JP5216749B2 - シリコンウエーハの加工方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウエーハの加工方法に関する。
ＩＣやＬＳＩ等の集積回路やトランジスタやダイオード等の個別半導体素子に用いられるシリコンウエーハを製造する場合には、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフロートゾーン法（ＦＺ法）によって得られた単結晶を内周刃切断機やワイヤーソーを用いて切断し、周辺部を面取り加工し、平坦度を向上させるために主表面を遊離砥粒によるラッピング加工をした後に、これらの工程でウエーハに加えられた汚染を除去するための洗浄工程と、さらに加工歪を除去するため湿式エッチングがなされ、その後鏡面研磨が行われている。この加工歪を除去する湿式エッチングに水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリを用いるアルカリエッチングがある（特許文献１）。アルカリエッチングはエッチングレートが遅いことからエッチング後のウエーハの平坦度の良好なものが得られるという利点を有する一方、アルカリエッチング液に含まれる金属不純物がアルカリエッチング中にウエーハ内部に拡散してしまうという欠点があった。
最近その欠点を解消するべく、極めて高純度の水酸化ナトリウム溶液をアルカリエッチング液として使用する技術が開発されている（特開２００５−２１００８５号）。しかしながらかかる極めて高純度の水酸化ナトリウムエッチング液を用いた場合、重金属等の汚染は十分に防止できるものの、エッチング後のウエーハにおける平坦度劣化のばらつきを防止する技術が十分でなかった。本発明は、かかる極めて高純度の水酸化ナトリウムエッチング液を用いた場合であっても、エッチング後のウエーハにおける平坦度劣化のばらつきを防止する方法を提供する。
本発明者は上で説明した極めて高純度の水酸化ナトリウムエッチング液を用いた場合、エッチング後のウエーハにおける平坦度劣化のばらつきを防止する方法を見いだすべく鋭意研究開発した結果、ラッピング後に、高純度水酸化ナトリウム液エッチング前に、２つの洗浄工程を実施することで十分防止できることを見いだし本発明を完成した。
すなわち本発明のシリコンウエーハの加工方法は、次のステップを順次実施することを特徴とする：
（１）ラッピング後の半導体シリコンウエーハを用意し、
（２）界面活性剤で洗浄するステップと、
（３）前記シリコンウエーハの片面あたりのエッチング量が０．３μｍ〜０．８μｍの範囲となるように、アルカリで洗浄およびエッチングするステップと、
（４）Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｒ元素含有量が１ｐｐｂ以下、Ｐｂ，Ｆｅ元素含有量が５ｐｐｂ以下、Ａｌ，Ｃａ，Ｚｎ元素含有量が１０ｐｐｂ以下、塩化物，硫酸塩，リン酸塩，窒素化合物が１ｐｐｍ以下である水酸化ナトリウムの水溶液でエッチングするステップ。
（１）ラッピング後の半導体シリコンウエーハを用意し、
（２）界面活性剤で洗浄するステップと、
（３）前記シリコンウエーハの片面あたりのエッチング量が０．３μｍ〜０．８μｍの範囲となるように、アルカリで洗浄およびエッチングするステップと、
（４）Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｒ元素含有量が１ｐｐｂ以下、Ｐｂ，Ｆｅ元素含有量が５ｐｐｂ以下、Ａｌ，Ｃａ，Ｚｎ元素含有量が１０ｐｐｂ以下、塩化物，硫酸塩，リン酸塩，窒素化合物が１ｐｐｍ以下である水酸化ナトリウムの水溶液でエッチングするステップ。
