JP3551300B2

JP3551300B2 - 高平坦度ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP3551300B2
Application number: JP03987999A
Authority: JP
Inventors: 敏又川; 悦郎森田
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 1999-02-18
Filing date: 1999-02-18
Publication date: 2004-08-04
Anticipated expiration: 2019-02-18
Also published as: JP2000243731A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高平坦度ウェーハの製造方法、詳しくは半導体ウェーハをラッピング後、この半導体ウェーハをアルカリエッチングし、さらにウェーハ表面を研削することで、高い平坦度の半導体ウェーハが得られるようにした高平坦度ウェーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のシリコンウェーハの製造方法を図５のフローチャートを参照して説明する。
まず、スライス工程（Ｓ４０１）で、インゴットからシリコンウェーハをスライスする。次の面取り工程（Ｓ４０２）では、このシリコンウェーハの外周部に面取り加工が施される。続くラッピング工程（Ｓ４０３）においては、ラップ盤によりそのウェーハの表裏両面にラップ加工が施される。そして、次のエッチング工程（Ｓ４０４）では、ラップドウェーハは所定のエッチング液（混酸）に浸漬され、そのラップ加工での歪み、面取り工程での歪みなどが除去される。この場合、通常、片面で２０μｍ、両面で４０μｍ程度をエッチングする。
その後、シリコンウェーハはドナーキラー熱処理工程（Ｓ４０５）を経る。続いて、このシリコンウェーハはワックスを用いて研磨盤に固着され、ウェーハ表面が鏡面研磨される（Ｓ４０６）。そして、シリコンウェーハは、その裏面に付着したワックスなどが除去されて、最終の仕上げ洗浄工程（Ｓ４０７）を経る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のシリコンウェーハの製造方法にあっては、前述したように、シリコンウェーハのラッピング後、混酸であるエッチング液を使って、酸エッチングを行っていたので、エッチング速度が比較的速く、しかも酸エッチング時には、半導体ウェーハと酸性溶液とが強く反応して、比較的多量の気泡が発生していた。これらの影響などにより、エッチング時、ウェーハ表面にうねりが生じやすくなり、その平坦度が低下するという問題点があった。
しかも、この表面平坦度の問題は、後の研磨工程でもそれほど改善されず、この結果、製品ウェーハの外周部にダレが発生してしまっていた。このダレの影響は、出荷後、ユーザー側におけるデバイス工程において、露光装置を用いて、シリコンウェーハの表面にデバイス回路パターンなどを露光する際に、顕著に現れる。すなわち、日進月歩で高密度高集積化される微細な回路パターンの露光時において、このウェーハのダレた外周部には、正確なパターンを露光することができないという問題点があった。この結果、１枚のシリコンウェーハから得られるデバイスの歩留りが低下していた。
【０００４】
【発明の目的】
この発明は、ウェーハ外周部のダレが小さくて表面平坦度が高いとともに、研磨時間も短縮することができる半導体ウェーハの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、面取り加工が施された半導体ウェーハをラッピングする工程と、このラップドウェーハを、アルカリ性溶液によりアルカリエッチングする工程と、このアルカリエッチング後、半導体ウェーハの表面を３〜１０μｍ研削する工程と、この研削後の半導体ウェーハの表面を３〜７μｍ研磨する工程とをを備えた高平坦度ウェーハの製造方法である。
半導体ウェーハの表面が高平坦度であるということは、サイト平坦度、例えば２５ｍｍ×２５ｍｍの面積をもつサイトで裏面基準の高さの差（ＳＢＩＲ）において０．３μｍ以下であることを意味する。
アルカリエッチング時に使用されるアルカリ性溶液としては、例えばＮａＯＨ，ＫＯＨなどが挙げられる。なお、半導体ウェーハに対するエッチング速度を調整するために、アルカリ性溶液に適量のＨ_２Ｏ_２を加えてもよい。
【０００６】
アルカリ性溶液の濃度は限定されない。例えば０．１〜５０重量％程度でもよい。
