JP3487489B2

JP3487489B2 - 半導体ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP3487489B2
Application number: JP13751997A
Authority: JP
Inventors: 忠弘加藤; 裕夫笠原
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JPH10312989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハ、
特に単結晶シリコンウェーハの製造方法に関する。更に
詳しくは、ウェーハ加工工程中に生成した表面加工変質
層をエッチング除去する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウェーハの製造工程は、
ＣＺ法やＦＺ法等で製造された単結晶半導体ロッドを円
形内周刃やワイヤーソー等を用いて薄板円盤状に切断す
るスライス工程と、ウェーハ円周端部の欠片落ち防止の
ための面取り工程と、スライス時に生じたウェーハのう
ねりを除去して高い平坦度を得るためのラップ工程と、
スライス工程やラップ工程でウェーハ表面上に導入され
た表面加工変質層を除去するためのエッチング工程と、
デバイス製造時に要求される超高レベルの平坦度を得る
ための表面研磨工程と、表面研磨工程で導入されたウェ
ーハ表面上の残留研磨剤等の不純物を除去するための洗
浄工程とに大別され、半導体ウェーハは上記の順番通り
の加工工程を経て製造される。

【０００３】表面加工変質層を除去するためのエッチン
グ工程としては、半導体ウェーハを酸性溶液に浸漬して
行う酸エッチング（ミラーエッチング）と、アルカリ性
溶液に浸漬して行うアルカリエッチングの二種類が存在
する。酸エッチングの反応形態は基本的に拡散速度律速
であり、エッチング速度がエッチング溶液中のウェーハ
面内上での反応種や反応生成物の濃度勾配に大きく依存
し、不均一な流れ等による拡散層厚さの不均一さによっ
てウェーハの平坦度が悪化するという問題を抱えてい
る。一方、アルカリエッチングの反応形態は反応速度律
速であるため、エッチング速度はエッチング溶液中の反
応種や生成物の拡散速度に依存せず、エッチング後のウ
ェーハの平坦度は高レベルで保持される。

【０００４】従って、近年のデバイス集積度向上に伴う
高平坦度ウェーハの要求に応えるためには、酸エッチン
グよりもアルカリエッチングの方が有利であると言え
る。これは、研磨工程で得られる平坦度が研磨原料のエ
ッチングされたウェーハの平坦度に依存しているため、
エッチング工程後の平坦度も高平坦なものが必要となる
からである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、アルカリ溶液
は、結晶方位の異方性や加工変質層が選択的にエッチン
グされる選択性が酸に比べて強く、ウェーハ面が粗くな
るという欠点を持っている。この面粗さの悪化、特に局
所的に深いピットの存在によって、後工程である表面研
磨工程での研磨代を増加させ、研磨時間増加によるコス
ト増を引き起こしている。そのため、アルカリエッチン
グ後の研磨工程においては、酸エッチング後のものより
も必然的に研磨代を大きく設定しなければならなかっ
た。

【０００６】そこで、ラップ工程を改善して平坦化を向
上させることも検討され、例えば高番手砥粒の使用や砥
粒分級精度の向上等の改善策が考えられる。しかし、ラ
ップ工程自体の生産性の悪化やコスト増を招き、実用化
には至っていない。また、平面研削加工を行う場合も同
様の問題が生じる。

【０００７】研磨代増大の主原因である局所的に深いピ
ットの発生は、エッチングの前工程のラップ工程で導入
されたウェーハ表面の加工変質層深さの不均一が起因し
ており、アルカリエッチング溶液自体の改質では深いピ
ットの発生を回避することは不可能である。そこで、ア
ルカリエッチングの前工程、即ち、ラップの後工程にお
いて、深いピットの発生を防ぐ手段を講じることが大き
な課題である。

【０００８】そこで本発明は、上記のような問題点に鑑
みてなされたものであり、局所的に深いピットのない高
平坦な半導体ウェーハを低コストで製造する方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１記載の発
明は、半導体ウェーハの加工工程中に生成した表面加工
変質層をアルカリエッチングする工程を含む半導体ウェ
ーハの製造方法において、アルカリエッチングを行う前
に、アルカリ溶液に対し比較的容易に溶解若しくは分解
する流動体を前記半導体ウェーハの表面に付着させるこ
とを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供する。

