JP6509636B2

JP6509636B2 - ゲッタリング層形成方法

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Publication number: JP6509636B2
Application number: JP2015111896A
Authority: JP
Inventors: 智隆田渕
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-06-02
Filing date: 2015-06-02
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2035-06-02
Also published as: JP2016225518A

Description

本発明は、不純物を吸着するゲッタリング層をウエーハの裏面に形成するゲッタリング層形成方法に関する。

研削装置によってウエーハの裏面が研削されると、ウエーハの裏面に研削痕や研削歪みが残存し、ウエーハの抗折強度が低下するため、研削痕や研削歪みをプラズマエッチングによって除去する方法が行われている。しかし、プラズマエッチングによって研削痕などが除去されて鏡面になると、ウエーハのゲッタリング効果が無くなってしまう。ゲッタリング効果がなくなると、ウエーハの内部に含有した銅等の不純物が表面側に浮遊して電流リークが発生すると考えられ、そのため、ＤＲＡＭやフラッシュメモリ等のようなメモリ機能を有する半導体デバイスでは、メモリ機能が低下したり正常に動作しなくなったりする。

そこで、特許文献１〜３では、研削痕などが除去されたウエーハの裏面に微細な歪（凹凸）が形成されるゲッタリング層を形成している。ゲッタリング層を形成するには、特許文献１では回転する研摩砥石によってウエーハの裏面を研磨する工程を行い、特許文献２では、所定のパルス幅を有するレーザー光線をウエーハの裏面に照射する工程を行っている。また、特許文献３では、不活性ガス（希ガス）をプラズマ化（イオン）させてスパッタリングする不活性ガス照射工程を行っている。

特許第４９６１１８３号公報特開２０１４−６３７８６号公報特許第５３３１５００号公報

しかしながら、上記各特許文献において形成されたゲッタリング層では、デバイスの配線に使用されるＣｕ不純物（金属イオン）の吸着保持について、ゲッタリング効果を更に向上するよう改善の余地があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、金属イオンを吸着保持するゲッタリング効果を向上することができるゲッタリング層形成方法を提供することを目的とする。

本発明のゲッタリング層形成方法は、複数のデバイスが表面に形成された半導体ウエーハの裏面に金属イオンを吸着保持するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成方法であって、半導体ウエーハを真空チャンバに搬入し真空圧の真空チャンバ内に酸素ガスを供給し、酸素ガスを高周波電力によってイオン化させ、酸素ガスがイオン化された酸素イオンをウエーハの裏面にスパッタさせウエーハの裏面に酸化膜とアモルファス層とを形成すると共に酸化膜とアモルファス層との界面と、酸化膜と半導体ウエーハの酸化膜が非形成の部分との界面とに歪みを形成し、酸化膜及び両方の界面の歪みを含む厚さ領域にゲッタリング層を形成することを特徴とする。

この構成によれば、ウエーハの裏面に酸素を進入させてウエーハ表面に酸化膜を形成し、酸化膜の酸素によってＣｕ不純物（金属イオン）を吸着保持させることができる。これにより、スパッタによる歪みによってＣｕ不純物を吸着したゲッタリング層からＣｕ不純物の抜け出しを防止でき、ゲッタリング効果を向上することが可能となる。

本発明によれば、酸化膜に歪みが形成されたゲッタリング層を形成できるので、ゲッタリング層においてＣｕ不純物等の金属イオンを吸着保持するゲッタリング効果を向上することができる。

本実施の形態に係るウエーハの一例を示す斜視図である。本実施の形態に係る研削工程の一例を示す説明図である。本実施の形態に係るウエーハの加工方法に用いる加工装置の全体模式図である。本実施の形態に係るエッチング工程の一例を示す説明図である。本実施の形態に係るゲッタリング層形成工程の一例を示す説明図である。ゲッタリング層が形成されたウエーハの一例を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係るウエーハの加工方法について説明する。先ず、図１を参照して、ウエーハについて説明する。図１は、ウエーハの一例を示す斜視図である。

図１に示すように、ウエーハ１は、略円板状に形成されている。ウエーハ１の表面（上面）１ａは、複数の交差する分割予定ライン２によって複数の領域に区画され、この区画された各領域にそれぞれデバイス３が形成されている。なお、ウエーハ１は、本実施の形態では、シリコンの半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウエーハとされる。

続いて、図２から図５を参照して、本実施の形態に係るウエーハの加工方法の流れについて説明する。本実施の形態に係るウエーハの加工方法は、研削工程、保持工程、エッチング工程、及び、ゲッタリング層形成工程を含む。以下に述べるウエーハの加工方法の各工程は、あくまでも一例に過ぎず、この構成に限定されるものではない。