本発明の方法は、ラッピング後に、高純度水酸化ナトリウム液エッチング前に、２つの洗浄工程を実施することにより、エッチング後のウエーハにおける平坦度劣化のばらつきを防止することが可能となる。これにより、金属等の汚染がなく、かつ平坦度の劣化もない、優れた半導体ウエーハを得ることができる。
図１は、本発明の方法を示す工程図である。
本発明の方法の第１ステップ（Ｓ１）は、ラッピング後の半導体シリコンウエーハを用意するステップである。ここでラッピング後の半導体シリコンウエーハとは、通常公知の製造工程において、単結晶を内周刃切断機やワイヤーソーを用いて切断し、周辺部を面取り加工し、平坦度を向上させるために主表面を遊離砥粒によるラッピング加工をした後に得られるシリコンウエーハを意味する。かかるウエーハのサイズについては特に制限はなく、１２５〜４５０ｍｍの範囲のものに適用可能である。
本発明の方法の第２ステップ（Ｓ２）は、上で用意したラッピング後の半導体シリコンウエーハを界面活性剤で洗浄するステップである。ここで本発明において使用可能な界面活性剤は特に制限はなくラッピング後であって、酸又はアルカリエッチングの前に実施される通常公知の界面活性剤による洗浄を意味する。界面活性剤による洗浄は主にラッピング後の半導体ウエーハ表面に存在する種々の汚染物（有機物汚染やパーティクル汚染）を洗浄する目的で実施される。具体的な界面活性剤としてはアルカリ性〜酸性系が挙げられる。さらに本発明の第２ステップには界面活性剤にて洗浄した後に純水で洗浄する工程をも含む。さらに必要ならば当該ステップを複数回繰り返すことも含まれる。
本発明の第３ステップ（Ｓ３）は、上で界面活性剤で洗浄された半導体シリコンウエーハを、アルカリ又は酸で洗浄するステップである。本発明において第３ステップで洗浄するとは、半導体シリコンウエーハの表面の汚染物（有機物汚染やパーティクル汚染）を洗浄するだけでなく、半導体シリコンウエーハの表面を特定量エッチングすることも意味する。この第３ステップの洗浄・エッチングは主に、ラッピング後の半導体ウエーハ最表面に存在する不均一な汚染物及び加工変質層を除去することが目的である。かかる目的を達成するために、アルカリを用いる場合は例えば、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム水溶液の使用が可能であり、使用濃度としては４０〜５０重量％の範囲であることが好ましい。またこのアルカリ洗浄によるエッチング量は片面辺り０．３〜０．８ｕｍの範囲であることが好ましい。これより少ないとラッピング後の半導体ウエーハ最表面に存在する不均一な汚染物及び加工変質層の除去が十分でなく、続く高純度水酸化ナトリウムエッチングによるアルカリエッチングによる平坦度劣化が大きくなる。これよりも多く除去すると、この第３ステップの洗浄・エッチング自体による平坦度悪化が顕著となる。酸を用いる場合は例えば、フッ酸、硝酸の混合酸水溶液の使用が可能であり、混合比率については特に制限はない。またこの酸洗浄によるエッチング量は片面辺り０．３〜０．８ｕｍの範囲であることが好ましい。これより少ないとラッピング後の半導体ウエーハ最表面に存在する不均一な汚染物及び加工変質層の除去が十分でなく、続く高純度水酸化ナトリウムエッチングによるアルカリエッチングによる平坦度劣化が大きくなる。これよりも多く除去すると、この第３ステップの洗浄・エッチング自体による平坦度悪化が顕著となる。
本発明においてはアルカリ洗浄として水酸化カリウム水溶液であって、濃度４０〜５０重量％の範囲のものを使用することが好ましい。この場合エッチング量は０．３〜０．８ｕｍの範囲とすることが好ましい。
