JP5600867B2 - Manufacturing method of semiconductor wafer - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェーハの製造方法、詳しくは、結晶性インゴットから薄円板状の半導体ウェーハを切り出して両面鏡面半導体ウェーハを製造する方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor wafer, and more particularly, to a method of manufacturing a double-sided mirror semiconductor wafer by cutting a thin disk-shaped semiconductor wafer from a crystalline ingot.
従来の一般的な半導体ウェーハの製造方法は、(スライス工程)→(第1面取り工程)→(ラッピング工程)→(第2面取り工程)→(片面研削工程)→(両面研磨工程)→(片面仕上げ研磨工程)を順に行う各工程で構成されている。
スライス工程では、切断により結晶性インゴットから薄円板状の半導体ウェーハを切り出す。第1面取り工程では、切り出された半導体ウェーハの外周部に面取りを施し、次の工程であるラッピング工程における半導体ウェーハのワレやカケを抑制する。ラッピング工程では、面取りされた半導体ウェーハを、例えば、#1000の砥石を用いてラッピングし、半導体ウェーハの平坦度を向上させる。第2面取り工程では、ラッピングされた半導体ウェーハの外周部に面取りを施し、半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする。片面研削工程では、面取りされた半導体ウェーハの一方の面を、例えば、#2000〜8000の砥石を用いて研削し、半導体ウェーハの最終厚さに近づける。両面研磨工程では、片面を研削された半導体ウェーハの両面が研磨される。そして、片面仕上げ研磨工程では、両面を研磨された半導体ウェーハの面のうち、素子面となる片面を、さらに仕上げ研磨する。
A conventional method for manufacturing a semiconductor wafer is as follows: (slicing process) → (first chamfering process) → (lapping process) → (second chamfering process) → (single-side grinding process) → (double-side polishing process) → (single-sided polishing process) It is comprised by each process which performs a finishing polishing process in order.
In the slicing step, a thin disk-shaped semiconductor wafer is cut out from the crystalline ingot by cutting. In the first chamfering process, chamfering is performed on the outer periphery of the cut-out semiconductor wafer to suppress cracking and chipping of the semiconductor wafer in the lapping process, which is the next process. In the lapping process, the chamfered semiconductor wafer is lapped using, for example, a # 1000 grindstone to improve the flatness of the semiconductor wafer. In the second chamfering step, chamfering is performed on the outer peripheral portion of the lapped semiconductor wafer so that the end surface of the semiconductor wafer has a predetermined chamfered shape. In the single-side grinding process, one surface of the chamfered semiconductor wafer is ground using, for example, a # 2000-8000 grindstone, and is brought close to the final thickness of the semiconductor wafer. In the double-side polishing step, both sides of the semiconductor wafer ground on one side are polished. Then, in the single-sided finish polishing step, one of the surfaces of the semiconductor wafer whose both surfaces have been polished is further subjected to final polishing.
上記した従来法では、2回の面取り工程やラッピング工程および片面研削工程を経て両面鏡面半導体ウェーハとなるため工程数が多く、半導体材料のカーフロス(ラッピング屑および片面研削屑の増加による半導体材料の損失)を招くという問題がある。 In the conventional method described above, a double-sided mirror-finished semiconductor wafer is obtained through two chamfering steps, a lapping step, and a single-side grinding step, so the number of steps is large, and the loss of semiconductor material due to an increase in wrapping scraps and single-side grinding waste ).
特に、直径が450mm以上のシリコンウェーハのような大口径半導体ウェーハでは上記問題が顕著であった。
例えば、現在の主流である、直径が300mmのシリコンウェーハと同じシリコン材料の取り代で、直径が450mmの大口径シリコンウェーハを製造した場合、シリコンウェーハのカーフロスは2.25倍となる。
In particular, the above problem is remarkable in a large-diameter semiconductor wafer such as a silicon wafer having a diameter of 450 mm or more.
For example, when a large-diameter silicon wafer having a diameter of 450 mm is manufactured by using the same silicon material as the current mainstream silicon wafer having a diameter of 300 mm, the kerf loss of the silicon wafer is 2.25 times.
さらに、直径が450mm以上のシリコンウェーハの製造方法に、上記したラッピング工程を具える場合、ラッピング装置が非常に大型化し、生産ラインを構築するに際して、ラッピング装置の設置場所等に関して問題が生じる懸念がある。 Furthermore, when the above-described lapping process is included in a method for manufacturing a silicon wafer having a diameter of 450 mm or more, there is a concern that the lapping apparatus becomes very large, and problems may arise regarding the installation location of the lapping apparatus when constructing a production line. is there.
特許文献1には、上記した従来法において、ラッピング工程の代わりに両面研削工程を具える半導体ウェーハの製造方法が提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載の半導体ウェーハの製造方法は、大口径半導体ウェーハを製造する際にラッピング装置が大型化する問題を解決し、両面研削工程前の第1面取り工程を省略することができる利点があるものの、両面研削工程および片面研削工程を経るためシリコン材料の取り代が多いことに変わりはなく、カーフロスについては、依然として問題を残していた。
また、半導体ウェーハの取り代を少なくすることによって、今後ますます厳しい要求となることが予想される半導体ウェーハの平坦度を向上させることも期待されていた。
However, the method for manufacturing a semiconductor wafer described in
It was also expected to improve the flatness of semiconductor wafers, which are expected to become increasingly demanding in the future, by reducing the allowance for semiconductor wafers.
本発明は、上記の課題を鑑みなされたもので、結晶性インゴットから切り出した半導体ウェーハを両面鏡面半導体ウェーハにするに際し、少なくとも面取り工程を省略して簡略な工程により行うことができ、かつ半導体ウェーハのシリコン材料の取り代を低減して、半導体材料のカーフロスを削減して安価に半導体ウェーハを得ることができる製造方法を提供することを目的とする。
特に、本発明は、半導体ウェーハの直径が450mm以上の大口径シリコンウェーハである場合に、顕著な効果を有する。
The present invention has been made in view of the above problems, and when a semiconductor wafer cut out from a crystalline ingot is made into a double-sided mirror semiconductor wafer, at least the chamfering process can be omitted and the semiconductor wafer can be performed by a simple process. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method capable of reducing the cost of removing the silicon material, reducing the kerf loss of the semiconductor material, and obtaining a semiconductor wafer at low cost.
