JP3582569B2 - シリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置によりシリコンウェーハの裏面にゲッタリング処理を施す方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶インゴットから切出されてスライスされたシリコンウェーハは、機械研磨（ラッピング）、化学エッチング等の工程を経た後、ウェーハ裏面のゲッタリング処理（外部ゲッタリング処理）が行われる。この裏面ゲッタリング処理によりウェーハ裏面に機械的ダメージ層或は格子歪み層が形成される。ウェーハ表面の欠陥や金属不純物はこうしたウェーハ裏面の外部ゲッタリング層に吸収される。
従来、裏面ゲッタリング処理は微小粒径のＳｉＯ_２粉をウェーハ裏面に吹付けるサンドブラスト法、ウェーハ裏面にリンを拡散するリン拡散法、ウェーハ裏面にポリシリコン又は窒化ケイ素の膜を形成する膜形成法、ウェーハ裏面にアルゴンイオンを注入するイオン注入法、ウェーハ裏面にレーザ光を照射するレーザ照射法等により行われる。
【０００３】
一般的なシリコンウェーハの加工プロセスでは、上記裏面ゲッタリング処理の後に、ウェーハの表面を最終的に研磨する工程である機械的化学的研磨（メカノケミカルポリッシング）が行われる。この機械的化学的研磨工程において、保持具に取付けたシリコンウェーハを回転定盤上に貼付けたフェルト等の柔らかい研磨用パッドに押付け、研磨液を滴下しながら研磨用パッドを回転することにより、ウェーハ表面を鏡面状に研磨する。この研磨液には、ＳｉＯ_２の微粉からなる砥粒を水酸化ナトリウム水溶液に溶かした研磨液が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の裏面ゲッタリング処理法には、次の問題点がある。
即ち、▲１▼サンドブラスト法では塵が多く発生し、▲２▼リン拡散法では工程が複雑となり、▲３▼膜形成法ではコスト高となり、▲４▼イオン注入法では複雑で高価な装置が必要であり、▲５▼レーザ照射法ではウェーハの大量処理が困難となる。
また上記従来の裏面ゲッタリング処理法は後に別の工程である機械的化学的研磨工程を必要とする。
【０００５】
本発明の目的は、ウェーハ裏面からの発塵が少なく、簡単かつ安価に裏面ゲッタリング層を形成することのできるシリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、ウェーハ表面の機械的化学的研磨工程において、裏面ゲッタリング処理を行って、シリコンウエーハの加工プロセスを簡略化できるシリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２に示すように表面粗さの平均値Ｒａ₁が少なくとも０．０５μｍである研磨装置１０の上定盤１１に所定の厚さで塗布した接着剤層１３を介してシリコンウェーハ１２の裏面を貼付け、上定盤１１を下降して前記シリコンウェーハ１２の表面を前記研磨装置１０の下定盤１５に固定した研磨用パッド１４に所定の加圧力により押付けるとともに前記上定盤１１を前記シリコンウェーハ１２の裏面に押付けることにより、前記上定盤１１の粗面をシリコンウェーハ１２の所定の表面粗さを有する裏面に直接接触させて前記シリコンウェーハ１２の裏面にダメージ層を形成することを特徴とするシリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法である。
上定盤１１を接着剤層１３を介してシリコンウェーハ１２の裏面に押付けると、シリコンウェーハ１２が上定盤１１に貼付けられるとともに、上定盤１１の加圧時に上定盤の粗面がシリコンウェーハの所定の表面粗さを有する裏面に直接接触する。このとき上定盤の粗面により、ミクロ的に考察した場合、ウェーハ裏面に応力集中が起こり、ウェーハ裏面に機械的ダメージが確実に形成される。このダメージ層が裏面ゲッタリング層となる。接着剤層１３が存在するため、引続き上定盤１１及び下定盤１５を相対回転することにより、シリコンウェーハの表面が鏡面状に研磨される。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、上定盤１１を下降してシリコンウェーハ１２の表面を押付ける所定の加圧力が０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であって、上記シリコンウェーハ１２の破壊圧力未満である処理方法である。
接着剤層の厚さや接着剤の種類に応じて上定盤１１の加圧力が上記範囲に調整される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、シリコンウェーハ１２の裏面にダメージ層を形成する研磨装置１０の上定盤１１の表面粗さの平均値Ｒａ_１は少なくとも０．０５μｍであることが必要である。０．０５μｍに満たない場合には上定盤が鏡面になり、シリコンウェーハの裏面と直接接触したときにダメージ層が十分に形成されない。この上定盤１１の表面粗さの平均値Ｒａ_１は、上定盤に貼付ける前のシリコンウェーハの裏面の表面粗さの平均値Ｒａ_２に近似することが好ましい。これは図２に示す上定盤１１の表面の凹凸の凸部１８と、シリコンウェーハ１２の裏面の凹凸の凸部１９が一致したときに、凸部１８による応力集中が生じ易く、ウェーハ裏面の凸部がより多くつぶれてダメージ層が効率良く形成されると推察されることによる。この観点から上定盤の表面粗さの平均値Ｒａ_１の好ましい範囲は０．２μｍ〜０．８μｍである。