【００１０】本願の請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記流動体がアルカリ溶液に対して
前記表面加工変質層より速いか又は同程度に溶解若しく
は分解するものであることを特徴とする半導体ウェーハ
の製造方法を提供する。

【００１１】本願の請求項３記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記流動体が低表面張力且つ低粘度
であることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提
供する。

【００１２】本願の請求項４記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記流動体が、アルコール、界面活
性剤、ワックス及び接着剤から選択された流動体である
ことを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供す
る。

【００１３】本願の請求項５記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記流動体を前記半導体ウェーハの
表面に付着させる工程が、該半導体ウェーハの前記表面
加工変質層の表面に生成しているクラックに該流動体を
充填する態様を含む工程であることを特徴とする半導体
ウェーハの製造方法を提供する。

【００１４】本願の請求項６記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記流動体を前記半導体ウェーハの
表面に付着させる工程が、該半導体ウェーハを該流動体
に浸漬する工程又は該半導体ウェーハの表面に該流動体
を塗布する工程であることを特徴とする半導体ウェーハ
の製造方法を提供する。

【００１５】本願の請求項７記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記流動体を前記半導体ウェーハの
表面に付着させる前に該半導体ウェーハをフッ酸処理す
ることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供す
る。

【００１６】以下、本発明を更に詳細に説明する。

【００１７】本発明は、スライスやラップ若しくは平面
研削等の機械加工で導入されたウェーハ表面上の加工変
質層を除去するアルカリエッチング工程の前処理とし
て、アルカリエッチングに特有な結晶方位異方性や選択
性に起因する面粗さの悪化を防止する工程を組み込んだ
半導体ウェーハの製造方法である。

【００１８】研磨代を増大させる主要因は、平均的な面
粗さよりも寧ろ局所的に深いピットである。この深いピ
ットは、以下の様なメカニズムで発生することが予備実
験により確かめられている。

【００１９】すなわち図２に示すように、例えばラップ
工程後の半導体ウェーハ１０のラップされた表面１１に
は、ラップ砥粒による平均的な面粗さ１２や平均的な加
工変質層１３が存在するが、局所的に深いクラック１４
やその先端には深い残留加工変質層１５がある頻度で発
生する。

【００２０】ラップされた表面１１を苛性ソーダ水溶液
等でアルカリエッチングすると、深い残留加工変質層１
５はエッチングの初期段階で選択的にエッチングされ、
エッチング後の表面１６には深いピット１７が形成され
る。なお、深い残留加工変質層１５の選択的なエッチン
グ効果を弱めるために、アルカリ溶液中に界面活性剤等
を直接添加する方法を試みたが、強アルカリ中ではエッ
チングを行う前に界面活性剤が分解されてしまうため、
十分な効果を得ることはできない。

【００２１】そこで、本発明においては、アルカリエッ
チングを行う前に、半導体ウェーハ１０のラップされた
表面１１に、アルカリ溶液に対し比較的容易に溶解若し
くは分解する流動体１８を付着させる。具体的には、図
１に示すように、半導体ウェーハ１０のラップされた表
面１１の特に深いクラック１４が流動体１８で充填され
るようにする。この状態でアルカリエッチングを行う
と、クラック１４が特に深く選択的にエッチングされる
のを防ぐことができる。

【００２２】すなわち、深いクラック１４を一時的にエ
ッチングから保護することにより、エッチングの初期段
階での深い残留加工変質層１５の選択的なエッチング作
用を弱め、反応を遅らせることができる。これにより、
最終的にピット１７の深さを低減することが可能とな
り、より平滑化された表面１６が得られる。

【００２３】ここで用いられる流動体１８は、アルカリ
溶液に対し比較的容易に溶解若しくは分解するものであ
り、耐アルカリ性を有さないものである必要がある。何
故ならば、流動体１８が耐アルカリ性物質である場合、
この流動体１８をクラック１４に充填すると、その部分
のみエッチングされず、逆に突起となって現れるからで
ある。従って、流動体１８は、アルカリ溶液中で長時間
存在し得ないものの、短時間ではあるがアルカリ溶液中
でエッチングを抑制する効果を有するものである必要が
ある。