図２は、本実施の形態に係る研削工程の一例を示す説明図である。本実施の形態に係るウエーハの加工方法においては、先ず、研削工程が実施される。この研削工程は、研削装置１０を用いて実施される。研削装置１０は、チャックテーブル１１と、研削手段１２とを備えている。チャックテーブル１１は、上面がウエーハ１を吸着保持する保持面とされ、また、図中矢印方向に回転可能に設けられる。研削手段１２は、スピンドルハウジング１４と、スピンドルハウジング１４に回転自在に支持さる回転スピンドル１５と、回転スピンドル１５の下端に装着されたマウンタ１６と、マウンタ１６の下面に取り付けられた研削ホイール１７とを具備している。研削ホイール１７は、円板状の基台１７ａと、基台１７ａの下面に環状に装着された研削砥石１７ｂとからなり、基台１７ａがマウンタ１６の下面に締結ボルト１８によって取り付けられている。

上述した研削装置１０を用いて研削工程が実施される前に、ウエーハ１の図２中下面となる表面１ａには、予め保護テープ５を貼着しておく。研削工程では、チャックテーブル１１上に保護テープ５を介してウエーハ１が吸着保持される。また、チャックテーブル１１に保持されたウエーハ１の上方に研削手段１２が位置付けられる。そして、回転するチャックテーブル１１に対し、研削手段１２の研削砥石１７ｂが回転しながら近付けられ、研削砥石１７ｂとウエーハ１の裏面１ｂとが平行状態で回転接触することでウエーハ１が所定の仕上げ厚みまで研削される。

ここで、エッチング工程及びゲッタリング層形成工程に用いる加工装置について説明する。図３は、本実施の形態に係るエッチング及びゲッタリング層形成に用いる加工装置の全体模式図である。なお、本実施の形態では、加工装置として容量結合型プラズマ（CCP: Capacitive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置を用いた例について説明するが、誘導結合型プラズマ（ICP: Inductive Coupled Plasma）のプラズマエッチング装置やその他各種プラズマエッチング装置を用いてもよい。

図３に示すように、加工装置２０は、チャンバ（真空チャンバ）２１を備え、チャンバ２１を形成する側壁２２には、ウエーハ１の搬入及び搬出用に搬入出口２３が形成されている。側壁２２には、搬入出口２３を開閉するようにシャッター機構３１がブラケット２２ａを介して取り付けられている。シャッター機構３１は、シリンダ３２の上端にシャッター３３が連結されており、シリンダ３２によってシャッター３３が昇降されることで搬入出口２３が開閉される。搬入出口２３がシャッター３３によって閉じられると、チャンバ２１内に密閉空間が形成される。また、チャンバ２１内には、電界を形成する下部電極ユニット４１と上部電極ユニット５１とが上下方向で対向して配設されている。

下部電極ユニット４１は、チャンバ２１を形成する底壁２４を貫通する導電性の支柱部４２と、支柱部４２の上端に設けられた誘電性の保持テーブル４３とを備えている。保持テーブル４３の上面中央には、吸引口４４が形成されている。吸引口４４は、保持テーブル４３及び支柱部４２内の吸引路４５を通じて吸引源４６に接続されており、吸引口４４に生じる負圧によってウエーハ１が吸引保持される。また、下部電極ユニット４１は、保持テーブル４３の上面を静電チャック式の保持面とする構造も採用され、保持テーブル４３に内部電極４９が埋設されている。内部電極４９に電圧が印加されることで、保持テーブル４３の上面に静電気が発生してウエーハ１が静電吸着される。下部電極ユニット４１内には、冷却手段４７から送り出された冷却水が通る冷却路４８が形成され、保持テーブル４３に発生する熱が冷却水に伝達されて異常な温度上昇が抑えられている。

上部電極ユニット５１は、チャンバ２１を形成する上壁２５を貫通する導電性の支柱部５２と、支柱部５２の下端に設けられた導電性の噴出テーブル５３とを備えている。噴出テーブル５３の下面には、チャンバ２１内にガスを導入する複数のガス噴出口５４が形成されている。ガス噴出口５４は、噴出テーブル５３及び支柱部５２内の流路５５を通じてフッ素系ガス源５６ａ及び酸素ガス源５６ｂに接続されている。フッ素系ガス源５６ａ及び酸素ガス源５６ｂに向かう管路の途中には切換バルブ５７が設けられており、切換バルブ５７によってガスの供給元をフッ素系ガス源５６ａ又は酸素ガス源５６ｂに切換可能に構成されている。

チャンバ２１内には、フッ素系ガス源５６ａからフッ素系ガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、四フッ化メタン（ＣＦ_４）等のフッ素を含むガスが供給される。また、チャンバ２１内には、酸素ガス源５６ｂから酸素ガスが供給される。

