JP4790585B2 - 半導体ウェーハの平坦化方法、平坦化装置及び半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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そこで、近年、被加工面に局部的なプラズマエッチングを施して平坦化を図る技術が提案されている(特許文献1、2を参照)。特許文献1に開示されている技術は、予め半導体ウェーハの平坦度を求め、その値に基づいて各領域における除去量を演算し、厚さのばらつきに応じた除去量で半導体ウェーハの表面側をプラズマエッチングして、高い平坦度を得ようとするものである。また、同様に、特許文献2に開示されている技術も、メインエッチャントとして中性活性種を用い、半導体ウェーハの表面側または裏面側の一方をプラズマエッチングして、高い平坦度を得ようとするものである。
また、本発明の他の一態様によれば、エッチングガスを第1のプラズマにより励起して、中性活性種及びイオンを生成し、前記中性活性種及び前記イオンを開口窓を介して前記開口窓よりも面積の大きな半導体ウェーハの裏面に局所的に供給し、前記半導体ウェーハ上の凸部の形状に応じて、前記半導体ウェーハの裏面に対する前記イオンの衝突エネルギーを制御して、前記半導体ウェーハの裏面の局部的なエッチングと欠陥部の形成を行うこと、を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法が提供される。
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体ウェーハの製造方法について説明をするためのフローチャートである。
まず、単結晶シリコンのインゴットから所定の厚さの半導体ウェーハを、刃物やワイヤーなどの切断具用いて切り出すスライシングを行う(ステップS1)。
次に、切り出された半導体ウェーハの周縁に、面取り加工を施して面取り面を形成させる(ステップS2)。
この研磨加工は、前述のスライシングで生じた半導体ウェーハ面上の凹凸を除去して、表面を平坦化するためのものであり、例えば、公知の研磨装置などを用いて表面のラッピング加工などが行われる。
このエッチングは、例えば、ウエットエッチングとすることができ、具体的には酸エッチングまたはアルカリエッチングとすることができる。酸エッチングには、例えば、半導体ウェーハを硝酸(HNO3)とフッ化水素(HF)との混合溶液に浸し、半導体ウェーハのシリコン(Si )を硝酸で酸化させて、酸化シリコン(SiO2)を形成させ、これをフッ化水素で溶解除去するものなどがある。また、アルカリエッチングには、例えば、半導体ウェーハを水酸化カリウム(KOH)や水酸化ナトリウム(NaOH)などのアルカリ溶液に浸して、半導体ウェーハ表面をエッチングするものなどがある。
ここでは、マイクロ波などを導入することにより所定のエッチングガスをプラズマ化して、中性活性種、イオンなどを生成し、中性活性種とイオンにより半導体ウェーハ裏面側の凸部を局部的に除去することで高平坦化を行う。また同時に、生成したイオンによる物理的な衝撃で欠陥部の形成をも行う。
例えば、化学的な反応で等方性エッチングを行うことができる中性活性種を多く用いれば、凸部の高さが低く面積が比較的大きいような部分(なだらかな凸部部分)を、効率よく平坦化することができる。また、物理的な衝撃で異方性エッチングを行うことができるイオンの量を多くしたり、衝突エネルギーを強めれば、凸部の高さが高く面積が比較的小さいような部分(急峻な凸部部分)を、効率よくかつ精度よく平坦化させることができる。また、イオンの量を多くしたり、衝突エネルギーを強めれば、形成させる欠陥部の範囲を広くしたり、深さを深くしたりすることもできる。尚、中性活性種やイオンの生成、制御などについては後述する。
半導体装置の製造工程においては、半導体ウェーハには種々の熱処理が施されるが、その際、結晶中の重金属などの不純物が様々の結晶欠陥を誘起させる。これらの結晶欠陥は半導体ウェーハの表面近傍にも発生し得るため、リーク電流の増大をまねき、半導体装置の特性の劣化と歩留りの低下をもたらす。
図2(a)は、特許文献1などに開示された半導体ウェーハの表面側をエッチングする場合を示している。図2(b)は、本実施の形態に係る半導体ウェーハの裏面側をエッチングする場合を示している。
図2(a)の上段の図は、エッチング前の半導体ウェーハの断面を模式的に表すものである。このように、凸部を有する半導体ウェーハの表面側をエッチングすることにより、図2(a)の中段の図に示すように平坦化(厚さの均一化)が図れる。ただし、前述したように、回路パターンが形成されることになる半導体ウェーハの表面側に結晶欠陥、表面粗さの悪化などが生じた部分が形成されてしまう。そのため、図2(a)の下段の図に示すように、研磨を行いこの部分の除去や鏡面性の回復をさせることが必要になる。この場合、完全な除去を行うことは困難であり、また、研磨により平坦度(厚さの均一性)が再度悪化するおそれもある。
