JPH08227834A - 半導体ウェーハ及びその製造方法 - Google Patents

半導体ウェーハ及びその製造方法

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JPH08227834A
JPH08227834A JP3254495A JP3254495A JPH08227834A JP H08227834 A JPH08227834 A JP H08227834A JP 3254495 A JP3254495 A JP 3254495A JP 3254495 A JP3254495 A JP 3254495A JP H08227834 A JPH08227834 A JP H08227834A
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JP
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wafer
film
semiconductor wafer
wiring layer
stress
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JP3254495A
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Hiroaki Matsuo
浩昭 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウェーハの反りを低減する。 【構成】 ウェーハ1の裏面上に、そのウェーハ1の反
りを低減するための所定の応力を有する膜3が被着形成
されると共に、ウェーハ1のその表面側からの処理及び
そのウェーハ1の表面上に形成された配線層2に応じ
て、膜の所定の応力が設定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェーハ及びその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】以下に、図4を参照して、従来の半導体
ウェーハを説明する。図4(A)はシリコンウェーハ1
を示し、これに形成されるトランジスタを全部MOSト
ランジスタとするとと、ウェーハ1は同一のシリコン
(100)基板となり、ウェーハ1のポアソン比及びヤ
ング率は定数となる。図4(B)はウェーハ1の表面に
多層配線層2が被着形成された半導体ウェーハを示す。
この場合、ウェーハ1は、その表面側から同一の処理が
行われるものとすると、多層配線層2の各部の応力は一
定となる。このアルミニウム配線層を含む多層配線層2
は引張り応力を有するため、ウェーハ1は図面において
下側が凸となるように反り返る。尚、多層配線層2が圧
縮応力を有する場合は、ウェーハ1は図面とは逆に上側
が凸となるように反り返る。又、ウェーハ1に対し、そ
の表面側からLOCOS(ローカル・オキシデイション
・オブ・シリコン)形成等の処理を行っても、ウェーハ
1が反り返る。
【0003】図4(B)に示す半導体ウェーハ(円板状
ウェーハ){(100)シリコン基板の場合}の各種の
数値を次のように定義する。
【0004】σ:多層配線層の引張り応力 Es :シリコン(100)基板のヤング率 νs :シリコン(100)基板のポアソン比 ΔC:ウェーハの多層配線層による反り量 tf :多層配線層の厚さ ts :ウェーハ(基板)の厚さ R:ウェーハ(基板)の半径
【0005】かくすると、ウェーハ1の表面上に多層配
線層2を被着形成したことによるウェーハ1の反り量Δ
C及び多層配線層2の応力(引張り応力)σの関係は、
次式のように表される。
【0006】
【数1】
【0007】この数1の式から、ウェーハ1の反り量Δ
Cは、ウェーハ1(シリコン基板)の半径Rの2乗に比
例し、配線層2の厚さtf に比例し、ウェーハ(基板)
1の厚さts の2乗に反比例することがわかる。直径2
Rがそれぞれ5インチ(≒12.7cm)、6インチ(≒
15.24cm)、8インチ(≒20.32cm)のウェー
ハ(基板)1の厚さts は、それぞれ625mm、625
mm、725mmに設定されており、このとき半径Rが8イ
ンチ(≒20.32cm)のウェーハ(基板)1の反り量
を224μmとすると、他の条件が同じ場合、5インチ
(≒12.7cm)、6インチ(≒15.24cm)のウェ
ーハ1の反り量は、それぞれ118μm、170μmに
なる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような半導体ウェ
ーハの反りは小さいときは問題ないが、半導体ウェーハ
の直径2Rが大きくなったり、半導体ウェーハの表面上
に形成される配線層の層数が増えて厚くなると、半導体
ウェーハの反り量が大きくなって、例えば、ステッパ
ー、合わせ精度測定器、エッチング装置等における半導
体ウェーハの搬送が困難となったり、半導体ウェーハの
表面上の窒化シリコン層との間に介在された酸化シリコ
ン層に穿孔を行う場合に、紫外線露光によるエッチング
マスクの形成時に、露光マスクよりの紫外線がエッチン
グマスク上でデフォーカスして、高精度のエッチングマ
スクができず、酸化シリコン層に対する高精度の穿孔が
困難になる。
【0009】かかる点に鑑み、本発明は、反りを低減す
ることことのできる半導体ウェーハを提案しようとする