半導体ウェーハのエッチング速度は１〜５μｍ／分、ただし、エッチレートは大きいほど良い。１μｍ／分未満では、エッチング時間が長くなりすぎて工程能力が低下するという不都合が生じる。また、アルカリエッチング時のアルカリ性溶液の温度は、常温〜エッチング液の沸点と限定されない。しかし、好ましくは６０℃以上である。６０℃未満では、エッチレートが１μｍ／分を下回ってしまう。
【０００７】
半導体ウェーハの表面の研削は、ウェーハ表面があれにくく、非ダメージ面のシリコン表面を研削することが可能な高番手の研削砥石による研削が好ましい。例えば、＃１５００〜＃３０００の研削砥石が好ましい。研磨の前に研削するので高スループットを図ることができる。この研削ダメージは３μｍ以下とする。ダメージが大きいと、後のウェーハ表面の研磨工程での研磨量が増大する。この研磨量が１０μｍを超えると、比較的高平坦度の半導体ウェーハでも、ウェーハ表面のＧＢＩＲが低下してしまう（図３のグラフ参照）。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、上記半導体ウェーハのアルカリエッチング工程から、上記ウェーハ表面の研削工程までの間に、この半導体ウェーハを酸性溶液により酸エッチングする工程を設けた請求項１に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。
酸性溶液としては、例えばＨＦ，ＨＮＯ_３，Ｈ_３ＰＯ_４にＣＨ_３ＣＯＯＨなどを混合した酸溶液などを採用することができる。
【０００９】
請求項３に記載した発明は、上記半導体ウェーハの酸エッチング工程から、上記半導体ウェーハ表面の研削工程までの間に、半導体ウェーハ裏面を０．０５〜５μｍポリッシングする工程を設けた請求項２に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。
半導体ウェーハの裏面のポリッシング量は０．０５〜５μｍ、特に０．１〜０．５μｍが好ましい。０．０５μｍ未満では、面粗さが大きなままであるという不都合が生じる。また、５μｍを超えると平坦度が悪化するという不都合が生じる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、上記半導体ウェーハの面取りは粗面取りであり、上記半導体ウェーハのラッピング工程から、上記アルカリエッチング工程までの間に、この粗面取りされたウェーハ外周部を仕上げ面取りする工程を設けた請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。
ここでいう仕上げ面取りとは、粗面取りされたウェーハ外周部の面取り精度を上げて、より平滑化する面取りをいう。
半導体ウェーハの外周部の粗面取り量は直径方向で３００〜４５０μｍ、特に３５０〜４００μｍが好ましい。３００μｍ未満では仕上げ面取りの負担が大きく、品質的な影響を受けやすいという不都合が生じる。また、４５０μｍを超えると面取りホイールの劣化（ライフサイクルが短くなる）という不都合が生じる。
また、このウェーハ外周部の仕上げ面取り量は３０〜６０μｍ、特に４０〜５０μｍが好ましい。４０μｍ未満では粗面取り時のダメージが除去することができない。また、６０μｍを超えると加工時間が長くなる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、上記半導体ウェーハの表面の研削工程後から、上記ウェーハの研磨工程までの間に、このウェーハ外周部をＰＣＲ加工する工程を設けた請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。
ＰＣＲ加工は、ＰｏｌｉｓｈｉｎｇＣｏｎｏｒＲｏｕｎｄｉｎｇ加工の略である。これは、半導体ウェーハの面取り面を、研磨液、研磨布を用いて鏡面研磨することをいう。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、上記半導体ウェーハの表面研削工程は、レジンボンドの＃２０００のウェーハ研削砥石を用いて行う請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法である。
ディスコ株式会社製のウェーハ研削砥石「ＩＦ-01-1-4/6-B−Ｍ０１」は、レジンボンドの＃２０００（ダイヤモンド砥粒の粒径は３〜８μｍ）の高番手の研削砥石である。
【００１３】
【作用】
この発明の高平坦度ウェーハの製造方法によれば、面取りされた半導体ウェーハの表裏両面をラッピングする。次いで、半導体ウェーハをアルカリ性溶液を用いてアルカリエッチングする。これにより、それ以前にこのウェーハ表面に発生した欠陥を除去する。アルカリ溶液を用いたエッチングは、酸エッチングよりエッチング速度が遅い。しかも、酸エッチング時には、半導体ウェーハと酸性溶液とが強く反応して、比較的多量の気泡が発生していた。