支柱部５２の上端側は、チャンバ２１から上方に突出しており、チャンバ２１の上壁２５に設けられたボールねじ式の昇降手段５８に連結されている。この昇降手段５８の図示しないモータ等が駆動されることで、上部電極ユニット５１が下部電極ユニット４１に対して離反又は接近され、保持テーブル４３上のウエーハ１に対する噴出テーブル５３下面の高さが調整される。

下部電極ユニット４１は高周波電源６１に電気的に接続され、上部電極ユニット５１は接地されている。高周波電源６１は、下部電極ユニット４１及び上部電極ユニット５１の間で高周波電圧を印加する。高周波電源５１によって下部電極ユニット４１及び上部電極ユニット５１の間で高周波電圧が印加されることで、チャンバ２１内のフッ素系ガスがプラズマ化され、また、酸素ガスがイオン化される。イオン化された酸素ガスがウエーハ１の裏面１ｂに衝突されると、後述のようにゲッタリング層１ｇ（図６参照）が形成される。

チャンバ２１の底壁２４には、保持テーブル４３の下方に排出口６３が形成されており、排出口６３にはホースを介して真空源６４が接続されている。真空源６４は、真空ポンプであり、真空源６４によってチャンバ２１内のエアやプラズマガスが吸引されることで、チャンバ２１内が真空圧状態になるまで減圧される。

加工装置２０は制御部６６を具備し、制御部６６は、シリンダ３２、吸引源４６、冷却手段４７、切換バルブ５７、高周波電源６１及び真空源６４を制御する。制御部６６には、真空源６４からチャンバ２１内の圧力に関するデータや、冷却手段４７から冷媒温度（即ち電極温度）に関するデータ、切換バルブ５７からガス流量に関するデータが入力され、これらのデータ等に基づいて上記の各構成に制御信号を出力する。なお、上壁２５の支柱部５２が貫通する箇所において符号６８を付した構成はシール部材６８であり、底壁２４の支柱部４２が貫通する箇所において符号６９を付した構成は絶縁体６９である。

かかる加工装置２０においては、上述した研削工程が実施された後、保持工程が実施される。保持工程では、シャッター３３が開かれてチャンバ２１内が外部に開放され、搬入出口３３からチャンバ２１内にウエーハ１が搬入される。そして、保持テーブル４３上に保護テープ５を介してウエーハ１が載置された後、吸引口４４に生じる負圧によってウエーハ１が吸引保持されて仮止めされる。この仮止め後、内部電極４９に電圧が印加されて保持テーブル４３の上面に静電気が発生され、ウエーハ１の裏面１ｂが上方に向けられた状態で、保護テープ５を介してウエーハ１の表面１ａ（下面）が保持テーブル４３上で保持される（図４参照）。

図４に示すように、保持工程の後にはエッチング工程が実施される。エッチング工程では、切換バルブ５７によってガスの供給元がフッ素系ガス源５６ａに調節されており、酸素ガス源５６ｂからのガスの供給が遮断されている。シャッター３３（図３参照）が閉じられてチャンバ２１が密閉空間にされると、上部電極ユニット５１が昇降され、保持テーブル４３上のウエーハ１の裏面１ｂと噴出テーブル５３下面との間の距離Ｄが調整される。そして、チャンバ２１内の圧力が真空圧状態になるまで真空排気されて、負圧状態を維持したままで上部電極ユニット５１からウエーハ１に向けてフッ素系ガスが噴射される。これにより、チャンバ２１内にフッ素系ガスが充満される。

チャンバ２１内にフッ素系ガスが充満された状態で、高周波電源６１（図３参照）から所定周波数の高周波電力が印加されてフッ素系ガスがプラズマ化される。プラズマ化したフッ素系ガスによってウエーハ１の裏面１ｂがラジカル連鎖反応によってプラズマエッチングされ、ウエーハ１から研削ダメージが除去されて抗折強度が向上される。

なお、エッチング工程では、例えば、以下の加工条件でウエーハ１のエッチングが実施される。この加工条件は下記の内容に限定されるものではなく、装置性能、エッチング対象、ガス種等に応じて適宜変更が可能である。
ガス種：ＳＦ_６
距離Ｄ：１０ｍｍ
高周波周波数：１３．５６ＭＨｚ
高周波電力：１００Ｗ−５ＫＷ
チャンバ内圧力：１〜２００Ｐａ（絶対真空を０Ｐａとした時（絶対圧表記））
処理時間：１０秒〜１０分