In particular, the present invention has a remarkable effect when the semiconductor wafer is a large-diameter silicon wafer having a diameter of 450 mm or more.
発明者らは、上記の課題を解決するため、結晶性インゴットから切り出した半導体ウェーハを両面鏡面半導体ウェーハにするに際し、従来法に比べて工程数を削減するとともに、半導体ウェーハのシリコンカーフロスを低減するための半導体ウェーハの製造方法について鋭意検討を行った。
その結果、上記した従来法におけるラッピング工程および片面研削工程の代わりに、両面を同時に粗研削から仕上げ研削まで一気に研削する固定砥粒研削工程を行い、また、半導体ウェーハの表面および端面の加工歪みをとるだけでなく、面取りも同時に行うことができる化学処理工程を行うことにより、従来法に比べて工程数を削減できるとともに半導体ウェーハの取り代を低減することができることを見出した。
In order to solve the above problems, the inventors have reduced the number of processes and reduced the silicon kerf loss of the semiconductor wafer when compared with the conventional method when the semiconductor wafer cut out from the crystalline ingot is made into a double-sided mirror semiconductor wafer. The semiconductor wafer manufacturing method for this purpose has been intensively studied.
As a result, instead of the lapping process and single-sided grinding process in the conventional method described above, a fixed abrasive grinding process that simultaneously grinds both sides from rough grinding to finish grinding is performed, and the processing distortion of the surface and end face of the semiconductor wafer is reduced. In addition, the present inventors have found that by performing a chemical treatment process that can simultaneously perform chamfering, it is possible to reduce the number of processes and reduce the machining allowance of the semiconductor wafer as compared with the conventional method.
本発明は、上記の知見に基づくもので、その要旨構成は次のとおりである。
1.結晶性インゴットから薄円板状の半導体ウェーハを切り出すスライス工程と、
複数枚の前記半導体ウェーハを、互いに近接した位置関係で設けられた複数個の丸穴を有するキャリアの前記丸穴に嵌めこんだ後、固定砥粒を有するパッドをそれぞれ具える1対の上下定盤間に前記キャリアを挟み込み、該キャリアを同一水平面内で揺動運動させながら、前記上下定盤を回転させて、前記半導体ウェーハの両面を同時に粗研削から仕上げ研削まで一工程で研削する固定砥粒研削工程と、
を具え、前記固定砥粒研削工程中、前記複数個の丸穴の全てが、前記上下定盤の円周内に入るように配置され、
前記半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程と、該両面研磨工程により研磨された半導体ウェーハの一方の面を仕上げ研磨する片面仕上げ研磨工程とをさらに具え、
前記スライス工程と前記両面研磨工程の間に、
前記固定砥粒研削工程と、
前記半導体ウェーハの表面および端面の加工歪の緩和と、前記半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取りとを同時に行う化学処理工程と、を順番に関係なく具えることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
The present invention is based on the above findings, and the gist of the present invention is as follows.
1. A slicing step of cutting a thin disk-shaped semiconductor wafer from the crystalline ingot;
A plurality of semiconductor wafers are fitted into the round holes of a carrier having a plurality of round holes provided in a positional relationship close to each other, and then a pair of upper and lower surfaces each having a pad having fixed abrasive grains. A fixed abrasive that sandwiches the carrier between the boards, rotates the upper and lower surface plates while swinging the carrier in the same horizontal plane, and simultaneously grinds both sides of the semiconductor wafer from rough grinding to finish grinding in one step. Grain grinding process ;
And during the fixed abrasive grinding process, all of the plurality of round holes are arranged so as to fall within the circumference of the upper and lower surface plate ,
Further comprising a double-side polishing step for simultaneously polishing both sides of the semiconductor wafer, and a single-side finish polishing step for final polishing one surface of the semiconductor wafer polished by the double-side polishing step;
Between the slicing step and the double-side polishing step,
The fixed abrasive grinding step;
Semiconductors and relaxation of working strain on the surface and the end surface of the semiconductor wafer, a chemical treatment step of performing a finishing chamfering simultaneously to predetermined chamfered end faces of the semiconductor wafer, wherein Rukoto comprises no matter the order Wafer manufacturing method.
2.前記半導体ウェーハは、直径が450mm以上の大口径シリコンウェーハである上記1に記載の半導体ウェーハの製造方法。 2. 2. The method for producing a semiconductor wafer according to 1 above, wherein the semiconductor wafer is a large-diameter silicon wafer having a diameter of 450 mm or more.
本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、前記スライス工程と前記両面研磨工程の間に固定砥粒研削工程と化学処理工程を行うことにより、従来法に比べて半導体ウェーハの製造工程全体の短縮につながり、かつ半導体ウェーハの取り代を低減して、半導体材料のカーフロスを削減して安価に半導体ウェーハを得ることができる。
また、半導体ウェーハの取り代を低減することにより、半導体ウェーハの平坦度も併せて向上させることができる。
さらに、エピタキシャル層成長工程を、化学処理工程と両面研磨工程の間、または両面研磨工程の後に行うことにより、半導体ウェーハを、エピタキシャル層を有する半導体ウェーハとすることができる。
特に、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、直径が450mm以上の大口径シリコンウェーハを製造するのに適している。
According to the method for manufacturing a semiconductor wafer of the present invention, a fixed abrasive grinding process and a chemical treatment process are performed between the slicing process and the double-side polishing process, thereby reducing the entire manufacturing process of the semiconductor wafer as compared with the conventional method. In addition, it is possible to obtain a semiconductor wafer at a low cost by reducing the semiconductor wafer kerf loss by reducing the machining allowance of the semiconductor wafer.