本発明の第４ステップ（Ｓ４）は、上で得られた洗浄半導体シリコンウエーハを、高純度水酸化ナトリウムでエッチングするステップである。ここで高純度水酸化ナトリウムでエッチングするとは、次の特徴を有する高純度水酸化ナトリウム溶液をアルカリエッチング液として用いることを意味する。すなわち、アルカリエッチング液は、従来用いられてきたシリコンウエーハ用アルカリエッチング用のエッチング液とは相違し、含まれる金属不純物の含有量が極めて少ないアルカリ水溶液である。ここで不純物として含まれる金属とは、非イオン性、イオン性のいずれの形態も含まれ、その金属の種類においても制限されるものではない。本発明においては、アルカリエッチングにおいてウエーハ内部に拡散し、ウエーハの品質を低下させることが知られている金属をすべて含む。特に遷移金属が含まれ、そのうちでも特に鉄，ニッケル，銅，クロムが該当する。また、金属不純物の含有量が極めて少ないとは、少なければすくないほど好ましいが、本発明においてはＣｕ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｒ元素含有量が１ｐｐｂ以下、Ｐｂ，Ｆｅ元素含有量が５ｐｐｂ以下、Ａｌ，Ｃａ，Ｚｎ元素含有量が１０ｐｐｂ以下、塩化物，硫酸塩，リン酸塩，窒素化合物が１ｐｐｍ以下であるものを意味する。
また、本発明で好ましく使用できるアルカリ水溶液の濃度については特に制限はなく、所望のエッチングを達成するべく適宜最適なアルカリ濃度を選択することが可能である。具体的には、アルカリ成分が２０質量％〜７０質量％の範囲であり、好ましくは４０質量％〜６０質量％、より好ましくは５０質量％〜５５質量％の範囲である。
かかる極めて金属不純物の含有量の少ないアルカリ水溶液の製造方法についても特に制限はなく、従来公知の高純度を目的とした化学的及び／又は電気化学的方法により得ることが可能である。具体的には電解分解（特許第３３８０６５８号）の方法が挙げられる。または従来方法により製造された１ｐｐｂより多い金属不純物が含有されているアルカリ水溶液を従来公知の方法により不純物を１ｐｐｂ以下になるまで除去することも可能である。さらに本発明のアルカリエッチング液は、上で説明した高純度の水酸化ナトリウム水溶液によるシリコンウエーハ表面で生じ得るいわゆるエッチングムラを制御するために種々の塩（又は酸）を添加することも含む。
エッチング条件については特に制限はなく、通常公知のアルカリエッチング液を使用する場合に設定される条件が好ましく使用可能である。具体的にはエッチング濃度、エッチング液量、エッチング時間、温度、攪拌等が挙げられる。さらに、本発明にかかるアルカリエッチング方法に使用する装置についても特に制限はなく、通常公知のアルカリエッチング液を使用する場合に用いられる装置が好ましく使用可能である。特に装置から混入金属不純物の量に注意するべきである。
（平坦度）
本発明の方法により得られる半導体シリコンウエーハは、平坦性についても非常に優れている。シリコンウエーハの平坦性については従来公知の種々の測定手段により評価することが可能である。具体的にはＡＤＥ社製のＵｌｔｒａｓｃａｎやＥ＋Ｈ社製のＭＸ３０２が挙げられる。
本発明の方法により得られる半導体シリコンウエーハは、平坦性についても非常に優れている。シリコンウエーハの平坦性については従来公知の種々の測定手段により評価することが可能である。具体的にはＡＤＥ社製のＵｌｔｒａｓｃａｎやＥ＋Ｈ社製のＭＸ３０２が挙げられる。
以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
以下本発明の方法につきさらに説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
ウエーハ評価試験法：
１）エッチング取代及びウエーハ平坦度：ＡＤＥ社Ｕｌｔｒａｇａｔｅ９７００を用いて薬液処理前後のウエーハ厚み及び形状を測定した。
