JP5458176B2 - 半導体ウェハを製造するための方法 - Google Patents
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Description
a)半導体材料からなる単結晶の製造(結晶引上げ);
b)個々のウェハへの半導体単結晶の分離(”ウェハ化”、”ソーイング(切断)”);
c)半導体ウェハの機械的処理;
d)半導体ウェハの化学的処理;
e)半導体ウェハの化学機械的処理;
f)半導体ウェハの熱処理および/または半導体ウェハのエピタキシャルコーティング。
(a) 単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面材料除去処理ステップと;
(b) 半導体ウェハのエッジの丸み付けを行なうステップと;
(c) 半導体ウェハの前面および後面を研削するステップとを含み、各場合において、半導体ウェハの一方の面は、ウェハホルダによって固定して保持され、一方、他方の面は研削ツールによって処理され;さらに、
(d) 少なくとも固定して結合された研摩材を含む研磨パッドによって半導体ウェハの一方の面を研磨するステップと;
(e) エッチング媒体を用いて、半導体ウェハの面ごとに1μm以下の材料除去とともに、半導体ウェハの両面を処理するステップと;
(f) 半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を有する研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの後面を、研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入して研磨するステップと;
(g) 半導体ウェハのエッジを研磨するステップと;
(h) 半導体ウェハの後面を、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの前面との間に導入して研磨するステップとを含む。
この発明に従う方法のステップ(a)では、半導体ウェハの両面は材料除去処理を受ける。
好ましくは、PPGによって処理される半導体ウェハは既に丸み付けられたエッジを有するが、PPGステップが行われた後、そのようなエッジ丸み付けをもう一度受ける。2つの部分に分割されたそのようなエッジ丸み付けステップは利点を与えると分かり、なぜなら、特に、PPG方法は、丸み付けられたエッジを有する半導体ウェハの場合、見たところでは、よりよい形状およびナノトポグラフィを有する半導体ウェハに結びつくからである。
上側の加工ディスクにおいて通路経由で加工ギャップに供給される冷却潤滑剤の量は、好ましくは0.2〜50l/分の間、特に好ましくは0.5〜20l/分の間の範囲内である。
ステップ(b)において、半導体ウェハには丸み付けられたエッジが設けられる。
半導体ウェハの両面は、この方法のステップc)において研削される。
このために、ウェハホルダに保持された半導体ウェハと、向かい合う研削ディスクとが互いから独立して回転され、その際、研削ディスクは半導体ウェハに対して横方向にずらして配置されており、その際、半導体ウェハの軸心が研削ディスクの作業領域に達するように位置決めされており、その際、研削ディスクは半導体ウェハの方向に向かって送り速度で移動され、それによって研削ディスクと半導体ウェハとが互いに送り出され、他方で、半導体ウェハと研削ディスクとは平行軸を中心に回転することで、半導体ウェハの表面が研削され、その際、ある一定の材料除去量に達した後、研削ディスクが戻り速度で返送される。
微細な粒状を有する研削ディスクが使用される場合、精密研削という用語も頻繁に用いられる。かかる精密研削ディスクは、たとえば♯1000〜♯4000までの粒状を有しており、たとえばこれらはDisco Corporationより市場で入手可能である。
2つの連続する研削ステップのシーケンスが特に好まれ、第1のステップは、できるだけ高い除去速度とできるだけ短い処理時間(粗い研削)を得るために、#2000以下の粒状を有する研削ディスクを使用して実行され、第2の後のステップは、最小で約1μmの損傷をともなう特に滑らかに研削されたウェハを得る(精密研削)ために、#2000より大きく#8000以下の粒状を有する研削ディスクを用いて行われる。
半導体ウェハの回転速度は、好ましくは50〜300分−1、特に好ましくは200〜300分−1である。
ステップ(d)−半導体ウェハの少なくとも一方の面のFAP研磨
ステップ(d)では、半導体ウェハの少なくとも一方の面が、研摩材を含む研磨パッドによって研磨される。
好ましくは、半導体ウェハの後面のみがステップ(d)において研磨される。
0.1〜0.25μmの粒度が特に好ましい。
この発明による方法のステップ(e)において、半導体ウェハの両面が、エッチング媒体で、半導体ウェハの面ごとに1μm以下の材料除去とともに、処理される。
好適な酸性媒体は、フッ化水素酸、硝酸、または酢酸の水溶液を含む。
半導体ウェハのエッジはステップ(g)において研磨される。
好ましくは、チャックの一回転は20〜300s、特に好ましくは50〜150sかかる(回転時間)。
半導体ウェハと研磨ドラムとは、所定の接触圧で互いに押し付けられ、研磨剤は連続して、好ましくは0.1〜1l/分、特に好ましくは0.15〜0.40l/分の研磨剤流量で供給され、接触圧は、ロールに取付けられたおもりによって設定することができ、好ましくは1〜5kg、特に好ましくは2〜4kgである。
研磨剤溶液のpH値は10〜12の範囲にあり、研磨剤溶液における前記化合物の比率は、好ましくは0.01〜10重量%、特に好ましくは0.01〜0.2重量%である。
研磨剤スラリーにおける研摩性材料の比率は、好ましくは0.25〜20重量%、特に好ましくは0.25〜1重量%である。
平均粒度は、5〜300nm、特に好ましくは5〜50nmである。
エッジ研磨の選択肢的な第2のステップにおいて、第1のステップとは異なり、好ましくは、炭酸ナトリウム(Na2CO3)、炭酸カリウム(K2CO3)、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化アンモニウム(NH4OH)、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)などの添加剤は添加されない。