Moreover, the flatness of the semiconductor wafer can also be improved by reducing the machining allowance of the semiconductor wafer.
Further, by performing the epitaxial layer growth step between the chemical treatment step and the double-side polishing step, or after the double-side polishing step, the semiconductor wafer can be a semiconductor wafer having an epitaxial layer.
In particular, the semiconductor wafer manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing a large-diameter silicon wafer having a diameter of 450 mm or more.
次に、本発明の半導体ウェーハの製造方法を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態を示す工程フロー図である。本発明の第1実施形態は、以下に示す5工程を(1)〜(5)の順番で行うものである。
(1)結晶性インゴットから薄円板状の半導体ウェーハを切り出すスライス工程
(2)前記半導体ウェーハを、互いに近接した位置関係で設けられた複数個の丸穴を有するキャリアの前記丸穴に嵌めこんだ後、固定砥粒を有するパッドをそれぞれ具える1対の上下定盤間に、前記キャリアを挟み込み、該キャリアを同一水平面内で揺動運動させながら、前記上下定盤を回転させて、前記半導体ウェーハの両面を同時に粗研削から仕上げ研削まで一気に高速加工する固定砥粒研削工程
(3)前記半導体ウェーハの表面および端面の加工歪の緩和と、前記半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取りとを同時に行う化学処理工程
(4)前記半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程
(5)前記両面研磨工程により研磨された半導体ウェーハの一方の面を仕上げ研磨する片面仕上げ研磨工程
Next, the manufacturing method of the semiconductor wafer of this invention is demonstrated in detail, referring drawings. FIG. 1 is a process flow diagram showing a first embodiment of the present invention. In the first embodiment of the present invention, the following five steps are performed in the order of (1) to (5).
(1) Slicing step of cutting out a thin disk-shaped semiconductor wafer from a crystalline ingot (2) Inserting the semiconductor wafer into the round hole of a carrier having a plurality of round holes provided in a positional relationship close to each other Thereafter, the carrier is sandwiched between a pair of upper and lower surface plates each having a pad having fixed abrasive grains, and the upper and lower surface plates are rotated while the carrier is swung in the same horizontal plane. Fixed abrasive grinding process for simultaneously processing both surfaces of a semiconductor wafer at high speed from rough grinding to finish grinding (3) Relieving the processing strain on the surface and end face of the semiconductor wafer and making the end face of the semiconductor wafer into a predetermined chamfered shape Chemical treatment process that performs finishing chamfering simultaneously (4) Double-side polishing process that simultaneously polishes both sides of the semiconductor wafer (5) Polishing by the double-side polishing process Sided finish polishing step of polishing finish the one surface of the semiconductor wafers
次に、本発明の第1実施形態における各工程を説明する。
(スライス工程)
スライス工程は、研削液を供給しながらワイヤーソーを結晶性インゴットに接触させて切断するか、あるいは、円周刃を用いて結晶性インゴットを切断することによって薄円板状のウェーハを切り出す工程である。あとに続く固定砥粒研削工程または化学処理工程での処理負荷を小さくするために、スライス工程後の半導体ウェーハは、可能な限り平坦度が高く、かつ表面粗さが小さい方が好ましい。
なお結晶性インゴットは、シリコン単結晶インゴットが代表的であるが、太陽電池用シリコン多結晶インゴットであっても良い。
Next, each step in the first embodiment of the present invention will be described.
(Slicing process)
The slicing process is a process of cutting a thin disk-shaped wafer by cutting a crystalline ingot by using a circumferential blade while contacting a wire saw with a crystalline ingot while supplying a grinding liquid. is there. In order to reduce the processing load in the subsequent fixed abrasive grinding process or chemical processing process, it is preferable that the semiconductor wafer after the slicing process has as high a flatness as possible and a small surface roughness.
The crystalline ingot is typically a silicon single crystal ingot, but may be a silicon polycrystalline ingot for solar cells.
(固定砥粒研削工程)
固定砥粒研削工程は、スライス工程で切り出された半導体ウェーハの両面に粗研削を施して、ウェーハの平坦度を向上させ、かつ半導体ウェーハの最終厚さに近づける工程である。
図2は、固定砥粒研削工程に用いる固定砥粒研削装置10を模式的に示す説明図である。図2(a)〜(c)のうち図2(a)は、固定砥粒研削工程に用いる装置10を鉛直方向断面図で模式的に示した説明図であり、図2(b)および図2(c)は、固定砥粒研削工程に用いる装置10を水平方向上面から模式的に示した説明図である。また、図2(a)〜(c)のうち図2(a)および図2(b)は、固定砥粒研削工程が始まる直前の状態を示した説明図であり、図2(c)は、固定砥粒研削工程が始まってから一定時間経過した状態を示した説明図である。
(Fixed abrasive grinding process)