これに対して、このアルカリエッチングでは、比較的反応がゆるやかで、気泡の発生が抑えられる。これにより、半導体ウェーハの表面は荒れにくくなる。
それから、アルカリエッチング後のウェーハ表面を研削する。その後、この表面を研磨して、ウェーハ外周部のダレが小さい高品質の半導体ウェーハを製造する。このように、研磨前にウェーハ表面が研削されるので、研磨時間が短縮される。研磨量を少なくすることができ、平坦度も高まる。
【００１４】
特に、請求項２に記載の発明によれば、半導体ウェーハをアルカリエッチングした後、このウェーハを酸性溶液により酸エッチングする。これにより、ウェーハ表面のアルカリ金属の除去と、面粗さを低減することができる。酸エッチングによりエッチング面に生じるピットを、アルカリエッチング面の場合よりも小さくすることができる。なお、酸エッチング後には、ウェーハ表面が研削される。
【００１５】
また、請求項３に記載の発明によれば、半導体ウェーハの酸エッチング後、ウェーハ表面を研削するまでの間に、ウェーハ裏面を軽くポリッシングする。これにより、ウェーハ表面の面粗さをさらに高めることができる。
【００１６】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、半導体ウェーハの外周部の面取りにおいて、まずラッピング工程の前の面取りを粗面取りし、ラッピング後、この粗面取りされたウェーハ外周部を仕上げ面取りする。このように、ラッピング工程を挟んで粗さが異なる２段階の面取りを施すようにしたので、ラップ時のチッピングを防止することができるとともに、面取り面の粗さを低減することができる。
【００１７】
さらにまた、請求項５に記載の発明によれば、表面研削した半導体ウェーハの外周部をＰＣＲ加工し、その後、半導体ウェーハの表面を研磨する。このようにウェーハ外周部をＰＣＲ加工することで、この半導体ウェーハの外周部がより平滑化する。
【００１８】
そして、請求項６に記載の発明によれば、半導体ウェーハの表面研削時には、例えばディスコ株式会社製のウェーハ研削砥石の製品名「ＩＦ-01-1-4/6-B−Ｍ０１」を用いて行う。このウェーハ研削装置は、非ダメージ面のＳｉ表面の研削が可能な高番手（例えば＃２０００）の研削砥石を搭載してある。したがって、アルカリ性溶液を用いて比較的平坦にエッチングされたウェーハ表面を、この高番手の研削砥石により、比較的ウェーハ表面をあらさずに研削することができる。また、電解ドレス研削に比較して高いスループットで研削することができる。
【００１９】
この半導体ウェーハの表面研削時には、後工程である表面研磨時の研磨量が３〜７μｍになるまで研削する。以下、このような範囲に研削量を調整する理由を述べる。
図３の半導体ウェーハの表面研磨量とＧＢＩＲとの関係を示すグラフから分かるように、最初から低平坦度の半導体ウェーハの場合は、ウェーハ表面が研磨されて行くほどウェーハ表面のＧＢＩＲも低下する。そして、最終的には、研磨量が１０μｍ程度に達したときのある一定値まで平坦度が高まる。これに対して、当初から高平坦度である半導体ウェーハの場合には、研磨量が１０μｍを超えたあたりより徐々にＧＢＩＲが悪化し始め、上記一定値に達するまで平坦度は低下する。
【００２０】
すなわち、この発明にあっては、アルカリエッチングなどにより、すでに研磨前において、ウェーハ表面が高平坦度化している場合があるので、前述したように半導体ウェーハの表面研削時の研削量を、後工程の研磨時における研磨量が３〜７μｍとなるように調整しておけば、前述した研磨量が１０μｍを超えた時点からの平坦度の低下を解消することができる。
なお、図４の研削後のウェーハ表面のダメージ深さを示すグラフから明らかなように、この発明における研削後に半導体ウェーハの表面に残った欠陥は、通常、研磨工程時に３μｍ程度ウェーハ表面を研磨することで、略完全に除去することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は、この発明の第１実施例に係る高平坦度ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
図１に示すように、この第１実施例にあっては、大略、スライス，粗面取り，ラッピング，仕上げ面取り，アルカリエッチング，酸エッチング，必要に応じての裏面軽ポリッシング，研削，ＰＣＲ，研磨，洗浄の各工程を経て、高平坦度のシリコンウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００２２】
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ８６０μｍの８インチのシリコンウェーハにスライスされる。