【００２４】また、流動体１８は、クラック１４に充填
し易いように、低表面張力且つ低粘度であるのが望まし
い。

【００２５】上記要件を満たす流動体１８の具体例とし
ては、アルコール、界面活性剤、ワックス、接着剤等が
挙げられる。ここで、界面活性剤は前述の通りアルカリ
溶液中に直接添加した場合には効果は得られないが、ア
ルカリエッチングを行う前にウェーハ表面に付着させる
場合にはエッチングを抑制する効果を有する。アルコー
ルや界面活性剤等を用いる場合は半導体ウェーハ１０を
アルコール等に浸漬し、ワックスや接着剤等を用いる場
合はワックス等を半導体ウェーハ１０に塗布するように
して行う。

【００２６】なお、流動体１８を半導体ウェーハ１０の
表面１１に付着させる前に、前処理としてフッ酸処理に
よる自然酸化膜除去の工程を組み込んだ場合は、より高
い効果を得ることが期待できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図３は、本発明を実施するに際し
ての具体的な工程例を示す。工程例として、従来の方法
を示すフローＡに対し、フローＢ、Ｃ、Ｄ及びＥが挙げ
られる。ラップ若しくは研削加工を施された半導体ウェ
ーハは、各フロー共通の工程として、一般的に表面有機
物を除去するために、アンモニア水と過酸化水素水の混
合液からなるＳＣ−１洗浄が施され、更に水洗される。

【００２８】その後、従来の方法（フローＡ）ではその
ままアルカリエッチングをするのに対し、本発明の実施
形態では、ＳＣ−１洗浄及び水洗後、半導体ウェーハを
アルコール若しくは界面活性剤に浸漬した後、アルカリ
エッチングを行う（フローＢ）。また、ＳＣ−１洗浄及
び水洗を施した半導体ウェーハの表面にワックスや接着
剤を塗布した後、アルカリエッチングを行うようにして
もよい（フローＤ）。更に、アルコールや界面活性剤へ
の浸漬工程或いはワックスや接着剤の塗布工程の前処理
として、フッ酸処理による自然酸化膜除去の工程を組み
込んでもよい（フローＣ、フローＥ）。

【００２９】

【実施例】本発明の実施例を以下に説明する。

【００３０】（実施例１）（株）フジミインコーポレー
テッド製ＦＯ＃１２００の砥粒を用いてラップされたシ
リコンウェーハを、ＳＣ−１洗浄及び水洗後、メタノー
ルに約３分間浸漬した後、８０℃、５０重量％苛性ソー
ダ水溶液を用いてアルカリエッチングを行い、両面を３
０μｍエッチングした。

【００３１】（実施例２）シリコンウェーハをメタノー
ルに浸漬する前に５％フッ化水素水溶液に約３分間浸漬
した以外は実施例１と同様の処理を行った。

【００３２】（実施例３）メタノールに浸漬する替りに
シリコンウェーハの主面にα−シアノ・アクリレートを
滴下してスピンコーターにより塗布し、アルカリエッチ
ングにおいて２０μｍの両面エッチングを行った以外は
実施例１と同様の処理を行った。

【００３３】（比較例）ラップ工程後のシリコンウェー
ハを、ＳＣ−１洗浄及び水洗後、そのままアルカリエッ
チングし、２０μｍ及び３０μｍの両面エッチングを行
った。

【００３４】（評価方法）シリコンウェーハ面内に形成
された局所的に深いピットの深さを光学顕微鏡の焦点位
置により求め、面内３０箇所計測の推定最大深さとし
て、［平均値＋３×σ（標準偏差）］を算出した。ま
た、実施例１、実施例２及び比較例については、実際に
研磨を行い、その表面を光散乱を用いたパーティクルカ
ウンターを利用し、ピットの残留を０．１〜３μｍφ粒
径のパーティクルとして計測し、研磨代量を振ることに
よって、ピットが消去されるのに必要な研磨代量を求め
た。なお、研磨条件は、ウレタンパッドとコロイダルシ
リカを用い、ｐＨ＝約１１、荷重＝３５０ｇ／ｃｍ²で
一次研磨後、同条件、荷重＝１５０ｇ／ｃｍ²で仕上げ
研磨を行った。

