JPH03135027A - 半導体スライスの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスライスの少なくとも片面に機械的応力領域を
発生させることによって、次の熱処理中にゲッターリン
グ可能な中心を形成させる半導体スライスの表面処理方
法およびこれによって得られる両面を研磨した半導体ス
ライスに関する。

半導体スライスから製造される電子要素の製造では、集
積密度（ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ　ｄｅｎｓｉｔｙ）の
増加のために、使用材料の品質に課せられる要求が常に
増大している。これに関連して、できるかぎり欠陥のな
い、完全な結晶構造が非常に重要になる。このことは特
に、個々の工程で回路の実際の構造が形成されるスライ
ス前面の全スライス厚さに比べて比較的薄い表面層にい
えることである。収量の低下を招く点欠陥および／また
は点欠陥の凝集はこの層からできるだけ完全に除去しな
ければならない。このためには、裏面ゲッターリングの
概念が成功を収めており、この概念では点欠陥がスライ
ス裏面から吸い取られて消失する。

この場合に、スライスの裏面領域の内部に生ずる積層欠
陥、および／または転位ネットワークが結局はゲッター
中心として有効になる。最適のゲッターリング作用のた
めには、前記中心が要素製造者のプラントにおける熱プ
ロセスの結果として境なまされてはならず、スライスの
前面に成長してはならず、また種々な酸化工程によって
消去されてもならない。堆積欠陥と転位ネットワークの
両方に対して、各場合に達する深さは究極的に、要素の
製造者のプラントで実施されるプロセスに依存する。

スライスの裏面のゲッターリング作用を達成するために
、スライス裏面に通常、多結晶物質から成る被覆または
一般に技術用語「ダメージ（ｄａｍａｇｅ）　Ｊとして
知られる制御された表面破壊のいずれかを与える。最後
に挙げた方法に関しては種々な変形が公知である。例と
して、多少苛酷な物質除去を伴う機械的処理プロセスを
挙げることができる、このプロセスでは針（ｓｔｙｌｕ
ｓ）または砂ジェットによって（米国特許第３．９０５
，１６２号明細書参照）、流動化研磨粒子浴によって（
ドイツ公開筒２，９２７，２２０号明細書）、または研
磨粒子が内部に結合して含まれる弾性被覆を有するキャ
リヤー体の運動によって（ドイツ公開筒３，１４８，９
５７号明細書または対応米国特許第４，５８７，７７１
号明細書参照）スライス裏面を粗面化し、それによって
ゲ・ツク−リング作用を得る。同様な効果が圧縮水／研
磨粒子スプレージェントをスライス裏面に作用させる、
いわゆる「湿式プラスチング（ｗｅｔ　ｂｌａｓｔ−ｉ
ｎｇ）　Ｊ方式によっても得られる。しかし、これらの
公知の方法によって得られたスライスの通常少なくとも
軽度に粗面化された裏面は要素の製造者のプラントでの
加工工程中に反対の平滑な表面への粒子遊離を増加させ
、これらの粒子が最後に得られる満足できる要素の収量
を減する。

ドイツ公開筒３，２４６，４８０号明細書または対応米
国特許第４，５３９，０５０号明細書によるゲッターリ
ング表面を得るためのレーザービームによる表面領域の
一部溶触方法は、特に微細な表面構造を有するスライス
に制限されるので、特定の場合にのみ用いることができ
る。

最後に、ドイツ公開筒２，５３７，４６４号明細書また
は米国特許第４．０４２，４１９号明細書は、短時間研
磨（ｓｈｏｒｔ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ）によってゲッター
リング裏面を生成する可能性の他に、半導体のホスト格
子（ｈｏｓｔｌａＬＩｉｃｅ）中にドーパント（ｄｏｐ
ａｎｔ）を高温でのそれらの溶解度限界まで混入する方
法を述べている。

その後の低温への急冷中に、ドーパント濃度は前記限界
値を超え、変形や不適当な転位の形成を生ずる。その後
の研磨工程において、損傷した層はスライスの前面から
除去される。しかし、この方法は時間がかかり、存在す
るドーパントが高濃度であるために、スライス前面およ
び／または要素生産に用いる装置が汚染する危険性があ
る。

この先行技術から出発して、本発明の目的は実施が容易
であり、高いスループットを可能にするプロセスを提供
し、要素製造を含むその後の工程中に粒子形成が低いた
めに注目に値し、汚染が生じないゲッターリング表面を
半導体スライス上に形成することである。この方法は特
に両面を研磨した半導体スライスの製造に用いることが
できる。