シリコンウェーハの裏面全体に均一なゲッタリング能力を付与することが要求される場合には、上定盤の表面全体が均一な表面粗さになるように粗面化される。一方、シリコンウェーハはその後の製造工程において、ウェーハの周辺部がそれ以外の部分と比べて、製造装置の駆動部やウェーハを収納するキャリアの溝に接触する頻度が高いためより汚染されることから、より高いゲッタリング能力をシリコンウェーハの周辺部に付与することが要求される場合には、このウェーハの周辺部に対向する上定盤の部分をウェーハの中心部に対向する上定盤の部分と比べて粗面化の程度をより大きくする。
【００１０】
上定盤１１に接着剤層１３を設けてシリコンウェーハ１２を貼付けて加圧する方が操作が容易であり、かつ引続き研磨処理を行えることから好ましい。接着剤層１３の厚さはシリコンウエーハ１２の裏面を上定盤１１に貼付けてシリコンウェーハを上定盤に保持できる範囲内で、出来るだけ薄いことが望ましい。具体的には、接着剤層１３は０．１×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）以上であって、２×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）以下の厚さに塗布されることが好ましい。接着剤層１３の厚さが０．１×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）未満であると、ウェーハ１２の上定盤１１への接着力が十分でなく、また２×（Ｒａ₁＋Ｒａ₂）を超えると、上定盤１１からシリコンウエーハ１２に加えられる加圧力が減殺されてダメージ層の形成が不十分となるためである。この接着剤層の厚さは通常の機械的化学的研磨時の接着剤層の厚さより薄い。接着剤にはシリコンウェーハを上定盤に接着でき、研磨した後にこのウェーハを損傷することなく上定盤から剥離できる接着力を有するワックスが用いられる。
上定盤１１を下降してシリコンウェーハ１２の表面を押付ける所定の加圧力は０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であって、シリコンウェーハ１２の破壊圧力未満である。好ましくは１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上６．０ｋｇｆ／ｃｍ²以下である。加圧力が０．５ｋｇｆ／ｃｍ²に満たない場合には、ダメージ層の形成が不十分になる。この加圧力は接着剤層の厚さ、接着剤の種類、加圧時間、或はダメージ層形成後の機械的化学的研磨条件等に応じて調整される。この加圧力は通常の機械的化学的研磨時の加圧力より大きいが、接着剤層の厚さが薄い場合にはこの加圧力と同等でもよい。
【００１１】
本発明において、シリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理は機械的化学的研磨工程の前処理として片面研磨装置で行われる。
図１及び図２に示すように、この研磨装置１０はシリコンウエーハ１２を保持して回転する小円板の上定盤１１と、大円板の下定盤１５を備える。下定盤１５はその底面中心に接続されたシャフト１６により回転し、上定盤１１はその上面中心に接続されたシャフト１７によりシャフト１６と逆方向に回転するようになっている。この上定盤１１の下面には表面粗さの平均値Ｒａ₁が少なくとも０．０５μｍである微小な凹凸が形成される（図２）。下定盤１５の上面には研磨用パッド１４が貼付けられる。研磨用パッド１４の上部には研磨液を供給するための図示しない配管が設けられる。
この研磨装置１０を用いてシリコンウェーハ１２の裏面ゲッタリング処理を行う場合には、上定盤１１の下面にワックスに代表される接着剤を前述した厚さで均一に塗布し、この接着剤層１３を介してシリコンウエーハ１２の裏面を貼付ける。次いで上定盤１１を下降してシリコンウエーハ１２の表面を研磨用パッド１４に所定の加圧力により押付ける。このとき上定盤１１及び下定盤１５は回転させないでおく、加圧により図２に示す上定盤１１の表面の微小な凹凸の凸部１８と、シリコンウェーハ１２の裏面の微小な凹凸の凸部１９が一致すると、ウェーハ裏面の凸部はつぶれダメージ層が形成され、これが裏面ゲッタリング層となる。このときシリコンウェーハの表面は研磨用パッド１４に圧接するが、パッドが柔らかいため、特にダメージ層は生じない。
【００１２】
このようにしてシリコンウェーハ１２の裏面ゲッタリング処理を終了した後に引続いてシリコンウエーハ１２を機械的化学的研磨する場合には、所定の厚さの接着剤層１３を上定盤１１とシリコンウェーハ１２の間に設けた状態で、シリコンウエーハ１２の表面を研磨用パッド１４に押付けた加圧力を通常の機械的化学的研磨時に採用される圧力程度まで減少させ、図示しない研磨液を研磨用パッド１４上に供給しながら上定盤１１と下定盤１５とを互いに反対方向に回転させて、シリコンウェーハ１２の表面を鏡面状に研磨する。この場合、接着剤層の厚さ又は加圧力の程度に応じてこの研磨中にもウェーハ裏面にダメージ層が形成される。