【００３５】実施例１、実施例２及び比較例の３０μｍ
エッチング時の面状態を光学顕微鏡で観察した写真を図
４に示す。この結果からは、特に面状態に差は見られな
い。また、光学式表面粗さ計を用いた粗さ測定において
も、Ｒａで０．１５〜０．３５μｍと差は認められなか
った。

【００３６】図５は、各実施例及び比較例の最大ピット
深さを示す。ピット深さ計測の結果、図５に示すよう
に、［平均値＋３×σ（標準偏差）］値は、比較例の２
０μｍエッチング時で約７μｍ、３０μｍエッチング時
で約６．５μｍであるのに対し、実施例１の３０μｍエ
ッチング時で約５μｍ、実施例２の３０μｍエッチング
時で約４．５μｍ、実施例３の２０μｍエッチング時で
約６μｍと、同一エッチング深さで実施例は比較例に比
べ約２μｍ程度の改善が認められた。

【００３７】更に、実施例１、実施例２及び比較例の各
条件でエッチングされたウェーハの研磨を行い、ピット
が残留しない最少研磨代をパーティクルカウンターで調
べたところ、図６に示すように、最少研磨代の除去深さ
は比較例は１２μｍであったのに対し、実施例１は８μ
ｍ、実施例２は９μｍと、研磨代では約３〜４μｍの改
善を行うことができた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、大
きな設備投資やコストアップをせずに、研磨工程での研
磨代、強いては研磨コストを低減することができ、なお
且つ近年の高集積化デバイス製造で要求される高平坦な
ウェーハの製造が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラップ工程後の半導体ウェーハ１０の表面１１
に流動体１８を付着させた様子及びエッチングによる表
面形状変化を示す部分断面図である。

【図２】ラップ工程後の半導体ウェーハ１０の表面１１
付近の様子及びエッチングによる表面形状変化を示す部
分断面図である。

【図３】ラップ工程後の各具体的工程例を示す工程図で
ある。

【図４】実施例１、実施例２及び比較例の３０μｍエッ
チング時の面状態を光学顕微鏡で観察した様子を示す図
である。

【図５】各実施例及び比較例の最大ピット深さを示すグ
ラフである。

【図６】実施例１、実施例２及び比較例のピットが残留
しない最少研磨代除去深さを示すグラフである。

【符合の説明】

１０半導体ウェーハ１１ラップ後の表面１２平均的な面粗さ１３平均的な加工変質層１４クラック１５深い残留加工変質層１６エッチング後の表面１７深いピット１８流動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭64−42824（ＪＰ，Ａ) 特開平４−199621（ＪＰ，Ａ) 特開平８−316191（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304,21/306,21/308

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェーハの加工工程中に生成した
表面加工変質層をアルカリエッチングする工程を含む半
導体ウェーハの製造方法において、アルカリ溶液に対し
比較的容易に溶解若しくは分解するアルコール、ワック
ス及び接着剤から選択される流動体を、アルカリエッチ
ングを行う前に、前記半導体ウェーハの表面に付着させ
ることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項２】前記流動体は、アルカリ溶液に対して前
記表面加工変質層より速いか又は同程度に溶解若しくは
分解するものであることを特徴とする請求項１記載の半
導体ウェーハの製造方法。
【請求項３】前記流動体は、低表面張力且つ低粘度で
あることを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの
製造方法。
【請求項４】前記流動体を前記半導体ウェーハの表面
に付着させる工程は、該半導体ウェーハの前記表面加工
変質層の表面に生成しているクラックに該流動体を充填
する態様を含む工程であることを特徴とする請求項１記
載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項５】前記流動体を前記半導体ウェーハの表面
に付着させる工程は、該半導体ウェーハを該流動体に浸
漬する工程又は該半導体ウェーハの表面に該流動体を塗
布する工程であることを特徴とする請求項１記載の半導
体ウェーハの製造方法。
【請求項６】前記流動体を前記半導体ウェーハの表面
に付着させる前に該半導体ウェーハをフッ酸処理するこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの製造方
法。