この目的は、局部的な圧力不均一を生ずる弾性圧力伝達
媒質への非侵食性暴露Ｃｅｒｏｓｉｏｎ−ｆｒｅｅ　ｅ
ｘｐｌｏｓｕｒｅ）によりスライスの少なくとも片面に
圧力負荷させることから成るプロセスによって達成され
る。このように予備処理した半導体スライスを対応する
その後の熱処理工程（例えば、酸素雲間気中での９００
〜１２００°Ｃにおける少なくとも３０分間の暁なまし
）中に、例えば堆積欠陥および／または転位ネットワー
クのような、次に望ましいゲ・ツタ−リング作用を発揮
するゲッターリング作用な中心を形成することが、意外
にも発見された。両面を研磨したスライスの処理された
表面を平行光ｖＡ（ｃｏｌｌｉｍａＬｅｄ　ｌｉｇｈｔ
）で検査する場合に、これらの環境下で引っかき傷また
はどのような種類の他の腐食徴候も＞２められす、プロ
セスによって生じた局部的表面変形は顕微鏡下でせいぜ
い平たい圧痕すなわち圧縮マークとしてのみ認められる
にすぎない。

本発明による方法のために適当な圧力伝達媒質は弾性材
料製シートであり、各場合に対立した表面を介してそれ
らの表面の１つに加えられた均一な圧力をそれらと接触
する平たい表面に局部的に異なる強度で伝達する。これ
らの局部圧力差が半導体スライス表面に作用する面上に
できるかぎり均一に分布することが望ましいと判明して
いる。

圧力勾配または圧力不均一性は顕微鏡的範囲であっても
有効であることが判明しているので、各場合に処理した
半導体スライスの表面の平面的要素に最終的に作用する
圧力を定量的に指示することはすでに測定技術的理由か
ら不可能である。それ故、圧力伝達媒質に与えられる均
一な圧力を指定することが合目的である。この圧力は処
理した半導体スライスの面積に応じて、典型的に単位圧
力約２　ｂａｒまで、好ましくは単位圧力０．１〜０．
５ｂａｒである。しかし、原則として圧力は一般に脆く
、感圧性である半導体材料がき裂を形成し始めるすなわ
ち破壊し始める上限まで高めることができる。

適当な出発物質は一般に、変形力の作用下で生ずる変形
に拮抗作用し、適当な製造または処理によって局部不均
一性を有する圧力伝達性が与えられる弾性材料すなわち
伸縮可能な弾性材料である。

これに関連して、約１５のショアＡ硬度から約７０シヨ
アＤ硬度までの材料が有利であると判明している０例え
ば、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、ポリアクリレート
もしくはフッ素化熱硬化性プラスチックスに基づく合成
樹脂、天然ゴムもしくはシリコーンゴムに基づく合成ゴ
ム、またはポリエステル、ポリプロピレン、もしくはポ
リエチレンプラスチックに基づくフリースタイプもしく
はフェルトタイプの材料が例として挙げられる。

これらの材料は必要な圧力伝達性を与えるために、表面
上に異なる弾性を有する点を分布させるような方法が用
いられる。このことは例えば表面上に好ましくはできる
だけ規則的に分布した領域を局部的にすなわち点のよう
に溶融するような熱処理によって可能になる。他の可能
性は例えば打抜き、掘削または穿孔によって材料中に好
ましくは一様に分布した一連の孔を設けることにあり、
この場合に約５１１１１６までの範囲内の孔径が適当で
あると判明している。空間構造が一様に分布した閉じた
孔を含む材料の使用も適当であると判明しており、約２
ｍＩ！１までの孔径が特に有利であると判明している。

材料の気孔率（ｐｏｒｏｓ　ｉ　ｔｙ）は９０％までが
可能である。適当な材料は商業的にも入手可能であり、
例えばイミテーシコンレザ−（ｉｍｉｔａｔ４ｏｎｌｅ
ａｔｈｅｒ）等として用いられている。必要な場合には
、適当であるか否かを予備実験によって容易に確認する
ことができる。

しかし、非弾性物質の粒子が混入した、プラスチックに
基づく材料の使用が特に有利である。このためには硬度
の異なる、好ましくは硬度の高い粒子の使用が有利であ
り、引っかき傷その他の材料損傷が生ずる危険性を裂け
るようにこれらの粒子が被処理表面と接触しないことが
合目的であると判明している。粒度は約４〜２００μの
範囲内であることが一有利であり、この粒度は一方では
粒子をできるだけ完全にプラスチック中に埋込むために
、他方では必要な不均一性圧力伝達のために特に有利で
あることが実証されている。歪みを生ずる粒子はマトリ
ックスに固着しているので、半導体スライスの熱処理後
の精製工程は大ていの場合に省略することができる。