２）上述１）のデータをＡＤＥ社製解析ソフトウェア：メトロツールＩＩを用いて、薬液処理前後の形状変化（ΔＴＴＶ）を解析した。
１）エッチング取代及びウエーハ平坦度：ＡＤＥ社Ｕｌｔｒａｇａｔｅ９７００を用いて薬液処理前後のウエーハ厚み及び形状を測定した。
２）上述１）のデータをＡＤＥ社製解析ソフトウェア：メトロツールＩＩを用いて、薬液処理前後の形状変化（ΔＴＴＶ）を解析した。
（実施例）
ステップ１および２として、ラッピング工程に続いてラッピングスラリーを除去する界面活性剤洗浄工程を経た機械加工による歪層を有するシリコンウエーハを用意した。ステップ３として、準備されたウエーハを水酸化カリウム（林純薬工業株式会社製：ＥＬ４８％水酸化カリウム溶液）を液温１００度に維持した処理槽に浸漬して片面で０．５ｕｍを目安に２秒間の洗浄処理を行い、続いて超純水に浸漬してリンスした後、乾燥させた。ステップ４として硝酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製：試薬特級）を０．１０重量％溶解して調製させた水酸化ナトリウム水溶液（鶴見曹達株式会社製：Ｃｌｅａｒｃｕｔ−Ｓ ４８％）を８５度に維持した処理槽に浸漬して片面で１２ｕｍを目安に７分間のエッチング処理を行い、続いて超純水に浸漬してリンスした後、乾燥させた。ステップ２、３、４の後それぞれにおいて、ウエーハ評価試験法に示した測定を行った。試験結果を表１にまとめた。さらに試験結果を図２に示した。
ステップ１および２として、ラッピング工程に続いてラッピングスラリーを除去する界面活性剤洗浄工程を経た機械加工による歪層を有するシリコンウエーハを用意した。ステップ３として、準備されたウエーハを水酸化カリウム（林純薬工業株式会社製：ＥＬ４８％水酸化カリウム溶液）を液温１００度に維持した処理槽に浸漬して片面で０．５ｕｍを目安に２秒間の洗浄処理を行い、続いて超純水に浸漬してリンスした後、乾燥させた。ステップ４として硝酸ナトリウム（和光純薬工業株式会社製：試薬特級）を０．１０重量％溶解して調製させた水酸化ナトリウム水溶液（鶴見曹達株式会社製：Ｃｌｅａｒｃｕｔ−Ｓ ４８％）を８５度に維持した処理槽に浸漬して片面で１２ｕｍを目安に７分間のエッチング処理を行い、続いて超純水に浸漬してリンスした後、乾燥させた。ステップ２、３、４の後それぞれにおいて、ウエーハ評価試験法に示した測定を行った。試験結果を表１にまとめた。さらに試験結果を図２に示した。
（比較例）
ステップ３が無いこと以外は実施例と同じ処理を行い、同様にステップ２、４の後それぞれにおいて、ウエーハ評価試験法に示した測定を行った。
ステップ３が無いこと以外は実施例と同じ処理を行い、同様にステップ２、４の後それぞれにおいて、ウエーハ評価試験法に示した測定を行った。
試験結果を表１および表２にまとめた。さらに試験結果を図２に示した。
本発明の加工方法は、半導体ウエーハの製造工程において、特にラッピング工程の後のアルカリエッチング工程で広く利用可能である。
Claims (1)
- （１）ラッピング後の半導体シリコンウエーハを用意するステップと、
（２）界面活性剤で洗浄するステップと、
（３）前記シリコンウエーハの片面あたりのエッチング量が０．３μｍ〜０．８μｍの範囲となるように、アルカリで洗浄およびエッチングするステップと、
（４）Ｃｕ，Ｎｉ，Ｍｇ，Ｃｒ元素含有量が１ｐｐｂ以下、Ｐｂ，Ｆｅ元素含有量が５ｐｐｂ以下、Ａｌ，Ｃａ，Ｚｎ元素含有量が１０ｐｐｂ以下、塩化物，硫酸塩，リン酸塩，窒素化合物が１ｐｐｍ以下である水酸化ナトリウムの水溶液でエッチングするステップとを、順次実施することを特徴とする、シリコンウエーハの加工方法。
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