少なくとも一定のエッチング量で除去できるが、レーザマーク部分の加工歪みを除去することはできないからである。特に、レーザマークの深さが６０μｍよりも大きいときにはそのような問題が顕著となる。

エッチング量の制御はレーザマークのドット深さによって異なる。本実施形態においては、レーザマークの深さｘが６０μｍ以下（ｘ≦６０μｍ）のとき、エッチング量ｙが４μｍ以上（ｙ≧４μｍ）となるようにエッチング条件を制御する（Ｓ１０７Ｎ，Ｓ１０８）。また、レーザマークの深さｘが６０μｍ超（ｘ＞６０μｍ）のとき、エッチング量ｙがｙ≧０．００１ｘ^２−０．１１８６ｘ＋８．０６４３となるようにエッチング条件を制御する（Ｓ１０７Ｙ，Ｓ１０９）。このようにすることで、レーザマーク部分を含むウェーハ全体の加工歪みを確実に除去することができる。

エッチング液としては、酸性溶液およびアルカリ性溶液のどちらを用いてもよい。ただし、酸エッチングとアルカリエッチングでは、レーザマーク部分の加工歪みを除去して所望の強度を持たせるために必要なエッチング量は異なり、酸エッチングよりもアルカリエッチングのほうが同じドット深さに対してより多くのエッチングが必要である。

このようなエッチング量の違いは、酸エッチングとアルカリエッチングの性質の違いに起因すると考えられる。アルカリエッチングは平坦度のコントロールが容易であり、方位選択性も大きいが、面粗さが大きい。これに対し、酸エッチングの場合には、面粗さは比較的小さいが、平坦度のコントロールが難しく、方位選択性が小さい。このような性質の違いから、酸エッチングとアルカリエッチングとでは、一定のドット深さを有するレーザマーク部分の加工歪みを除去するために必要なエッチング量が異なる。

このように、アルカリエッチングの方がより多くのエッチング量を必要とするため、アルカリエッチングによるエッチング量の基準条件（関係式）を採用にすれば、酸エッチングでも所望の強度を確保することができる。もちろん、アルカリエッチングの場合にはアルカリエッチングの基準条件を参照し、酸エッチングの時には酸エッチングの基準条件を参照すれば、ドット深さに対するエッチング量をより細かく制御することができる。ただし、統一的な基準に基づいてエッチング量を制御すれば、簡便でより実用的な制御が可能である。

その後、エッチングされたウェーハは、ポリッシングによって極めて平滑な鏡面状態とされ（Ｓ１１０）、さらにこれに続く洗浄を受けて製品ウェーハとされる（Ｓ１１１）。

以上説明したように、本実施形態によれば、レーザマークの深さと、所定の引張応力がウェーハに加わったとしても割れることのないエッチング量との関係を示す上記関係式に基づいてエッチング量を調整するので、ウェーハ面のみならず、レーザマーク部分を含むウェーハ全体の加工歪みを除去することができる。したがって、ＬＳＡ等の急速昇降温熱処理によってウェーハに大きな引張応力が加わった場合でもレーザマーク部分を起点とするウェーハの割れを確実に防止することができる。

また、レーザマークのドット深さが６０μｍ以下であればエッチング量を増やしたとしてもウェーハ強度があまり変わらないことから、レーザマークの深さに伴う最適なエッチング量を設定することで、ウェーハが必要以上にエッチングされてしまうことを防止することができ、原料の有効利用による製造コストの削減を図ることができる。すなわち、レーザマークを有するウェーハに対する高い生産性を実現することができる。

また、本実施形態によれば、酸エッチング及びアルカリエッチングの特性の違いを考慮し、アルカリエッチングにおけるレーザマークのドット深さと有効エッチング量との関係式に基づいて、適切なエッチング量を決定するので、アルカリエッチングはもちろんのこと、酸エッチングの場合でもレーザマーク部分の加工歪みを確実に除去することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態によるシリコンウェーハの製造方法では、ラッピング、レーザマーキング、エッチング等の各工程を経ているが、本発明はこれらの工程の前後あるいは工程間に他の工程が入ることを妨げるものではない。

また、上記実施形態は主にハードレーザマークを対象としているが、ソフトレーザマークに適用することも可能である。ソフトレーザマークはウェーハ表面を溶融させることによって形成された３〜６μｍ程度の非常に浅いドットであることから、この場合はウェーハのエッチング量を４μｍ以上とすればよいことになる。

また、本発明においてシリコンウェーハのサイズは特に限定されず、直径３００ｍｍのウェーハはもちろんのこと、３００ｍｍ未満のウェーハであってもよく、３００ｍｍよりもさらに大口径のウェーハであってもよい。