次に、このスライスドウェーハは、粗面取り工程（Ｓ１０２）で、その周縁部が面取り用の砥石を用いて所定形状に面取りされる。この結果、シリコンウェーハの周縁部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に粗く成形される。なお、この粗面取り用の砥石には、＃５００〜＃８００の比較的低番手のものが採用されている。
次に、この面取り加工が施されたシリコンウェーハはラッピング工程（Ｓ１０３）でラッピングされる。このラッピング工程では、シリコンウェーハを、互いに平行に保たれたラップ定盤の間に配置し、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液をこのラップ定盤とシリコンウェーハとの間に流し込む。そして、加圧下で回転・摺り合わせを行うことにより、このウェーハ両面を機械的に研削する。シリコンウェーハのラップ量は、ウェーハの表裏両面を合わせて４０〜８０μｍ程度である。
【００２３】
次いで、このラップドウェーハの外周部を仕上げ面取りする（Ｓ１０４）。この仕上げ面取りには、＃１０００〜＃３０００という高番手の面取り用の砥石が用いられ、粗面取り加工での歪みなどが除去される。同時に、このシリコンウェーハの面取り面が平滑化される。
その後、仕上げ面取りされたシリコンウェーハをアルカリエッチングする（Ｓ１０５）。すなわち、シリコンウェーハを濃度４５重量％のＮａＯＨのアルカリ性溶液（９０℃）中に３〜４分間浸漬する。これにより、半導体ウェーハの露出面の欠陥が溶失する。アルカリエッチングは、酸エッチングの場合よりもエッチング速度が遅く、この結果、シリコンウェーハの露出面から発生する気泡が少ない。これにより、アルカリエッチング後のウェーハ表面のうねりは小さくなる。
【００２４】
次に、このアルカリエッチング後のシリコンウェーハを、酸エッチングする（Ｓ１０６）。具体的には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液（常温〜５０℃）中に約１分間だけ浸漬する。このように、アルカリエッチング後に酸エッチングを行うことで、ウェーハ表面のアルカリ金属を除去することができ、しかもウェーハ表面の面粗さを改善することができる。
次のウェーハ裏面の軽ポリッシング工程（Ｓ１０７）は、必要に応じて行われる。この工程は、ウェーハ裏面を軽度に研磨する工程である。すなわち、シリコンウェーハの裏面を、粒径０．０５μｍの遊離砥粒を用いて、わずかに０．１μｍ程度研磨する。この結果、ウェーハ表面の面粗さをさらに高められる。なお、このウェーハ裏面の軽ポリッシング工程（Ｓ１０７）は、後のウェーハ表面の研削工程（Ｓ１１０）の後に行ってもよい。
【００２５】
次に、シリコンウェーハを、ＲＣＡ系の洗浄液によって洗浄する洗浄工程（Ｓ１０８）を行う。そして、シリコンウェーハをドナーキラー熱処理する（Ｓ１０９）。
その後、シリコンウェーハの表面を、ディスコ株式会社製のウェーハ研削砥石、製品名「ＩＦ-01-1-4/6-B−Ｍ０１」を用いて研削する（Ｓ１１０）。この研削装置は、＃２０００という高番手の研削砥石を有している。このときの研削量は、３〜１０μｍ程度である。この結果、その後工程でのウェーハの表面研磨時に、その研磨量が５〜７μｍとなる。具体的には、シリコンウェーハが厚さ７４０μｍの場合１０μｍ程度研削する。このように、番手の高い研削砥石により研削するようにしたので、アルカリ性溶液により比較的平坦にエッチングされたウェーハ表面を、それほどウェーハ表面をあらすことなく、研削することができる。
【００２６】
次に、この表面研削されたシリコンウェーハの外周部をＰＣＲ加工する（Ｓ１１１）。これにより、ウェーハ外周部（面取り面）が鏡面加工される。
さらに、ＰＣＲ加工後のシリコンウェーハの表面をさらに研磨する（Ｓ１１２）。この研磨量は、Ｓ１１０の研削工程でのダメージを除去するため、３〜７μｍで足りる。このため、ウェーハ表面が高平坦度のシリコンウェーハをさらに研磨していった場合の問題点であった、研磨量が約１０μｍを超えたところで平坦度が低下するという領域を避けることができる（図３のグラフ参照）。
その後、洗浄工程（Ｓ１１３）を行う。具体的にはＲＣＡ系の洗浄とする。
このような製造工程を経て、ウェーハ外周部のダレが小さい高品質の半導体ウェーハが製造される。しかも、研磨前にウェーハ表面が研削されるようにしたので、研磨時間を短縮することができる。
【００２７】
次に、図２に基づいて、この発明の第２実施例の高平坦度ウェーハの製造方法を説明する。図２は、この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
図２のフローチャートに示すように、この第２実施例にあっては、第１実施例の工程中において、仕上げ面取り（Ｓ１０４）を削除し、かつ研削工程（Ｓ１１０）とＰＣＲ工程（Ｓ１１２）との間にテープ面取り工程（Ｓ１１４）を入れた例である。