またシリコンウェーハ１２の裏面ゲッタリング処理を終了した後にシリコンウエーハ１２を機械的化学的研磨する別の方法として、シリコンウエーハ１２を上定盤１１から剥がした後、再び又は新たに接着剤を通常の機械的化学的研磨を行うときの厚さで上定盤１１の表面に塗布してシリコンウエーハ１２の裏面に貼付けて通常の機械的化学的研磨を実施してもよい。この場合には研磨中にウェーハ裏面にはダメージ層は形成されない。
【００１３】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
図１に示した研磨装置１０を使用して、１０枚のシリコンウェーハの裏面にダメージ層を形成した。即ち、表面粗さの平均値Ｒａ_１が０．８μｍである上定盤の表面に接着剤であるワックスを均一に塗布して厚さ１．０μｍの接着剤層を形成した。この接着剤層を介して一枚ずつシリコンウェーハの裏面を上定盤の表面に貼付けた。１０枚のウェーハ裏面の表面粗さの平均値Ｒａ_２は全て０．２μｍであった。上定盤及び下定盤を回転させることなく、各シリコンウェーハの表面を研磨用パッドに４ｋｇｆ／ｃｍ^２の加圧力により３０秒間押付けた。
＜比較例１＞
実施例１と同種の１０枚のシリコンウェーハの裏面に実施例１と同一の条件でダメージ層を形成した。これらのシリコンウェーハの裏面に形成されたダメージ層をＨＮＯ_３（６１％）とＨＦ（５０％）を１００：３の割合で混合した混酸でエッチングして除去した。
【００１４】
＜比較評価＞
実施例１のダメージ層を形成した１０枚のシリコンウェーハと比較例１の混酸でエッチングした１０枚のシリコンウェーハの各表面を約１×１０^１３ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２の濃度のＣｕで強制的に汚染した。この汚染したシリコンウエーハを大気雰囲気中１０００℃で１時間熱処理した後、更に４００℃で１時間の熱処理を行った。全反射蛍光Ｘ線法に基づいて実施例１及び比較例１のそれぞれのシリコンウエーハ表面のＣｕ濃度を測定した。実施例１及び比較例１のウェーハ表面のＣｕ濃度を図３に示す。
図３から明らかなように、裏面にダメージ層を与えた実施例１のシリコンウエーハの表面は、裏面のダメージ層を除去した比較例１のシリコンウエーハの表面よりもＣｕ濃度が低くなっていた。このことから、実施例１の処理で形成されたダメージ層でウェーハ裏面にゲッタリング能力が付与され、このダメージ層により汚染物のＣｕが取込まれたことが分った。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のシリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法によれば、所定の表面粗さを有する研磨装置の上定盤に所定の厚さで塗布した接着剤層を介してシリコンウェーハの裏面を貼付け、上定盤を下降してシリコンウェーハの表面を研磨装置の研磨用パッドに所定の加圧力により押付けるとともに上定盤をシリコンウェーハの裏面に押付けることにより、上定盤の粗面をシリコンウェーハの所定の表面粗さを有する裏面に直接接触させてシリコンウェーハの裏面にダメージ層を形成するようにしたから、従来のサンドブラスト法のようにウェーハ裏面から塵が発生する恐れはなく、簡単にかつ安価に裏面ゲッタリング層を形成できる。またウェーハ表面の機械的化学的研磨工程の際に、従来別に行われていた裏面ゲッタリング処理を同時に実施できるため、シリコンウエーハの加工プロセスを簡略化できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の処理方法に用いる研磨装置の構成図。
【図２】上定盤で加圧する前の図１の構成を拡大して模式的に示す図。
【図３】全反射蛍光Ｘ線法に基づいて実施例１及び比較例１のシリコンウエーハ表面のＣｕ濃度を測定した結果を示す図。
【符号の説明】
１０ 研磨装置
１１ 上定盤
１２ シリコンウェーハ
１３ 接着剤層
１４ 研磨用パッド
１５ 下定盤

Claims (2)

1. 表面粗さの平均値(Ra₁)が少なくとも０．０５μｍである研磨装置(10)の上定盤(11)に所定の厚さで塗布した接着剤層(13)を介してシリコンウェーハ(12)の裏面を貼付け、前記上定盤(11)を下降して前記シリコンウェーハ(12)の表面を前記研磨装置(10)の下定盤(15)に固定した研磨用パッド(14)に所定の加圧力により押付けるとともに前記上定盤(11)を前記シリコンウェーハ(12)の裏面に押付けることにより、前記上定盤(11)の粗面をシリコンウェーハ(12)の所定の表面粗さを有する裏面に直接接触させて前記シリコンウェーハ(12)の裏面にダメージ層を形成することを特徴とするシリコンウェーハの裏面ゲッタリング処理方法。
2. 上定盤(11)を下降してシリコンウェーハ(12)の表面を押付ける所定の加圧力が０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上であって、前記シリコンウェーハ(12)の破壊圧力未満である請求項１記載の処理方法。

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