以下に例示をする半導体ウェーハ平坦化装置によれば、前述した半導体ウェーハの裏面を局部的にプラズマエッチングし、高平坦化と欠陥部の形成を行う(ステップ6)ことができる。
図3に示すように、半導体ウェーハ平坦化装置1には、プラズマ発生手段2、減圧チャンバ3、載置台4、高周波電源5、イオン生成部6が主に備えられている。
プラズマ発生手段2には、導入導波管7、放電管8、導波管9、冷却ブロック10、ガス導入管11などが設けられている。尚、冷却ブロック10は必ずしも必要ではなく、適宜設けるようにすればよい。
まず、図示しない搬送装置により被処理物である半導体ウェーハWが、減圧チャンバ3内に搬入され、載置台4の載置面4a上に載置される。搬送装置が減圧チャンバ3内から退避した後には、図示しない扉を閉じて減圧チャンバ3を気密となるように密閉する。搬入された半導体ウェーハWは、図示しない静電チャックにより載置面4a上に保持される。この際、半導体ウェーハWの表面側が載置面4aと当接するように載置、保持される。そのため、半導体ウェーハWの裏面側が開口窓6aに対向することになる。
一方、半導体ウェーハWの裏面には直流バイアス電圧が発生する。この直流バイアス電圧によりイオンが加速されて半導体ウェーハWに衝突し欠陥部の形成が行われる。また、イオンは物理的なエッチングにも寄与する(イオンアシスト効果)。尚、直流バイアス電圧により電子の半導体ウェーハWへの衝突は阻害される。
また、半導体ウェーハWの温度を載置台4に設けられた図示しない温度制御手段により制御して中性活性種による化学的なエッチングを制御することもできる。中性活性種によるエッチングは化学反応により進むので、一般的には、温度が上がれば反応が促進されるからである。
尚、図3で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。
図4に示すように、半導体ウェーハ平坦化装置100には、プラズマ発生手段20、減圧チャンバ30、載置台4、直流電源50、開口窓60aが主に備えられている。
ここでも、前述した半導体ウェーハ平坦化装置1と同様の部分については、説明を省略する。
半導体ウェーハ平坦化装置1の場合と同様に、半導体ウェーハWの搬入、載置・保持、処理のための移動が行われた後、減圧チャンバ30内が排気手段E1、E2により所定圧力まで減圧される。この際、図示しない圧力制御手段により減圧チャンバ30内の圧力が調整される。
また、半導体ウェーハWの温度を載置台4に設けられた図示しない温度制御手段により制御して中性活性種による化学的なエッチングを制御することもできる。
尚、図3、図4で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。
図5(a)に示すように、半導体ウェーハ平坦化装置110には、大気圧プラズマ発生手段25、チャンバ31、載置台4、直流電源50、開口窓60aが主に備えられている。
図5(b)は、大気圧プラズマ発生手段25の概略構成を説明するための模式図である。 図5(b)に示すように、アルミナ、石英などの誘電体からなる放電管25aの外周面には、互いに対向するように電極25b、25cが設けられている。そして、一方の電極25cには、コンデンサ23を介して高周波電源24が接続されている。また、他方の電極25bは接地されている。電極25cに高周波電力を印加するとプラズマP4が発生し、このプラズマP4により、導入口25dから供給されたエッチングガスG1が励起、活性化されて中性活性種、イオン、電子が生成される。
ここでも、前述した半導体ウェーハ平坦化装置1、100と同様の部分については、説明を省略する。
半導体ウェーハ平坦化装置1の場合と同様に、半導体ウェーハWの搬入、載置・保持、処理のための移動が行われた後、前述した大気圧プラズマ発生手段25によりエッチングガスG1(例えば、SF4など)を励起、活性化させて中性活性種、イオン、電子を生成させる。
一方、直流電源50のマイナス側がテーブル4bと接続されているため、そこに載置されている半導体ウェーハWもマイナス電位となる。そのため、これによりイオンが引き寄せられ、加速されて半導体ウェーハWに衝突し欠陥部の形成が行われる。また、イオンは物理的なエッチングにも寄与する(イオンアシスト効果)。尚、半導体ウェーハWがマイナス電位となっているので、電子の半導体ウェーハWへの衝突は阻害される。ここで、図中の「○」は中性活性種、「+」はイオン、「−」は電子を表している。
また、半導体ウェーハWの温度を載置台4に設けられた図示しない温度制御手段により制御して中性活性種による化学的なエッチングを制御することもできる。
また、大気圧プラズマにより中性活性種、イオン、電子を生成するものとすれば、減圧環境が不要となるので半導体ウェーハ平坦化装置自体の構成を簡略化することもできる。
尚、図3、図4、図5で説明をしたものと同様の部分には同じ符号を付し説明は省略する。