すなわち、ラッピング工程Ｓ１０３の直後、シリコンウェーハの外周部に仕上げ面取りを施すことなく、直接、アルカリエッチングＳ１０５が行われる。また、シリコンウェーハを研削後（Ｓ１１０）、ウェーハ外周部にテープ面取り（Ｓ１１４）が施され、それからＰＣＲ工程（Ｓ１１２）が行われる。なお、この発明の高平坦度ウェーハの製造方法は、第１，第２の実施例に限定されないのは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体ウェーハをラッピング後、このウェーハをアルカリエッチングし、さらにウェーハ表面を研削するようにしたので、ウェーハ外周部のダレが小さい高品質の半導体ウェーハを製造することができる。しかも、研磨前にウェーハ表面が研削されるようにしたので、研磨時間を短縮することができる。
【００２９】
特に、請求項２に記載の発明によれば、半導体ウェーハをアルカリエッチング後、酸エッチングするようにしたので、ウェーハ表面のアルカリ金属の除去と、面粗さの改善という効果が得られる。
【００３０】
また、請求項３に記載の発明によれば、半導体ウェーハの酸エッチング後、ウェーハ表面を研削するまでの間に、ウェーハ裏面を軽くポリッシングするようにしている。これにより、後のウェーハ熱処理時に、ウェーハ表面から金属不純物をウェーハ裏面に吸収して除去することができる。また、これによりウェーハ表面の平坦度をさらに高められる。
【００３１】
そして、請求項４に記載の発明によれば、ラッピング加工する前に、半導体ウェーハの外周部を粗面取りし、ラッピング後、これを仕上げ面取りするようにしたので、ラップ時のチッピングが防止することができ、しかも面取り面の粗さを低減することができるという効果が得られる。
【００３２】
さらにまた、請求項５に記載の発明によれば、表面研削した半導体ウェーハの外周部をＰＣＲ加工するようにしたので、この半導体ウェーハの外周部がより平滑化する。
【００３３】
そして、請求項６に記載の発明によれば、例えばディスコ株式会社製のウェーハ研削砥石「ＩＦ−０１−１−４／６−Ｂ−Ｍ０１」を用い、比較的平坦な半導体ウェーハの表面を、高番手の研削砥石（レジンボンドでダイヤモンド砥粒の粒径は３〜８μｍ）によって研削するようにしたので、比較的ウェーハ表面をあらさずに、高いスループットで研削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例に係る高平坦度ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図２】この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。
【図３】この発明に係る半導体ウェーハの表面研磨量とＧＢＩＲとの関係を示すグラフである。
【図４】この発明に係る研削後のウェーハ表面のダメージ深さを示すグラフである。
【図５】従来の半導体ウェーハの製造方法を示すフローチャートである。

Claims

面取り加工が施された半導体ウェーハをラッピングする工程と、
このラップドウェーハを、アルカリ性溶液によりアルカリエッチングする工程と、
このアルカリエッチング後、半導体ウェーハの表面を３〜１０μｍ研削する工程と、
この研削後の半導体ウェーハの表面を３〜７μｍ研磨する工程とを備えた高平坦度ウェーハの製造方法。
上記半導体ウェーハのアルカリエッチング工程から、上記ウェーハ表面の研削工程までの間に、この半導体ウェーハを酸性溶液により酸エッチングする工程を設けた請求項１に記載の高平坦度ウェーハの製造方法。
上記半導体ウェーハの酸エッチング工程から、上記半導体ウェーハ表面の研削工程までの間に、半導体ウェーハ裏面を０．０５〜５μｍポリッシングする工程を設けた請求項２に記載の高平坦度ウェーハの製造方法。
上記半導体ウェーハの面取りは粗面取りであり、上記半導体ウェーハのラッピング工程から上記アルカリエッチング工程までの間に、この粗面取りされたウェーハ外周部を仕上げ面取りする工程を設けた請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法。
上記半導体ウェーハの表面の研削工程後から、上記ウェーハの研磨工程までの間に、このウェーハ外周部をＰＣＲ加工する工程を設けた請求項１〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法。
上記半導体ウェーハの表面研削工程は、レジンボンドの＃２０００のウェーハ研削砥石を用いて行う請求項１〜請求項５のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの製造方法。