被処理半導体スライスと直接接触した場合にも、半導体
スライ、スの許容され難い汚染を生ずることがあり得な
いような材料が、異なる硬度の、特に高い硬度の材料と
して選択される。それ故、石英粒子、ケイ素粒子または
炭化ケイ素粒子および酸化アルミニウムまたは酸化ジル
コニウムの粒子もケイ素スライスの処理に好ましく用い
られ、ヒ化ガリウムスライスの場合には、上記粒子の他
に、例えばヒ化ガリウムの粒子も適しており、リン化イ
ンジウムスライスの場合には、リン化インジウムの粒子
が適しており、ゲルマニウムスライスの場合にはゲルマ
ニウム粒子が適している。原則として、硬質プラスチッ
クに基づく粒子も使用可能である０例えば、シリコーン
ゴムまたは他の上記プラスチックのような室温または高
温において架橋するプラスチックと添加剤として用意さ
れる粒状物質のような出発物質から出発混合物を形成し
、次に前記混合物を硬化させるようなやり方で材料の調
製を実施するのが合目的である。この場合にプラスチッ
ク物質と粒状物質きはほぼ等しい容量部であることが有
利であるが、約１：１０からｌＯ：１までの等しくない
割合の混合物も同様に使用可能である。適当なシリコー
ンゴムの例はショア＼硬度が少なくとも約１５であるよ
うなシリコーンゴムである。

材料は例えは注入成形（ｃａｓｔｉｎｇ）　、圧延（ｒ
ｏｌｌｉｎｇ）、吹付またはプレス加工のような、それ
自体公知の加工方法によってそれらの使用に適した形態
に変えることができる。必要な造形部品を切断または打
抜きによって製造することのできる約１〜２０ｍｍの層
厚さを有するフラントフィルムの形状が最も適している
ことが実証されている。

積層欠陥の生成を誘発する、半導体スライスの実際の処
理は簡単なやり方で実施される。半導体スライスに充分
に高い圧力を作用させるプロセスがこのために基本的に
適しており、この圧力はスライスの裏面として用意され
たスライス表面に圧力不均一性をもたらすような前記圧
力伝達媒質の１つを介して伝達され、圧力不均一性を回
避する、できるかぎり均質な媒質によってスライス前面
に吸収される。スライスの裏面と前面が加圧処理中に圧
力不均一性を生ずるような圧力伝達媒質と接触する方法
も原則として可能である。しかし、この場合には、生じ
た歪みを処理後にスライスの片面、将来の前面から例え
ばエツチングまたは特に片面研磨プロセスによるような
侵食によって再び除去しなければならない。

０．１〜０．５ｂａｅ単位圧力の範囲内であることが好
ましい必要な圧力は、例えば研磨プロセスから公知であ
り、既知強度の圧力の発生に適した装置を用いて発生さ
せることができる。例えば、空気圧ピストン、特に液圧
ピストンまたは圧力シリンダが適している９重量負荷に
よる圧力発生も除外するわけではない。互いに向い合っ
た２圧力源をプロセスに用いることも可能であるが、一
般に被処理スライスの片面が圧力を単に吸収する支台に
面し、圧力源が反対面に作用することで充分である。一
般に、圧力不均一性をもたらす圧力伝達媒質を圧力源と
スライスとの間に挿入し、圧力を顕微鏡的範囲において
も一様に、均一に伝達する媒質をスライスと支台の間に
挿入する。しかし、原則として、圧力伝達媒質を交換し
て作業することも可能であり、積層欠陥が支台に面した
スライス面に誘発される。

圧力作用の必要な時間は、経験によると、１秒間〜１０
分間であり、圧力強度を高くすると同様に作用期間を長
くすると、適当な熱処理後に基体（ｓｕｂｓ　ｔｒａ　
ｔｅ）中に検出される積層欠陥数が増加することが発見
されている。少数の積層欠陥のみが必要である場合には
、半導体スライスに短い圧力パルスを作用させることで
充分である。

圧力が全スライス表面にそれぞれ同時に作用するように
プロセスを実施することは、高価なスライスが破壊する
危険性を小さく保つためにも有利である。この場合に被
処理スライスと圧力不均一性をもたらす圧力伝達媒質と
の間には無視できるほどに相対運動が生ずるにすぎない
ので、スライスと媒質との間に侵食性相互作用が生ずる
危険性も低い。