図５に示すように、エッチング工程の後にはゲッタリング層形成工程が実施される。ゲッタリング層形成工程では、切換バルブ５７によってガスの供給元がフッ素系ガス源５６ａから酸素ガス源５６ｂに切換えられ、酸素ガス源５６ｂからのガスの供給が解放され、フッ素系ガス源５６ａからのガスの供給が遮断される。また、上部電極ユニット５１が上昇され、保持テーブル４３上のウエーハ１の裏面１ｂと噴出テーブル４３下面との距離Ｄが大きくなるよう調整される。また、チャンバ２１内の圧力が真空圧状態に維持されたままで上部電極ユニット５１からウエーハ１に向けて酸素ガスが噴射される。これにより、チャンバ２１内において、充満されるガスがフッ素系ガスから酸素ガスに置換される。

チャンバ２１内に酸素ガスが充満された状態で、高周波電源６１（図３参照）から所定周波数の高周波電力が印加され、酸素ガスがイオン化されて酸素イオンとなる。そして、酸素イオンはウエーハ１の裏面１ｂにスパッタされて裏面１ｂ側に進入され、図６に示すように、ウエーハ１の裏面１ｂ側に酸化膜となるＳｉＯ_２膜１ｃと、ＳｉＯ_２膜１ｃを覆うようにアモルファス層１ｄとが形成される。この形成と共に、ＳｉＯ_２膜１ｃとアモルファス層１ｄとの界面に微細な歪み１ｅが形成され、ＳｉＯ_２膜１ｃとウエーハ１のシリコンからなる部分との界面にも微細な歪み１ｆが形成される。そして、歪み１ｅ、１ｆが両方とも金属汚染を引き起こす金属イオンからなる不純物を吸着保持する機能を発揮するので、ゲッタリング層１ｇは、ＳｉＯ_２膜１ｃ及びこれに隣接して両方の歪み１ｅ、１ｆを含む厚さ領域として形成される。

なお、ゲッタリング層形成工程では、例えば、以下の加工条件でゲッタリング層１ｇの形成が実施される。この加工条件は下記の内容に限定されるものではなく、装置性能、ゲッタリング層形成対象、ガス種等に応じて適宜変更が可能である。
ガス種：酸素ガス
距離Ｄ：５０〜１００ｍｍ
高周波周波数：２ＭＨｚ〜５ＭＨｚ
高周波電力：１００Ｗ−５ＫＷ
チャンバ内圧力：１〜８００Ｐａ（絶対真空を０Ｐａとした時（絶対圧表記））
処理時間：１０秒〜１０分

ゲッタリング層形成工程が完了すると、上部電極ユニット５１と下部電極ユニット４１との間の高周波電力の印加が停止され、切換バルブ５７が閉じられて酸素ガス源５６ｂからのガス供給が遮断される。そして、シャッター３３（図３参照）が開かれてチャンバ２１内が外部に開放されて、搬入出口３３（図３参照）からチャンバ２１内のウエーハ１が搬出される。

以上のように、本実施の形態に係るゲッタリング層１ｇの形成では、ゲッタリング層１ｇが歪み１ｅ、１ｆだけでなく、ＳｉＯ_２膜１ｃを含んで形成される。これにより、ゲッタリング層１ｇでは、歪み１ｅ、１ｆによる不純物の除去に加え、ＳｉＯ_２膜１ｃの酸素によってデバイスの配線に使用されるＣｕ不純物（金属イオン）を吸着保持することができる。この結果、ゲッタリング層１ｇから吸着したＣｕ不純物が抜け出ることを抑制することができ、ゲッタリング層１ｇでのゲッタリング効果の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、ウエーハ１をシリコン以外の材質としてもよく、この場合、酸素ガスがイオン化された酸素イオンをスパッタして酸化膜及び歪みを形成し、ウエーハ１の裏面１ｂにゲッタリング層を形成してもよい。

以上説明したように、本発明は、プラズマエッチングによって研削歪が除去されたウエーハ裏面にゲッタリング層を形成する形成方法に有用である。

１ウエーハ（半導体ウエーハ）
１ａ表面
１ｂ裏面
１ｃＳｉＯ_２膜（酸化膜）
１ｅ、１ｆ歪み
１ｇゲッタリング層
３デバイス
２０加工装置
２１チャンバ（真空チャンバ）

Claims

複数のデバイスが表面に形成された半導体ウエーハの裏面に金属イオンを吸着保持するゲッタリング層を形成するゲッタリング層形成方法であって、
半導体ウエーハを真空チャンバに搬入し真空圧の該真空チャンバ内に酸素ガスを供給し、該酸素ガスを高周波電力によってイオン化させ、該酸素ガスがイオン化された酸素イオンをウエーハの裏面にスパッタさせウエーハの裏面に酸化膜とアモルファス層とを形成すると共に該酸化膜と該アモルファス層との界面と、該酸化膜と半導体ウエーハの該酸化膜が非形成の部分との界面とに歪みを形成し、該酸化膜及び両方の該界面の該歪みを含む厚さ領域にゲッタリング層を形成することを特徴とするゲッタリング層形成方法。