The fixed abrasive grinding process is a process in which rough grinding is performed on both sides of the semiconductor wafer cut out in the slicing process to improve the flatness of the wafer and bring it close to the final thickness of the semiconductor wafer.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing the fixed
固定砥粒研削装置10は、互いに近接した位置関係で設けられた複数個の丸穴11a、11bおよび11cを有するキャリア12と、固定砥粒を有するパッド13aおよび13bと、パッド13aおよび13bを具える1対の上下定盤14aおよび14bと、キャリア12の円周を4分割しキャリア12の側面に接触するように配置されたガイドローラ15a、15b、15cおよび15dとからなる。
The fixed
スライス工程で切り出された半導体ウェーハ16a、16bおよび16cを、キャリア12に設けられた丸穴11a、11bおよび11cに嵌め込んだ後、固定砥粒を有するパッド13aおよび13bを具える1対の上下定盤14aおよび14bの間に、キャリア12を挟み込み、ガイドローラ15a、15b、15cおよび15dを移動させてキャリア12を同一平面内で揺動運動させながら、上下定盤14aおよび14bを回転させてウェーハ16a、16bおよび16cは、両面を同時に研削される。
After the semiconductor wafers 16a, 16b and 16c cut out in the slicing process are fitted into the
図2において丸穴は、11a、11bおよび11cの3個が示されているが、丸穴の個数は3個に限定されるものではない。ただし、図2(b)および(c)で示されるように、キャリア12が、揺動運動をして上下定盤14aおよび14bに対して如何なる位置関係となっても、丸穴11a、11bおよび11cのすべてが上下定盤14aおよび14bの円周内に入るように配置されることが重要である。これは、固定砥粒研削中の半導体ウェーハに負荷する圧力をできるだけ均一にすることによって、スライス工程後の半導体ウェーハの外周部を面取りすることなく、固定砥粒研削中の半導体ウェーハのワレ、カケを防止するとともに、固定砥粒研削後の半導体ウェーハの平坦度を向上させるためである。丸穴11が同一直径で3個の場合、図2(b)および(c)で示されるように、丸穴11a、11bおよび11cが、互いに近接した位置関係をとると、定盤14の直径を最小とすることができ、固定砥粒研削装置10が不必要に大型化することがなく好ましい。
なお、図2において、定盤14の直径をL1とすると、例えば、直径が450mmのシリコンウェーハ3枚を固定砥粒研削する場合のL1は概ね985mmである。
In FIG. 2, three
In FIG. 2, assuming that the diameter of the
パッドは、固定砥粒を有するため、固定砥粒研削中に遊離砥粒スラリーを供給する必要はない。従って、遊離砥粒の供給が不均一なことに起因する、研削後の半導体ウェーハの平坦度が低下することを回避することができ、特に450mm以上の大口径シリコンウェーハのように半導体ウェーハの直径が大きく、遊離砥粒を均一に供給することが難しい場合には特に有利となる。 Since the pad has fixed abrasive grains, it is not necessary to supply loose abrasive slurry during fixed abrasive grinding. Therefore, it is possible to avoid a decrease in the flatness of the semiconductor wafer after grinding due to non-uniform supply of loose abrasive grains, and in particular, the diameter of the semiconductor wafer such as a large-diameter silicon wafer of 450 mm or more. Is particularly advantageous when it is difficult to uniformly supply loose abrasive grains.
固定砥粒を有するパッドについては、砥粒の材質がダイヤモンドであることが一般的であるが、SiCの砥粒も使用することができる。また、固定砥粒を有するパッド粗さは、#1000〜8000の範囲のものを使用することができるが、上述したように、固定砥粒研削中の半導体ウェーハに負荷される圧力が均一であること、遊離砥粒ではなく固定砥粒を使用することから、砥粒の半導体ウェーハに対する研削作用が均一であることから、スライス工程直後のスライス表面が粗い状態の半導体ウェーハでも、#8000程度の細かいパッドを用いて固定砥粒研削を開始しても、ワレやカケなどを発生させることなく、一気に粗研削から仕上げ研削まで高速加工を行うことができる。
なお、固定砥粒研削中は、研削屑を洗い流すこと、あるいは潤滑を目的として、水またはアルカリ溶液を供給することが好ましい。
For pads having fixed abrasive grains, the abrasive grain material is generally diamond, but SiC abrasive grains can also be used. Moreover, the pad roughness having fixed abrasive grains can be used in the range of # 1000 to 8000, but as described above, the pressure applied to the semiconductor wafer during the fixed abrasive grinding is uniform. In addition, since fixed abrasive grains are used instead of loose abrasive grains, the grinding action of the abrasive grains on the semiconductor wafer is uniform, so even a semiconductor wafer with a rough slice surface immediately after the slicing step is fine as about # 8000. Even if fixed abrasive grinding is started using a pad, high-speed machining from rough grinding to finish grinding can be performed at once without generating cracks or chips.
In addition, during fixed abrasive grinding, it is preferable to supply water or an alkaline solution for the purpose of washing away grinding scraps or lubrication.
なお、固定砥粒研削工程における研削代が、片面あたり20μm未満であると、切断時に発生する半導体ウェーハのうねりが問題となり、一方、50μmを超えると、半導体ウェーハ強度の不足が問題となる。従って、固定砥粒研削工程における加工代は、片面あたり20〜50μmの範囲であることが好ましい。 If the grinding allowance in the fixed abrasive grinding process is less than 20 μm per side, the swell of the semiconductor wafer generated during cutting becomes a problem. On the other hand, if it exceeds 50 μm, insufficient semiconductor wafer strength becomes a problem. Therefore, the machining allowance in the fixed abrasive grinding step is preferably in the range of 20 to 50 μm per side.