本発明による方法の特に簡単な実施態様では、圧力面に
圧力不均一性をもたらす圧力伝達媒質で被覆したような
ピストンを用意する。このピストンの下方に存在する支
台上に圧力均一伝達媒質と共に被処理スライスを周期的
に置き、プレス加工し、再び取り除く。

本発明による熱プロセス中に積層欠陥の生成を誘発する
処理は、半導体スライスの製造プロセスの一部として、
例えば研磨の前に、または合目的には侵食研磨工程と残
留するくもりを除去する研磨工程との間の中間工程とし
て分離工程で実施することができる。

しかし、この処理工程を研磨プロセスの１工程に併合す
ることが有利である。このためには、特に両面研磨の場
合に、しばしばスライス面から残留くもりを除去するた
めの最終工程として、いわゆる「テンプレート研磨（ｔ
ｅｎ＋ｐｌａｔｅ　ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）」を実施する
ことが非常に有利である。この方法は例えば米国特許筒
４．１３２，０３７号明細書に述べられており、この場
合には、研磨布上にスライスの前面を載せ、その裏面を
テンプレートの切込みに嵌合させ、スライス裏面／テン
プレートの直接接触は一般に約１００〜ｌ　、　０ＯＯ
ｐ厚さの弾性インサートによって避ける。これらのイン
サートには、研磨プロセスに作用する圧力をできるだけ
一様にかつ均一に伝達する材料が用いられる。インサー
トとして局部圧力不均一性を生ずる材料を用いるならば
、通常のプロセスパラメータを用いて研磨工程を実施し
、満足な結果を得ることができ、研磨工程中に例えば積
層欠陥のようなゲッターリング中心の形成を誘発する処
理がスライス裏面で進行する。

従って、ｌ工程において前面にくもりがないように研磨
し、裏面にゲッターリング作用を与えることができる。

大ていの場合に、材料侵食を付随する通常の「ダメージ
」プロセスにおいて必要な、後の洗浄工程は、スライス
とインサートとの間に侵食性相互作用が生じないために
、不必要になる。

テンプレート研磨の場合には、インサートとして用いる
基礎材料の選択によって、また研磨時間、研磨圧力およ
び回転速度によっても積層欠陥密度は影響を受け、最後
に挙げたパラメータは一般に積層欠陥を増加させる。

可能な場合に、インサートは上記の通常の層の厚さで用
いられるが、材料によってはより厚いインサートが用い
られることもできる。各場合に適切なプロセスパラメー
タを予備実験で定めて、場合によっては、最適化するこ
とが好ましい。

従って、例えば両面を研磨したスライスのような、両面
に高度な表面特性を有する半導体スライスに、この表面
特性を検知されうるほど損傷することなく、ゲッターリ
ング作用を有する面を与える方法が提供される０本発明
による方法で製造し、両面を研磨した半導体スライスは
、前述したように、スライスのゲッターリング面すなわ
ち裏面に大ていの場合に、顕微鏡下で識別できるような
、軽度の圧痕を有する。例えば平行光線内でまたは斜め
に入射するレーザービームの照射時に照射スポットから
発する散乱光を測定することによって、検出することの
できる両面の微細ざらつきは処理中実際に変化せずに残
留する。

この方法はケイ素スライスへの使用に特に適しているが
、例えばゲルマニウム、ヒ化ガリウムまたはリン化イン
ジウムのような、他の元素半導体および化合物半導体に
も適する。

この方法を以下では具体的な実施態様に関連して、さら
に詳しく説明する。

災胤開上 両面を研磨したケイ素スライス数枚（それぞれ直径的１
５ｃｍ）を゛商業的に入手可能なテンプレート研磨系に
おいて異なる圧力に種々な時間暴露した。

微孔質構造を有するポリウレタンに基く、市販の研磨布
を基体として用い、この上にこの処理中スライスの前面
を載せた。シリコーンゴムに基づく既製材料の約１ＯＬ
ＩＩＩｌ厚さの層を圧力ビストンに結合したテンプレー
トと、スライス裏面との間に圧力伝達媒質として挿入し
た。この材料は等局部のシリコーンゴムと炭化ケイ素（
粒度１１〜１２　ｔｍ　）を細心に混合し、キャスティ
ングし、次に硬化させることによって得られる。このイ
ンサートは目視検査で表面が均質であるように見えた。