研磨パッドは、ポリウレタンフォームからなる付加的な層を含むことができる。
柔軟な層は好ましくは不織布層である。
柔軟な層は、好ましくは、研磨パッドの最下層に対応する。その上には、好ましくは、ポリウレタンからなる発泡層が配置されており、たとえばこの発泡層は、接着層によって柔軟な層に固定されている。PU発泡体の上側には、より硬い、剛性の材料、好ましくは硬質プラスチックからなる層が配置されており、この層のためにはたとえばポリカーボネートが好適である。この剛性の層の上側には、微細反復構造を有する層、すなわち実際の固定された研摩材層が配置されている。
本発明者は、FAP研磨パッドの先行技術に常に存在するPU発泡層のない研磨パッドが好結果に結びつくことを認識した。
さらに、ステップ(f)において、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を有する研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの後面を、研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入して研磨することが実行される。
この後、ステップ(h)において、半導体ウェハの後面を、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材含有研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの前面との間に導入して研磨することが実行される。
平均粒度は、5〜300nm、特に好ましくは5〜50nmである。
Bayer AGの水性研磨剤Lavasil(登録商標)200およびFujimiのGlanzox−3900(登録商標)がたとえば使用される。
0.1〜0.25μmの粒度が特に好ましい。
第2の研磨プレートは、従来のCMP研磨パッドがそれに適用される。
研磨パッドは、好ましくは熱可塑性または熱硬化性ポリマーを含む。この材料として、多くの物質、たとえば、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリエステルなどが考えられる。
ポリマーで含浸された、発泡プレートまたはフェルトまたは繊維物質からなる研磨パッドを使用することも好まれる。
研磨パッドの孔隙率を制御するために、研磨パッドに充填材を導入することができる。
研磨剤スラリーのpH値は好ましくは9〜11.5である。
これは、各場合において、研磨パッドにおいて結合される研摩性材料を含み研磨圧力で半導体ウェハの後面に押圧される研磨パッドを使用して、3つのステップで好ましくは実行され、第1のステップでは、固体を含まない研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第2および第3のステップでは、研摩性材料を含んでいる研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第1および第2のステップでの8〜15psiの研磨圧力は、第3のステップで0.5〜5psiに低減される。
研摩材を含む研磨剤は、半導体ウェハの後面を研磨する第2のステップにおいて使用される。
第2のステップにおいて使用されるような研摩材含有研磨剤は、半導体ウェハの後面を研磨する第3のステップで同様に使用される。研磨圧力は、第1および第2のステップと比較して、8〜15psiから0.5〜5psiに低減される。
この発明による方法の特に好ましい実施例A〜Eを以下に示す。使用される略語PPG、DDG、FAP、CMPは上に説明されている。
単結晶からウェハをスライスする−エッジ丸み付け−PPG−エッジ丸み付け−両面精密研削>両面FAP−気相エッチング−後面のFAPおよび後面の同時CMP>エッジ研磨−後面のFAPおよび前面の同時CMP−エッジ研磨
B
単結晶からウェハをスライスする−エッジ丸み付け−PPG−エッジ丸み付け−両面精密研削>後面FAP−気相エッチング−後面のFAPおよび後面の同時CMP>エッジ研磨−後面のFAPおよび前面の同時CMP−エッジ研磨
C
単結晶からウェハをスライスする−エッジ丸み付け−PPG−エッジ丸み付け−両面精密研削>前面FAP−気相エッチング−後面のFAPおよび後面の同時CMP>エッジ研磨−後面のFAPおよび前面の同時CMP−エッジ研磨
D
単結晶からウェハをスライスする−DDG−エッジ丸み付け−両面精密研削>両面FAP−気相エッチング−後面のFAPおよび後面の同時CMP>エッジ研磨−後面のFAPおよび前面の同時CMP−エッジ研磨
E
単結晶からウェハをスライスする−DDG−エッジ丸み付け−両面精密研削>後面のFAP−気相エッチング−後面のFAPおよび後面の同時CMP>エッジ研磨−後面のFAPおよび前面の同時CMP−エッジ研磨
F
単結晶からウェハをスライスする−DDG−エッジ丸み付け−両面精密研削>前面のFAP−気相エッチング−後面のFAPおよび後面の同時CMP>エッジ研磨−後面のFAPおよび前面の同時CMP−エッジ研磨
エッジ研磨の完結ステップに、好ましくは、最終クリーニングが続く。
さらに、半導体ウェハは熱処理されるか、またはエピタキシャル層を設けることができる。
Claims (23)
- 半導体ウェハを製造する方法であって、
(a) 単結晶からスライスされた半導体ウェハの両面材料除去処理ステップと、
(b) 半導体ウェハのエッジの丸み付けを行なうステップと、
(c) 半導体ウェハの前面および後面を研削するステップとを含み、各場合において、半導体ウェハの一方の面は、ウェハホルダによって固定して保持され、他方の面は研削ツールによって処理され、さらに、
(d) 固定して結合された研摩材を含む研磨パッドによって半導体ウェハの少なくとも一方の面を研磨するステップと、
(e) エッチング媒体を用いて、半導体ウェハの面ごとに1μm以下の材料除去とともに、半導体ウェハの両面を処理するステップと、