ところで、本発明で行う固定砥粒研削工程と、従来法で行われていたラッピング工程とを比較するために、ラッピング工程について簡単に説明する。
図3は、従来法で行われていたラッピング工程で用いる装置を模式的に示す説明図である。ラッピング装置50は、丸穴51a、51b、51c、51dおよび51eをそれぞれに有し側面にギアを具えるキャリア52a、52b、52c、52dおよび52eと、パッド53aおよび53bと、パッド53aおよび53bを具える1対の上下定盤54aおよび54bと、キャリア52a、52b、52c、52dおよび52eが遊星運動する際の外周ギア55と、キャリア52a、52b、52c、52dおよび52eの側面に具えられたギアと噛み合うセンターギア56とからなる。
By the way, in order to compare the fixed abrasive grinding process performed by this invention with the lapping process performed by the conventional method, a lapping process is demonstrated easily.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing an apparatus used in a lapping process performed by a conventional method. The
スライス工程で切り出された半導体ウェーハ57a、57b、57c、57dおよび57eを、キャリア52a、52b、52c、52dおよび52eに設けられた丸穴51a、51b、51c、51dおよび51eに嵌め込んだ後、パッド53aおよび53bを具える1対の上下定盤54aおよび54bの間に、キャリア52a、52b、52c、52dおよび52eを挟み込み、遊離砥粒をウェーハ57a、57b、57c、57dおよび57eに供給しながら、センターギア56を回転し、キャリア52a、52b、52c、52dおよび52eを外周ギア55にそって遊星運動させ、ウェーハ57a、57b、57c、57dおよび57eをラッピングする。
After the
ラッピング装置50において、センターギア56の占める面積が大きいことから、それに伴って、定盤54の面積も大きくなり、その結果、ラッピング装置50の全体が大型になる傾向がある。直径の大きい半導体ウェーハをラッピングする際には、キャリア52a、52b、52c、52dおよび52eが大型化し、それによってキャリア52a、52b、52c、52d、52dおよび52eを遊星運動させるのに必要な力も大きくなり、センターギア56は大型化し、ラッピング装置50全体の大型化に拍車がかかり、深刻な問題となる。図3において、定盤54の直径をL2とすると、例えば、直径が450mmのシリコンウェーハを3枚ラッピングする場合のL2は概ね2200mmとなり、固定砥粒研削装置10におけるL1と比べて非常に大きくなり、直径が450mm以上のシリコンウェーハを、ラッピング工程を含む製造方法で製造する場合には、非常に大きいラッピング装置が必要となり、設置場所などの問題が発生する懸念がある。
In the
また、ラッピング工程では、遊離砥粒を塗布しながらラッピングを行うため、ガイドが大きくなり、遊離砥粒の供給範囲が広くなれば、それだけ均一供給が困難となり、ラッピング工程後の半導体ウェーハの平坦度が低下しやすくなるだけでなく、ラッピング中にワレ、カケも発生しやすくなる。 Also, in the lapping process, lapping is performed while applying free abrasive grains, so the guide becomes larger and the supply range of free abrasive grains becomes wider, making uniform supply more difficult, and the flatness of the semiconductor wafer after the lapping process Not only tends to decrease, but cracks and chips are likely to occur during lapping.
(化学処理工程)
化学処理工程は、スライス工程、あるいはスライス工程および固定砥粒研削工程の両方の工程で半導体ウェーハの表面および端面に加えられた加工歪の緩和と、半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取りを同時に行うもので、バッチ式および枚葉式のいずれかの化学処理を選択することができる。
(Chemical treatment process)
The chemical treatment process is a slicing process, or the process distortion applied to the surface and end face of the semiconductor wafer in both the slicing process and the fixed abrasive grinding process is reduced, and the end face of the semiconductor wafer is finished to a predetermined chamfered shape. Chamfering is performed at the same time, and either batch type or single wafer type chemical treatment can be selected.
バッチ式化学処理は、所定のエッチング液の入った容器内に、複数枚(例えば24枚)の半導体ウェーハを浸漬して、半導体ウェーハの両面および端面に加えられた加工歪の緩和と、半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取りを同時に行う処理である。 Batch chemical treatment involves immersing a plurality of semiconductor wafers (for example, 24 wafers) in a container containing a predetermined etching solution to alleviate processing strain applied to both surfaces and end surfaces of the semiconductor wafer, This is a process of simultaneously performing the finishing chamfering to make the end face of the sheet into a predetermined chamfer shape.
枚葉式化学処理は、1枚の半導体ウェーハを、半導体ウェーハの片面ずつにエッチング液を滴下しながら回転させて、遠心力によりエッチング液を半導体ウェーハのエッチング液滴下面全体および端面に行き渡らせ、半導体ウェーハのエッチング滴下面および端面の加工歪を緩和し、半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取りとを同時に行う処理である。なお、枚葉式化学処理の場合には、片面ずつで計2回行い、両面をエッチングする。端面については、2回のエッチングで所定の形状となるように、エッチングの条件を設定する。 In the single wafer chemical treatment, one semiconductor wafer is rotated while dropping the etching solution on each side of the semiconductor wafer, and the etching solution is spread over the entire bottom surface and end surface of the etching droplet of the semiconductor wafer by centrifugal force. This is a process of simultaneously performing finish chamfering to alleviate the processing distortion of the etching dropping surface and the end surface of the semiconductor wafer and to make the end surface of the semiconductor wafer into a predetermined chamfered shape. In the case of single-wafer chemical treatment, each side is etched twice, and both sides are etched. Etching conditions are set so that the end face has a predetermined shape by two etchings.
枚葉式化学処理に用いるエッチング液は、回転させた半導体ウェーハにエッチング液を滴下した際に、適度な速度で半導体ウェーハのエッチング滴下面に行き渡り、該滴下面上で均一なエッチング液の膜を形成する必要があることから、フッ酸、硝酸およびリン酸の混酸を使用することが好ましい。バッチ式化学処理でエッチング液として通常使用されるフッ酸、硝酸および酢酸の混酸では粘度が低いことから、回転させた半導体ウェーハにエッチング液を滴下した際に、エッチング液が半導体ウェーハのエッチング滴下面に行き渡る速度が速すぎてエッチング液の膜が形成されず、エッチングむらとなる。
なお、枚葉式化学処理でエッチング液として用いるフッ酸、硝酸およびリン酸の混酸は、フッ酸、硝酸およびリン酸の濃度がそれぞれ、質量%で、5〜20%、5〜40%および30〜40%のものを混合して使用することが好ましい。
When the etching solution used for the single wafer chemical treatment is dropped onto the rotated semiconductor wafer, the etching solution reaches the etching dropping surface of the semiconductor wafer at an appropriate speed, and a uniform etching solution film is formed on the dropping surface. Since it needs to be formed, it is preferable to use a mixed acid of hydrofluoric acid, nitric acid and phosphoric acid. The mixed solution of hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid that is normally used as an etchant in batch chemical processing has a low viscosity, so when the etchant is dropped onto a rotated semiconductor wafer, the etchant is etched onto the surface of the semiconductor wafer. The speed at which the film is spread is too fast, and no etching solution film is formed, resulting in uneven etching.