図6に示すように、半導体ウェーハ平坦化装置111には、大気圧プラズマ発生手段25、チャンバ31、載置台4、直流電源50、開口窓60aが主に備えられている。
ここで、図1で説明をした、スライシング(ステップS1)、面取り(ステップS2)、研磨(ステップS3)、ウェットエッチングまたはドライエッチング(ステップS4)、平坦度測定(ステップS5)、熱処理等(ステップS7)に用いる各技術は公知のものを適用することができるので、それらの説明は省略する。
前述の具体例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、半導体ウェーハ平坦化装置1、半導体ウェーハ平坦化装置100、半導体ウェーハ平坦化装置110、半導体ウェーハ平坦化装置111に備えられた各要素の形状、寸法、材質、配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各具体例が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (11)
- エッチングガスを第1のプラズマにより励起して、中性活性種及びイオンを生成し、
前記中性活性種及び前記イオンを開口窓を介して前記開口窓よりも面積の大きな半導体ウェーハの裏面に局所的に供給し、
前記半導体ウェーハ上の凸部の形状に応じて、前記中性活性種に対する前記イオンの量を制御して、前記半導体ウェーハの裏面の局部的なエッチングと欠陥部の形成を行うこと、を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法。 - エッチングガスを第1のプラズマにより励起して、中性活性種及びイオンを生成し、
前記中性活性種及び前記イオンを開口窓を介して前記開口窓よりも面積の大きな半導体ウェーハの裏面に局所的に供給し、
前記半導体ウェーハ上の凸部の形状に応じて、前記半導体ウェーハの裏面に対する前記イオンの衝突エネルギーを制御して、前記半導体ウェーハの裏面の局部的なエッチングと欠陥部の形成を行うこと、を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法。 - 前記開口窓の近傍に第2のプラズマを発生させて、さらにイオンを生成し、
これを前記半導体ウェーハの裏面に向けて供給すること、を特徴とする請求項1または2に記載の半導体ウェーハの平坦化方法。 - 前記中性活性種及び前記イオンの生成は大気圧下で行われること、を特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
- 前記中性活性種を前記半導体ウェーハの裏面に供給した後に、前記イオンを前記半導体ウェーハの裏面に供給すること、を特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体ウェーハの平坦化方法。
- 前記半導体ウェーハの表面および裏面の凹凸の形状を測定し、
前記測定の結果から前記半導体ウェーハの厚みの面内分布を演算し、
前記面内分布に基づいて、請求項1〜5のいずれか1つに記載の平坦化方法を行うこと、 を特徴とする半導体ウェーハの平坦化方法。 - プラズマによりエッチングガスを励起するプラズマ発生手段を備えた半導体ウェーハの平坦化装置であって、
半導体ウェーハの裏面に対向するように設けられた第1のプラズマを発生させるプラズマ発生手段と、
前記プラズマ発生手段と前記半導体ウェーハの裏面との間に設けられ前記半導体ウェーハよりも開口面積が小さい開口窓と、
を備え、
前記半導体ウェーハ上の凸部の形状に応じて、前記中性活性種に対する前記イオンの量を制御することを特徴とする半導体ウェーハの平坦化装置。 - 前記半導体ウェーハを支持する部材に高周波を印加することにより前記開口窓の近傍に第2のプラズマを発生可能とした高周波電源をさらに備えたこと、を特徴とする請求項7記載の半導体ウェーハの平坦化装置。
- 前記半導体ウェーハを支持する部材に直流電圧を印加することにより前記半導体ウェーハの裏面に衝突するイオンの加速を可能とした直流電源をさらに備えること、を特徴とする請求項7または8に記載の半導体ウェーハの平坦化装置。
- 前記プラズマ発生手段は、大気圧下でプラズマを発生可能であること、を特徴とする請求項7記載の半導体ウェーハの平坦化装置。
- 単結晶シリコンのインゴットから半導体ウェーハを切り出し、
前記半導体ウェーハの周縁に、面取り加工を施して面取り面を形成し、
前記半導体ウェーハの主面を研磨加工し、
前記半導体ウェーハをエッチング処理し、
請求項1〜6のいずれか1つに記載の平坦化方法を用いて、前記半導体ウェーハの平坦化を行うこと、を特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
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