JP7258437B2

JP7258437B2 - ウェーハの製造方法

Info

Publication number: JP7258437B2
Application number: JP2019128132A
Authority: JP
Inventors: 栄松崎
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2023-04-17
Anticipated expiration: 2039-07-10
Also published as: JP2021014602A

Description

本発明は、金属層が形成されたウェーハの製造方法に関する。

ウェーハの表面側を複数の分割予定ラインで区画し、区画された各領域にデバイスを形成した上で、このデバイス上に銅薄膜等の金属膜が形成されたデバイスウェーハを、切削ブレードで各分割予定ラインに沿って切削する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

一般的に、デバイスウェーハを切削する前には、デバイスウェーハを構成するウェーハと同じ材料、形状等を有するが、デバイスが設けられていない所謂ダミーウェーハを切削ブレードで切削する。これにより、デバイスウェーハの切削に適した加工条件を選定する作業（即ち、条件出し）が行われる。

ダミーウェーハはデバイスウェーハに比べて安価であるので、ダミーウェーハを用いてデバイスウェーハの加工条件を選定することにより、加工条件の選定にかかるコストを低減できる。

また、複数のデバイスを表面側に有し、且つ、電極等に用いる２０μｍから３０μｍ程度の比較的厚い金属層を裏面側に有するデバイスウェーハの加工条件を選定する場合には、比較的厚い金属層が一面に形成されたダミーウェーハが用いられる。

ダミーウェーハの一面に金属層を形成するためには、例えば、まず、スパッタリングによりウェーハの一面に接する様に数ｎｍから１０ｎｍ程度のシード層（即ち、下地層）を形成する。次いで、シード層に接する様に２０μｍから３０μｍ程度の錫層をめっきにより形成することが考えられる。

特開２００１－７７０５５号公報

しかし、例えば、電気めっきでは１００ｎｍ程度の厚さのめっき金属層を形成することが一般的であり、２０μｍから３０μｍ程度もの比較的厚い錫層をめっきにより形成すると、非常に時間がかかる上に、コストも高くなる。

本発明は係る問題点に鑑みてなされたものであり、比較的厚い錫層を有するウェーハをめっきに比べて容易に形成することを目的とする。

本発明の一態様によれば、金属層が形成されたウェーハの製造方法であって、該ウェーハの一面に、金属で構成されたシード層を形成するシード層形成ステップと、該シード層上に該シード層よりも厚い錫シートを載置する錫シート載置ステップと、該ウェーハを加熱して、少なくとも該錫シートを融解させる加熱ステップと、該加熱ステップの後、該ウェーハを冷却して、該ウェーハの該一面上に錫層とを含む該金属層が形成された該ウェーハを形成する冷却ステップと、を備えるウェーハの製造方法が提供される。

本発明の一態様に係るウェーハの製造方法では、シード層形成ステップでウェーハの一面にシード層を形成し、錫シート載置ステップでシード層上に錫シートを載置する。そして、ウェーハを加熱して少なくとも錫シートを融解させた後、ウェーハを冷却して、錫層を含む金属層を形成する。

この様に、錫シートを用いるので、めっきに比べて比較的厚い錫層を容易に形成できる。つまり、錫シートと同程度に厚い錫層をめっきで形成する場合に比べて、金属層が形成されたウェーハの形成に要する時間を短縮でき、且つ、金属層が形成されたウェーハの形成に要するコストも低減できる。

図１（Ａ）は円盤状のウェーハの斜視図であり、図１（Ｂ）は上面にシード層が形成されたウェーハの斜視図であり、図１（Ｃ）はシード層上に錫シートが載置されたウェーハの斜視図である。図２（Ａ）は加熱ステップを説明するためのウェーハ等の一部断面側面図であり、図２（Ｂ）は冷却ステップを説明するためのウェーハ等の一部断面側面図である。金属層が形成されたウェーハの製造方法を示すフロー図である。

添付図面を参照して、本発明の一態様に係る実施形態について説明する。図１（Ａ）は、円盤状のウェーハ１の斜視図である。ウェーハ１は、各々円形の上面（一面）１ａと下面（他面）１ｂとを有する。

本実施形態のウェーハ１は、単結晶シリコンで形成されている。また、ウェーハ１の上面１ａ側及び下面１ｂ側のいずれにもデバイスは形成されていない。つまり、ウェーハ１は、デバイスウェーハの加工条件の選定に用いられる所謂ダミーウェーハ（即ち、ダミー基板）である。