The mixed acid of hydrofluoric acid, nitric acid and phosphoric acid used as the etching solution in the single-wafer chemical treatment has a concentration of hydrofluoric acid, nitric acid and phosphoric acid of 5% to 20%, 5 to 40% and 30%, respectively. It is preferable to use a mixture of ˜40%.
(両面研磨工程)
両面研磨工程は、固定砥粒研削工程および化学処理工程を経た半導体ウェーハの両面を、ウレタンなどからなる研磨布を用いて研磨スラリーを供給して研磨する。研磨スラリーの種類は特に制限されないが、粒径が0.5〜2μmのコロイダルシリカが好ましい。
(Double-side polishing process)
In the double-side polishing step, both surfaces of the semiconductor wafer that has undergone the fixed abrasive grinding step and the chemical treatment step are polished by supplying a polishing slurry using a polishing cloth made of urethane or the like. The type of the polishing slurry is not particularly limited, but colloidal silica having a particle size of 0.5 to 2 μm is preferable.
(片面仕上げ研磨工程)
片面仕上げ研磨工程は、両面を研磨した半導体ウェーハにおいて、最終的に素子面となる片面を、ウレタンなどからなる研磨布を用いて、研磨スラリーを供給して研磨する。研磨スラリーの種類は特に制限されないが、粒径が0.5μm以下のコロイダルシリカが好ましい。
(Single-side finish polishing process)
In the single-sided finish polishing step, a semiconductor wafer having both surfaces polished is polished by supplying a polishing slurry using a polishing cloth made of urethane or the like on one side that finally becomes an element surface. The type of the polishing slurry is not particularly limited, but colloidal silica having a particle size of 0.5 μm or less is preferable.
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図4は、本発明の第2実施形態を示す工程フロー図である。なお、図4おいて、図1の各工程と同じ工程については、同じ名称を付してある。
ここで、図4に示した第2実施形態は、図1に示した第1実施形態と比較して、固定砥粒研削工程および化学処理工程を、スライス工程と両面研削工程の間で行う点では共通しているが、固定砥粒研削工程と化学処理工程を行う順番が異なっている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a process flow diagram showing the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same steps as those in FIG. 1 are given the same names.
Here, the second embodiment shown in FIG. 4 is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the fixed abrasive grinding step and the chemical treatment step are performed between the slicing step and the double-side grinding step. However, the order of performing the fixed abrasive grinding process and the chemical treatment process is different.
化学処理工程の説明で述べたように、化学処理工程には、半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取り作用がある。従って、化学処理工程後は、両面研磨工程および片面仕上げ研磨工程のみとして、半導体ウェーハの厚さの減少量が多い研削工程を避けた方が、半導体ウェーハの面取り幅のばらつきを抑制する点で有利である。
つまり、図1で示した本発明の第1実施形態、すなわち、(固定砥粒研削工程)→(化学処理工程)の順番で行う方が好ましい。
しかしながら、図4で示した本発明の第2実施形態、すなわち、(化学処理工程)→(固定砥粒研削工程)の順番で半導体ウェーハを製造した場合であっても、半導体ウェーハの面取り幅のばらつきが若干大きくなり、固定砥粒研削工程で発生する加工歪みが残留するものの、従来法と比較して、工程数の削減や半導体材料のカーフロス低減については、第1実施形態と同様の有利な効果が得られる。従って、半導体ウェーハの面取り幅のばらつきおよび残留加工歪みが半導体ウェーハの要求品質基準内に入る場合には、本発明の第2実施形態は、半導体ウェーハの製造コスト低減に有効な手段の一つとなる。加えて、ウェーハの端面での加工歪みの緩和を重視する場合には、固定砥粒研削工程の後の仕上げ面取り工程を行うこともできる。
As described in the explanation of the chemical treatment process, the chemical treatment process has a finishing chamfering action for making the end face of the semiconductor wafer into a predetermined chamfered shape. Therefore, after the chemical treatment process, it is advantageous to avoid the grinding process in which the thickness reduction of the semiconductor wafer is large only as the double-sided polishing process and the single-sided finishing polishing process in terms of suppressing variation in the chamfer width of the semiconductor wafer. It is.
That is, it is preferable to perform the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1, that is, in the order of (fixed abrasive grinding step) → (chemical treatment step).
However, even when the semiconductor wafer is manufactured in the order of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 4, that is, (chemical treatment step) → (fixed abrasive grinding step), the chamfer width of the semiconductor wafer is reduced. Although the variation slightly increases and the processing distortion generated in the fixed abrasive grinding process remains, the number of processes and the kerf loss of the semiconductor material are the same as those of the first embodiment in comparison with the conventional method. An effect is obtained. Therefore, when the variation in the chamfer width of the semiconductor wafer and the residual processing distortion are within the required quality standard of the semiconductor wafer, the second embodiment of the present invention is one of effective means for reducing the manufacturing cost of the semiconductor wafer. . In addition, when emphasizing alleviation of processing distortion at the end face of the wafer, a finishing chamfering process after the fixed abrasive grinding process can be performed.
以上が本発明の製造方法における主要工程であるが、必要に応じて面取り部研磨工程およびエピタキシャル層成長工程の一方または両方を加えても良い。以下、面取り部研磨工程およびエピタキシャル層成長工程についてそれぞれ説明する。 The above is the main step in the production method of the present invention, but one or both of the chamfered portion polishing step and the epitaxial layer growth step may be added as necessary. Hereinafter, each of the chamfered portion polishing step and the epitaxial layer growth step will be described.