〔実施例１〕
レーザマーク印字工程で様々な深さのレーザマークを印字し、その後、様々なエッチング量で酸エッチング処理を行った後、鏡面研磨を施した直径３００ｍｍの（１００）シリコンウェーハのサンプルを製造した。次に、ウェーハのレーザマーク部分に引張応力をかける三点曲げ強度試験を行い、ウェーハの破壊応力を測定した。

図２は、ウェーハの三点曲げ試験について説明するための模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、三点曲げ試験では、レーザマーク１０ａが付与されているシリコンウェーハ１０の裏面を下向きにし、２つの支点１１ａ，１１ｂに支えられたウェーハ１０の上方からポンチ１２を降下させてウェーハ１０に曲げ荷重を与えた。このとき、レーザマーク１０ａに対して最大の引張応力がかかるように、レーザマーク１０ａがポンチ１２の直下にくるようにした。ウェーハ１０の表面に対して垂直に加えられる荷重は、レーザマーク１０ａを引き裂く方向の応力成分（σｘｘ）に換算したとき、σｘｘ＝１００ＭＰａとなるように設定した。デバイスプロセスでウェーハ裏面にかかる引張応力成分σｘｘは１００ＭＰａ程度であり、１００ＭＰａの引張応力に耐えられるウェーハであればデバイスプロセス中の割れを防止できると考えられるからである。

図３は、三点曲げ試験の結果であって、レーザマークの深さｘとエッチング量ｙとの関係を示すグラフである。図３では引張応力成分σｘｘ＝１００ＭＰａで割れなかったサンプルを「○」、割れたサンプルを「×」で示している。

図３に示すように、レーザマークの深さが６０μｍ以下の範囲では、４μｍ以上のエッチング量を確保すれば問題がないことが確認された。また、レーザマークの深さが６０μｍよりも大きい場合、レーザマークの深さが深くなるほどウェーハは割れやすくなり、そのためエッチング量を増やす必要があることが分かった。

さらに、図３中の曲線で示すように、レーザマークの深さｘとエッチング量ｙとの間には、以下に示す関係式があることが分かった。
ｙ＝０．０００８ｘ^２−０．１０３９ｘ＋５．７４４８・・・（１）

そして、エッチング量がこの曲線を上回っていれば１００ＭＰａの引張応力がかかってもウェーハは割れないことが分かった。

〔実施例２〕
レーザマーク印字後に酸エッチングではなくアルカリエッチングを行った点以外は実施例１と同一条件下でシリコンウェーハのサンプルを製造し、実施例１と同一条件下でウェーハの三点曲げ強度試験を行い、ウェーハの破壊応力を測定した。

図４は、三点曲げ試験の結果であって、レーザマークの深さｘとエッチング量ｙとの関係を示すグラフである。図４では引張応力成分σｘｘ＝１００ＭＰａで割れなかったサンプルを「○」、割れたサンプルを「×」で示している。

図４に示すように、レーザマークの深さが６０μｍ以下の範囲では、４μｍ以上のエッチング量を確保すれば問題がないことが確認された。また、レーザマークの深さが６０μｍよりも大きい場合、レーザマークの深さが深くなるほどウェーハは割れやすくなり、そのためエッチング量を増やす必要があり、図４中の曲線で示すように、レーザマークの深さｘとエッチング量ｙとの間には、以下に示す関係式があることが分かった。
ｙ＝０．００１ｘ^２−０．１１８６ｘ＋８．０６４３・・・（２）

さらに、図３と図４との比較から、同じエッチング量とした場合にはアルカリエッチングの方が酸エッチングよりも割れやすく、アルカリエッチングではエッチング量を多くする必要があることが分かった。このことは、アルカリエッチングにおいて求めた上記関係式（２）を用いれば、酸エッチングにおいてウェーハの割れを防止可能な上記関係式（１）を満たすことができ、エッチングの種類によらずウェーハの割れを防止できることを意味するものである。

１０シリコンウェーハ
１０ａレーザマーク
１１ａ，１１ｂ支点
１２ポンチ

Claims

シリコン単結晶インゴットから切り出されたウェーハをラッピングする工程と、
前記ラッピングされたウェーハの裏面に深さ１０μｍ以上のレーザマークを印字する工程と、
前記レーザマークが印字された前記ウェーハをエッチングする工程を有し、
前記レーザマークの深さをｘ（μｍ）、前記エッチング量をｙ（μｍ）とし、
ｘ≦６０のとき、ｙ≧４
を満たし、且つ
ｘ＞６０のとき、ｙ≧０．００１ｘ^２−０．１１８６ｘ＋８．０６４３
を満たすように前記エッチング量ｙを制御することを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
前記ウェーハをエッチングする工程では、当該ウェーハをアルカリエッチングすることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。
前記ウェーハをエッチングする工程では、当該ウェーハを酸エッチングし、且つ
ｘ＞６０のとき、ｙ≧０．０００８ｘ^２−０．１０３９ｘ＋５．７４４８
を満たすように前記エッチング量ｙを制御することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの製造方法。