なお、上面１ａ及び下面１ｂは、鏡面研磨されていてもよい。また、ウェーハ１の材料は、単結晶シリコンに限定されない。ウェーハ１は、単結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）、単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）等で形成されていてもよい。

ウェーハ１は、半導体デバイス等の製造に用いられるウェーハであり、所定の規格で規定される所定の径（５０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ等）を有する。

なお、図１（Ａ）では示されていないが、ウェーハ１の結晶方位を各々示すノッチ（切り欠き）又はオリエンテーション・フラットが、ウェーハ１の外周部に形成されていてもよい。

ウェーハ１の上面１ａには、比較的厚い金属層が形成される。以下、上面１ａに金属層を形成するプロセスについて説明する。まず、上面１ａに金属で構成されたシード層３を形成する（シード層形成ステップ（Ｓ１０））。図１（Ｂ）は、上面１ａにシード層３が形成されたウェーハ１の斜視図である。

本実施形態のシード層３は、ニッケル（Ｎｉ）層であり、１０ｎｍ程度の厚さを有する。シード層３は、例えば、高周波（ＲＦ）マグネトロン方式のスパッタリング装置（不図示）を用いて形成される。

しかし、ＲＦマグネトロン方式に限定されず、種々の方式のスパッタリング装置を用いることができる。直流（ＤＣ）マグネトロン方式や、イオンビーム方式のスパッタリング装置を用いてもよい。

スパッタリング装置は、チャンバー（不図示）を有する。チャンバーの外には、真空ポンプ等の減圧源（不図示）が設けられており、チャンバーには、減圧源に連通する減圧口（不図示）が設けられている。減圧源を動作させるとチャンバー内は、例えば、数Ｐａ程度の減圧環境となる。

チャンバーの外には、アルゴン等のガスを供給するガス供給源（不図示）が設けられており、チャンバーには、ガス供給源に連通する導入口（不図示）が設けられている。また、チャンバー内には、静電式又はその他の方法によりウェーハ１を保持する保持テーブル（不図示）が設けられている。

保持テーブルの上方には、シード層３を構成する材料となるターゲット（即ち、スパッタ源）（不図示）が設けられている。本実施形態のターゲットは、ニッケルで形成されている。ターゲットの周囲には、励磁部材（不図示）が設けられている。また、ターゲットには、高周波電源（不図示）が接続されている。

シード層形成ステップ（Ｓ１０）では、まず、ウェーハ１を保持テーブルに載置し、ウェーハ１の下面１ｂを保持テーブルで保持する。このとき、ウェーハ１の上面１ａが露出された状態となる。次に、減圧口からチャンバー内の気体を排気してチャンバーの内部を減圧する。

次に、励磁部材によって磁化されたターゲットに高周波電源から高周波電力を供給し、導入口からアルゴンガスを導入してプラズマを発生させる。プラズマ中のアルゴンイオンがターゲットに衝突すると、ターゲットからニッケル粒子がはじき出される。

ターゲットからはじき出されたニッケル粒子は、ウェーハ１の上面１ａ全体に堆積する。これにより、上面１ａを被覆するシード層３が形成される。なお、ニッケルに限定されず、他の金属でシード層３を形成してもよい。

シード層３は、クロム（Ｃｒ）又はチタン（Ｔｉ）で構成されてもよい。また、シード層３は、１種類の金属で構成された単層構造を有してもよく、複数の単層が重ねられた積層構造を有してもよい。更に、シード層３は、ニッケル、クロム及びチタンの少なくともいずれかの材料で構成された合金層であってもよい。

シード層形成ステップ（Ｓ１０）後、例えば作業者が、スパッタリング装置のチャンバーからウェーハ１を取り出し、ウェーハ１の下面１ｂがホットプレート２（図２（Ａ）参照）の表面２ａに接する様に、ホットプレート２上にウェーハ１を載置する。なお、ホットプレート２の温度は、例えば、室温（例えば、１５℃）と同程度の低温である。

そして、例えば作業者が、シード層３上に錫シート５を載置する（載置ステップ（Ｓ２０））。錫シート５は、例えば、純度９９．８％以上の錫（Ｓｎ）で形成されている。また、錫シート５は、例えば、矩形状の錫シートをウェーハ１の上面１ａと略同じ円形に切り出すことで形成されている。

錫シート５は、シード層３よりも厚く形成されており、例えば、２０μｍ以上３０μｍ以下の厚さを有する。但し、錫シート５の厚さは、２０μｍ以上３０μｍ以下に限定されない。錫シート５の厚さは、錫シート５と同等の厚さをめっきで形成する場合に比べて、短時間及び低コストで形成できる厚さであればよい。