(面取り部研磨工程)
面取り部研磨工程は、両面研磨工程の後に、半導体ウェーハの面取り部を研磨することにより面取り幅のばらつきを小さくするために行われる。ウレタンなどからなる研磨布を用いて、研磨スラリーを供給し面取り部を研磨する。研磨スラリーの種類は特に制限されないが、粒径が0.5μm程度のコロイダルシリカが好ましい。
(Chamfered part polishing process)
The chamfered portion polishing step is performed in order to reduce the variation in the chamfer width by polishing the chamfered portion of the semiconductor wafer after the double-sided polishing step. Using a polishing cloth made of urethane or the like, polishing slurry is supplied and the chamfered portion is polished. The type of the polishing slurry is not particularly limited, but colloidal silica having a particle size of about 0.5 μm is preferable.
(エピタキシャル層成長工程)
エピタキシャル層成長工程を、化学処理工程と両面研磨工程の間、または両面研磨工程の後に行うことにより、半導体ウェーハを、エピタキシャル層を有する半導体ウェーハとすることができる。半導体ウェーハの表面にエピタキシャル層を成長させる場合、スライス工程、あるいはスライス工程および固定砥粒研削工程の両方の工程で加えられた半導体ウェーハ表面のダメージが除去されている必要があるため、エピタキシャル層成長工程は、化学処理工程と両面研磨工程の間、または両面研磨工程の後に行われることが好ましい。
(Epitaxial layer growth process)
By performing the epitaxial layer growth step between the chemical treatment step and the double-side polishing step or after the double-side polishing step, the semiconductor wafer can be a semiconductor wafer having an epitaxial layer. When growing an epitaxial layer on the surface of a semiconductor wafer, the damage to the surface of the semiconductor wafer applied during the slicing process or both the slicing process and the fixed abrasive grinding process must be removed. The step is preferably performed between the chemical treatment step and the double-side polishing step or after the double-side polishing step.
なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々変更を加えることができる。 The above description is merely an example of the embodiment of the present invention, and various modifications can be made within the scope of the claims.
次に本発明に従う製造方法によって半導体ウェーハを試作したので、以下で説明する。
(発明例1)
図1に示した本発明の第1実施形態のプロセスフローに従って、直径が300mmのシリコンウェーハを試作した。
Next, a semiconductor wafer was prototyped by the manufacturing method according to the present invention, and will be described below.
(Invention Example 1)
A silicon wafer having a diameter of 300 mm was prototyped according to the process flow of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
(発明例2)
シリコンウェーハの直径が450mmであること以外は、発明例1と同一の製造方法でシリコンウェーハを試作した。
(Invention Example 2)
A silicon wafer was prototyped by the same manufacturing method as in Invention Example 1 except that the diameter of the silicon wafer was 450 mm.
(発明例3)
図4に示した本発明の第2実施形態のプロセスフローに従って、直径が300mmのシリコンウェーハを試作した。
(Invention Example 3)
A silicon wafer having a diameter of 300 mm was prototyped according to the process flow of the second embodiment of the present invention shown in FIG.
(発明例4)
シリコンウェーハの直径が450mmであること以外は、発明例3と同一の製造方法でシリコンウェーハを試作した。
(Invention Example 4)
A silicon wafer was prototyped by the same manufacturing method as Example 3 except that the diameter of the silicon wafer was 450 mm.
(従来例1)
図5に示す、ラッピング工程を含む従来の半導体ウェーハの製造方法で、直径が300mmのシリコンウェーハを試作した。
(Conventional example 1)
A silicon wafer having a diameter of 300 mm was prototyped by a conventional semiconductor wafer manufacturing method including a lapping step shown in FIG.
(従来例2)
図6に示す、ラッピング工程の代わりに両面研磨工程を用いた半導体ウェーハの製造方法で、直径が300mmのシリコンウェーハを試作した。
(Conventional example 2)
A silicon wafer having a diameter of 300 mm was prototyped by a semiconductor wafer manufacturing method using a double-side polishing process instead of the lapping process shown in FIG.
かくして得られた各サンプルについて、シリコンのカーフロスおよび平坦度を評価した。以下、評価方法について説明する。 For each sample thus obtained, silicon kerf loss and flatness were evaluated. Hereinafter, the evaluation method will be described.
(シリコンのカーフロス)
発明例1〜4は、固定砥粒研削工程前後の半導体ウェーハ厚さの減少量(μm)で、従来例1は、ラッピング工程前後の半導体ウェーハ厚さの減少量(μm)および片面研削工程前後の半導体ウェーハ厚さの減少量(μm)の和で、従来例2は、両面研削工程前後の半導体ウェーハ厚さの減少量(μm)および片面研削工程前後の半導体ウェーハ厚さの減少量(μm)の和で、シリコンのカーフロスを評価した。
(Silicon calfloss)
Inventive Examples 1 to 4 are semiconductor wafer thickness reduction (μm) before and after the fixed abrasive grinding process, and Conventional Example 1 is the semiconductor wafer thickness reduction (μm) before and after the lapping process and before and after the single-side grinding process. In the conventional example 2, the reduction amount of the semiconductor wafer thickness before and after the double-side grinding process (μm) and the reduction amount of the semiconductor wafer thickness before and after the single-side grinding process (μm) ) To evaluate silicon kerfloss.
(平坦度)
各サンプルの平坦度を、静電容量厚みセンサー計を用いて測定し、次のように評価した。
○:平坦度が、0.5μm未満。
△:平坦度が、0.5μm以上1μm以下。
×:平坦度が、1μmを超える。
(Flatness)
The flatness of each sample was measured using a capacitance thickness sensor meter and evaluated as follows.
○: Flatness is less than 0.5 μm.
Δ: Flatness is 0.5 μm or more and 1 μm or less.
X: Flatness exceeds 1 μm.
各サンプルを評価した結果を表1に示す。 The results of evaluating each sample are shown in Table 1.