(f) 半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を有する研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの後面を、研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材を含有した研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入して研磨するステップと、
(g) 半導体ウェハのエッジを研磨するステップと、
(h) 半導体ウェハの後面を、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドを使用して研磨し、同時に、半導体ウェハの前面を、固定して結合された研摩材を含んでいない研磨パッドを用い、研摩材を含有した研磨剤を研磨パッドと半導体ウェハの前面との間に導入して研磨するステップとを、上記の順序で含む方法。 - 同時両面研削(DDG)をステップ(a)において伴う、請求項1に記載の方法。
- ステップ(a)はPPGによって行なわれる、請求項1に記載の方法。
- 半導体ウェハは、ステップ(a)に従うPPGステップが行なわれる前に丸み付けられたエッジを設けられ、PPGステップが行われた後、半導体ウェハのエッジはステップ(b)に従ってもう一度丸み付けられる、請求項3に記載の方法。
- ステップ(c)に従う前面および後面の研削は、シーケンスで行なわれる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(c)に従う前面および後面の研削は、#2000〜#8000の粒径を有する研削ツールによって行なわれる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体ウェハの前面はステップ(d)において研磨される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体ウェハの後面はステップ(d)において研磨される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 半導体ウェハの前面および後面は、ステップ(d)において研磨される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(d)において、固体を含まない研磨剤溶液が、研磨される半導体ウェハの面と研磨パッドとの間に導入される、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(d)において使用される研磨パッドは、炭化ケイ素、窒化ホウ素、ダイヤモンド、およびセリウム元素、アルミニウム元素、シリコン元素、ジルコニウム元素の酸化物からなる群から選択される砥粒を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 砥粒の粒径は、0.1μm以上1.0μm以下である、請求項11に記載の方法。
- ステップ(f)において、半導体ウェハの面当たりの材料除去は、少なくとも0.1nm、多くとも1μmである、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(f)において、半導体ウェハは、フッ化水素と半導体ウェハの表面を酸化させる少なくとも1つの酸化剤とを含む気体媒体によって処理される、請求項13に記載の方法。
- ステップ(g)では、中央で回転する半導体ウェハのエッジは、中央で回転する研磨ドラムに対して特定の力で押し付けられ、固定して結合された研摩材を含む研磨パッドが研磨ドラムに適用され、固体を含まない研磨剤溶液が連続的に供給される、請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。
- ステップ(g)において使用される研摩材を含む研磨パッドは、請求項11または12に記載される研磨パッドに対応する、請求項15に記載の方法。
- ステップ(f)および(h)において使用される1つの、研摩材を含む研磨パッドは、請求項11または12に記載される研磨パッドに対応する、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。
- 各場合における他方の研磨パッドは研摩材を含まず、多孔性のマトリックスを有する、請求項17に記載の方法。
- ステップ(f)および(h)において使用される研摩材を含有した研磨剤は、アルミニウム元素、セリウム元素、またはケイ素元素の酸化物のうちの1つまたは2つ以上からなる群から選択される粒子を含む、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
- 研磨剤はコロイド分散シリカである、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。
- 2段階エッジ研磨が行なわれ、第1のエッジ研磨はステップ(g)において行なわれ、第2のエッジ研磨はステップ(h)の後に行なわれる、請求項1〜20のいずれか1項に記載の方法。
- 第2のエッジ研磨は、請求項19または20における研磨剤に対応する研摩材を含有した研磨剤スラリーの供給と共に行なわれる、請求項21に記載の方法。
- 後面を追加的に研磨することがステップ(f)の後に行われ、後面は、各場合において、研磨パッドにおいて結合される研摩性材料を含み研磨圧力で半導体ウェハの後面に押圧される研磨パッドを使用して、3つのステップで研磨され、第1のステップでは、固体を含まない研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第2および第3のステップでは、研摩性材料を含んでいる研磨剤が研磨パッドと半導体ウェハの後面との間に導入され、第1および第2のステップでの8〜15psiの研磨圧力は、第3のステップで0.5〜5psiに低減される、請求項1〜22のいずれか1項に記載の方法。
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