例えば、錫シート５の厚さは、１０μｍ以上２０μｍ以下であってもよい。また、錫シート５の厚さは、３０μｍよりも大きくてもよく、４０μｍ以上であってもよく、５０μｍ以上であってもよい。図１（Ｃ）は、シード層３上に錫シート５が載置されたウェーハ１の斜視図である。

載置ステップ（Ｓ２０）の後、ホットプレート２を加熱することにより、ウェーハ１を加熱する。ホットプレート２は、円盤状又は矩形状の板部材であり、電熱線又はセラミックヒーター等の熱源２ｂを内部に有する。

熱源２ｂを、例えば数秒から数十秒の間、発熱させることで、ウェーハ１を錫シート５の融点（約２３２℃）よりも高い温度（例えば、約２５０℃）に加熱する。これにより、シード層３及び錫シート５のうち少なくとも錫シート５を融解させる（加熱ステップ（Ｓ３０））。図２（Ａ）は、加熱ステップ（Ｓ３０）を説明するためのウェーハ１等の一部断面側面図である。

加熱ステップ（Ｓ３０）の後、熱源２ｂの発熱を停止させて、例えば、１０秒程度放置する。これにより、ウェーハ１等から熱を放散させて、ウェーハ１等を冷却することにより、融解した錫シート５等を固化させる（冷却ステップ（Ｓ４０））。

図２（Ｂ）は、冷却ステップ（Ｓ４０）を説明するためのウェーハ１等の一部断面側面図である。なお、冷却の方法は、熱源２ｂの発熱を停止させることに限定されない。例えば、ウェーハ１をホットプレート２から室温と同程度の温度のテーブルへ移動させてもよい。

加熱ステップ（Ｓ３０）及び冷却ステップ（Ｓ４０）を経て、錫シート５の主要部分は錫シート５と同じ材料で構成された錫層５ａとなる。また、錫シート５の残り部分は、シード層３と合金を形成する。

例えば、錫シート５の残り部分と、シード層３の一部又は全部とは、錫シート５を構成する錫と、シード層３を構成する金属材料（本実施形態では、ニッケル）とを有する錫－ニッケル合金層（合金層３ａ）となる。

この様に、ウェーハ１の上面１ａ上に錫層５ａ及び合金層３ａが積層された金属層７を形成することにより、比較的厚い金属層７が形成されたウェーハ１を形成できる。この金属層７が形成されたウェーハ１は、デバイスウェーハの加工条件を選定する際に用いられる所謂ダミーウェーハとなる。図３は、金属層７が形成されたウェーハ１の製造方法を示すフロー図である。

本実施形態では、錫シート５を用いるので、めっきに比べて比較的厚い錫層５ａを有する金属層７を容易に形成できる。つまり、錫シート５と同程度に厚い錫層５ａをめっきで形成する場合に比べて、金属層７が形成されたウェーハ１の形成に要する時間を短縮でき、且つ、金属層７が形成されたウェーハ１の形成に要するコストも低減できる。

また、錫シート５の下地層としてシード層３が設けられているので、錫シート５とウェーハ１の上面１ａとを接触させる場合に比べて、融解した錫の濡れ性を向上させることができる。それゆえ、加熱ステップ（Ｓ３０）において、錫シート５の一部が球状に変化することを防止でき、錫層５ａの上面５ｂ（図２（Ｂ）参照）を略平坦にできる。

また、載置ステップ（Ｓ２０）で載置された錫シート５の外周端部がシード層３の外周端部から多少ずれていても、加熱ステップ（Ｓ３０）において融解した錫シート５の表面張力により、錫層５ａの外周端部を合金層３ａの外周端部に略一致させることができる。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、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できる。

１ウェーハ
１ａ上面
１ｂ下面
２ホットプレート
２ａ表面
２ｂ熱源
３シード層
３ａ合金層
５錫シート
５ａ錫層
５ｂ上面
７金属層

Claims

金属層が形成されたウェーハの製造方法であって、
該ウェーハの一面に、金属で構成されたシード層を形成するシード層形成ステップと、
該シード層上に該シード層よりも厚い錫シートを載置する錫シート載置ステップと、
該ウェーハを加熱して、少なくとも該錫シートを融解させる加熱ステップと、
該加熱ステップの後、該ウェーハを冷却して、該ウェーハの該一面上に錫層を含む該金属層が形成された該ウェーハを形成する冷却ステップと、を備えることを特徴とするウェーハの製造方法。