同表から明らかなように、発明例1では、シリコンのカーフロスが最小の値を示し、平坦度についても良好であることが確認できた。発明例2についても、発明例1とほぼ同等の良好な結果であることから、本発明の第1実施形態のプロセスフローに従う製造方法によれば、直径が450mmの大口径シリコンウェーハを得られることが確認できた。
また、本発明の第2実施形態のプロセスフローに従う発明例3および4では、シリコンのカーフロスおよび平坦度のそれぞれについて発明例1および2とほぼ同等の良好な結果が得られた。
これに対し、従来例1および2は、発明例1〜4と比較して、シリコンのカーフロスが大きく、平坦度も劣ることが確認できた。
As is clear from the table, in the invention example 1, it was confirmed that the kerf loss of silicon showed the minimum value and the flatness was also good. Since Invention Example 2 also has good results that are almost equivalent to Invention Example 1, according to the manufacturing method according to the process flow of the first embodiment of the present invention, a large-diameter silicon wafer having a diameter of 450 mm can be obtained. Was confirmed.
In addition, in Inventive Examples 3 and 4 according to the process flow of the second embodiment of the present invention, good results substantially equivalent to Inventive Examples 1 and 2 were obtained for silicon kerf loss and flatness, respectively.
On the other hand, it was confirmed that Conventional Examples 1 and 2 had a large silicon kerf loss and inferior flatness as compared with Invention Examples 1 to 4.
本発明の半導体ウェーハの製造方法によれば、前記スライス工程と前記両面研磨工程の間に固定砥粒研削工程と化学処理工程を行うことにより、従来法に比べて半導体ウェーハの製造工程全体の短縮につながり、かつ半導体ウェーハの取り代を低減して、半導体材料のカーフロスを削減して安価に半導体ウェーハを得ることができる。
また、半導体ウェーハの取り代を低減することにより、半導体ウェーハの平坦度も併せて向上させることができる。
さらに、エピタキシャル層成長工程を、化学処理工程と両面研磨工程の間、または両面研磨工程の後に行うことにより、半導体ウェーハを、エピタキシャル層を有する半導体ウェーハとすることができる。
特に、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、直径が450mm以上の大口径シリコンウェーハを製造するのに適している。
According to the method for manufacturing a semiconductor wafer of the present invention, a fixed abrasive grinding process and a chemical treatment process are performed between the slicing process and the double-side polishing process, thereby reducing the entire manufacturing process of the semiconductor wafer as compared with the conventional method. In addition, it is possible to obtain a semiconductor wafer at a low cost by reducing the semiconductor wafer kerf loss by reducing the machining allowance of the semiconductor wafer.
Moreover, the flatness of the semiconductor wafer can also be improved by reducing the machining allowance of the semiconductor wafer.
Further, by performing the epitaxial layer growth step between the chemical treatment step and the double-side polishing step, or after the double-side polishing step, the semiconductor wafer can be a semiconductor wafer having an epitaxial layer.
In particular, the semiconductor wafer manufacturing method of the present invention is suitable for manufacturing a large-diameter silicon wafer having a diameter of 450 mm or more.
10 固定砥粒研削装置
11a、11b、11c 丸穴
12 キャリア
13a、13b 固定砥粒を有するパッド
14、14a、14b 定盤
15a、15b、15c、15d ガイドローラ
16、16a、16b、16c 半導体ウェーハ
50 ラッピング装置
51a、51b、51c、51d、51e 丸穴
52a、52b、52c、52d、52e キャリア
53a、53b パッド
54 54a、54b 定盤
55 外周ギア
56 センターギア
57a、57b、57c、57d、57e 半導体ウェーハ
101 スライス工程
102 固定砥粒研削工程
103 化学処理工程
104 両面研磨工程
105 面取り部研磨工程
106 片面仕上げ研磨工程
107 第1面取り工程
108 ラッピング工程
109 第2面取り工程
110 片面研削工程
111 両面研削工程
112 面取り工程
DESCRIPTION OF
Claims (2)
複数枚の前記半導体ウェーハを、互いに近接した位置関係で設けられた複数個の丸穴を有するキャリアの前記丸穴に嵌めこんだ後、固定砥粒を有するパッドをそれぞれ具える1対の上下定盤間に前記キャリアを挟み込み、該キャリアを同一水平面内で揺動運動させながら、前記上下定盤を回転させて、前記半導体ウェーハの両面を同時に粗研削から仕上げ研削まで一工程で研削する固定砥粒研削工程と、
を具え、前記固定砥粒研削工程中、前記複数個の丸穴の全てが、前記上下定盤の円周内に入るように配置され、
前記半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程と、該両面研磨工程により研磨された半導体ウェーハの一方の面を仕上げ研磨する片面仕上げ研磨工程とをさらに具え、
前記スライス工程と前記両面研磨工程の間に、
前記固定砥粒研削工程と、
前記半導体ウェーハの表面および端面の加工歪の緩和と、前記半導体ウェーハの端面を所定の面取り形状にする仕上げ面取りとを同時に行う化学処理工程と、を順番に関係なく具えることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。 A slicing step of cutting a thin disk-shaped semiconductor wafer from the crystalline ingot;
A plurality of semiconductor wafers are fitted into the round holes of a carrier having a plurality of round holes provided in a positional relationship close to each other, and then a pair of upper and lower surfaces each having a pad having fixed abrasive grains. A fixed abrasive that sandwiches the carrier between the boards, rotates the upper and lower surface plates while swinging the carrier in the same horizontal plane, and simultaneously grinds both sides of the semiconductor wafer from rough grinding to finish grinding in one step. Grain grinding process ;
And during the fixed abrasive grinding process, all of the plurality of round holes are arranged so as to fall within the circumference of the upper and lower surface plate ,
Further comprising a double-side polishing step for simultaneously polishing both sides of the semiconductor wafer, and a single-side finish polishing step for final polishing one surface of the semiconductor wafer polished by the double-side polishing step;
Between the slicing step and the double-side polishing step,
The fixed abrasive grinding step;
Semiconductors and relaxation of working strain on the surface and the end surface of the semiconductor wafer, a chemical treatment step of performing a finishing chamfering simultaneously to predetermined chamfered end faces of the semiconductor wafer, wherein Rukoto comprises no matter the order Wafer manufacturing method.
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