次に２スライスの各面を顕微鏡によって、平行光線内で
損傷に用いて検査した。これらの面は完全に平滑であり
、引掻き傷がないことが判明したが、スライス裏面の一
部に平たい圧痕が認められ次に、両スライスに対して、
湿った酸素雰囲気内、１．１００°Ｃにおける１２０分
間の加熱、次のサートルエソチ（Ｓｉｒｔｌ　ｅｔｃｈ
）におけるエンチングおよび顕微鏡下でのｌ　ｃｍ”あ
たりのエッチビットの計数による積層欠陥テストを実施
した。結果を次表に要約する。

久ｉ不ム　圧力乃ｙ」■ニー隆皿１妙と」４１尺隆Ｚ９
−１　　　　０．４　　　　　５　　　　２，０００−
５．０００２　　　　０．３　　　　　２０　　　　１
．０００−３，０００スライス前面は積層欠陥が無いこ
とが判明し、スライス裏面にのみ、積層欠陥の検出が可
能であった。

災旌炎叉 テンプレート研磨の配置において、両面研磨したケイ素
スライス１２枚（直径的１５ｅｍ）の群に最終的なくも
り無し研磨工程（ｈａｚｅ−ｆｒｅｅ　ｐｏｌｉｓｈｉ
ｎｇｓ　ｔｅｐ）を実施した。このために、スライスを
受容するために設けられたテンプレートの切込み中に、
スライスを挿入した。微孔質ポリエステル／ボリウレタ
ンフィルムの約５００譚厚さ層を各場合にインサートと
して、従って圧力伝達媒質として用意した、このフィル
ムには均一な孔構造（孔径約２ｍ５−約４孔／ｃｍ’）
が設けられていた。研磨布として、市販の微孔質ポリウ
レタン製布を用いた。

装置に負荷した後、単位圧力Ｑ、３ｂａｒ、４０回転／
分および研磨温度３５°Ｃにおいて研磨プロセスを３分
間実施した。研磨中に、標準的な研磨剤（ＳｉＯ□ヘー
ス、アルカリ性水溶液）を供給した。次にスライスを取
出し、すすぎ洗いし、乾燥した。ドイツ公開第３，６３
７，４７７号明細書による検査方法（レーザー照射中ス
ライス面から発する散乱゛光線の検出）による検査では
、前面はくもりが無いことが実証された。裏面のざらつ
きは以前の研磨した状態に比べて変化していなかった。

次にスライスに実施例１に述べた方法と同様な方法で積
層欠陥テストを実施した。前面はすべて積層欠陥が無い
ことが実証された。スライス裏面の積層欠陥密度は１，
０００〜５．０００積層欠陥／ｃＩＩｌ″であった。

実斯Ｉ津よ 実施例２と同様に実施した研磨ランでは、スライスと接
触する面にわたって均一に分布した点において表面的に
溶融したポリエステル不織布（約９溶融点／ｃｍ”、溶
融点直径約１　ｍｍ）をインサートとして用いた。この
他の点では、同し条件を維持した。

本発明の方法のこの変形によって得られたスライスでは
、スライス裏面のＶｉ層欠陥密度が約８，０００〜１５
，０００／Ｃｍ”であり、前面は完全に問題がなかった
。

以下、本発明の好適な実施態様を例示する。

（１）圧力伝達媒質に単位圧力０．１〜０．５ｂａｒの
圧力を加えることを特徴とする方法。

（２）圧力負荷を１秒間〜１０分間維持することを特徴
とする方法。

（３）弾性プラスチックを主成分とし、その面上に異な
る弾性を有する限定点が分布している圧力伝達媒質を選
択することを特徴とする方法。

（４）圧力伝達媒質として非弾性物質の粒子が包埋され
た弾性プラスチックを用いることを特徴とする方法。

（５）テンプレート研磨工程中に圧力負荷が行われるこ
とを特徴とする方法。

（６）半導体スライスとして両面を研磨した半導体スラ
イスを選択することを特徴とする方法。

（７）半導体スライスとしてケイ素スライスを選択する
ことを特徴とする方法。

（８）ケイ素から成る半導体スライス。

（ほか３名）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スライスの少なくとも１面に機械的応力場を発生さ
   せることによる、次の熱処理中に積層欠陥を形成させる
   ような半導体スライスの表面処理方法において、スライ
   スの少なくとも１面が局部圧力不均一性をもたらす弾性
   圧力伝達媒質への非侵食性暴露によって圧力負荷を受け
   ることを特徴とする方法。 ２、次の熱処理工程中にゲッターリング中心の形成を誘
   発する面を少なくとも１面有する請求項１記載の方法に
   よって得られる両面研磨した半導体スライス。