ものである。
【0010】又、本発明は、半導体ウェーハの多段階の
製造工程中の反りを低減することのできる半導体ウェー
ハの製造方法を提案しようとするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体ウェ
ーハは、ウェーハの裏面上に、そのウェーハの反りを低
減するための所定の応力を有する膜が被着形成されてな
るものである。
【0012】本発明による半導体ウェーハの製造方法
は、ウェーハに対する所定の処理及びそのウェーハの表
面上への所定の配線層の被着形成毎に、ウェーハの裏面
上にそのときのウェーハの反りを低減するための所定の
応力を有する膜を繰り返し被着形成するものである。
【0013】
【作用】本発明の半導体ウェーハによれば、ウェーハの
裏面上に、そのウェーハの反りを低減するための所定の
応力の膜が形成されることによって、ウェーハの反りが
低減される。
【0014】
【実施例】以下に、図1を参照して、本発明の実施例を
説明する。1は半導体ウェーハ、例えば、シリコンウェ
ーハを示し、これは、例えば、MOSトランジスタが形
成された同一のシリコン(100)基板である。2はウ
ェーハ1の表面(主面)に被着形成された多層配線層
(多層アルミニウム配線層で、一部に多結晶シリコンか
らなる単層又は多層の配線層を含んでいても良い。)を
示す。尚、2は単層配線層(単層アルミニウム配線層
で、一部に多結晶シリコンからなる単層又は多層の配線
層を含んでいても良い。)であっても良い。
【0015】そして、このウェーハ1の裏面(主面と反
対側の面)上に、ウェーハ1の反りを低減するための所
定の応力を有する膜3を被着形成する。この場合、多層
配線層2が引張り応力を有するため、膜3も引張り応力
を有するものを使用する。その膜3としては、例えば、
窒化シリコン(SiN)膜を採用する。この窒化シリコ
ン膜(SiN)3は、SiH4 ガス等のシラン系ガス
と、NH3 ガス及び/又はN2 ガスとの混合ガスを原料
ガスとするプラズマ気相成長法(CVD)によって、ウ
ェーハ1の裏面に被着形成する。
【0016】次に、図2を参照して、ウェーハ1上に窒
化シリコン(SiN)膜3を被着形成するためのプラズ
マCVD装置について説明する。5は反応炉で、その中
に互いに平行に対向するように上部電極6及び下部電極
7が配されている。そして、その下部電極7は試料台を
兼ねており、その下部電極7からなる試料台上にウェー
ハ1が載置されている。この場合、ウェーハ1は、その
配線層(最終的な多層配線層又はその途中の単層若しく
は多層配線層)が下部電極7側となるように載置されて
いる。尚、図2は1枚のウェーハ1が下部電極7上に載
置されている場合を図示したが、実際には複数枚のウェ
ーハ1が並置される。又、下部電極7内には、ウェーハ
1を、例えば、200°C〜400°C程度に加熱する
ためのヒータが内蔵されている。このヒータは電気的に
は接地されている。
【0017】反応炉5内には、上部電極6に取付けられ
たガス供給パイプ10を通じて外部から上述の混合ガス
11が供給され、その混合ガス11が上部電極6の下面
側に設けた多数のノズル(図示ぜず)から下方に噴出さ
れるようになされている。又、この反応炉12には、ポ
ンプ13が連結されたガス排出パイプ12が設けられて
いる。そして、ガス供給パイプ10から反応炉5内に供
給される混合ガス11の圧力の調整と、ポンプ13によ
る反応炉5からの混合ガス排出量の調節とが相侯って、
反応炉5内の混合ガス11の流量が所定の一定値になる
ように制御されている。
【0018】上部電極6には通常の如く高周波電力源
(一端は接地されている)8が接続され、下部電極7に
は、ウェーハ1上に形成する窒化シリコン膜3の応力を
制御するための低周波電力源(一端は接地されている)
9が接続されている。高周波電力の周波数は、例えば、
13.56MHzであるが、低周波電力の周波数は、こ
れよりかなり低い、例えば、400kHz〜700kH
zである。そして、上部電極6に印加する高周波電力及
び下部電源7に印加する低周波電力の和の電力に対する
低周波電力の割合(%)を制御することにより、窒化シ
リコン膜3の応力を制御することができる。
【0019】図3は、上部電極6に印加する高周波電力
及び下部電源7に印加する低周波電力の和の電力に対す
る低周波電力の割合(%)(横軸)を変化させ、これに
対する窒化シリコン膜3の応力(1×108 Pa)の複
数の測定例(四角で示す)を考慮して、特性曲線を引い
たものである。この測定例によれば、低周波電力の割合
を36%〜63%の範囲で変化させたところ、窒化シリ
コン膜3の応力が2×108 Pa〜−1.8×108
aの範囲で、正(引っ張り応力)→0→負(圧縮応力)
と変化した。この図3の特性曲線は、反応炉5における
ガス流量比、反応圧力等の条件を変えると、応力を示す
縦軸方向と略平行に移動する。例えば、反応圧力を下げ
たり、NH3 /SiH4 のガス流量比を下げたりする
と、特性曲線は負側(圧縮応力側)に移動する。
【0020】低周波電力の割合を増加させると、応力が
低下するのは、低周波電力の割合の増加によってプラズ
マ電位が増大し、堆積中の低エネルギーのイオン注入
と、ボンバードメントが増加することによるものであ
る。
【0021】一例として、高周波電力は400〜700
W、低周波電力は700W〜400W範囲で可変できる
が、例えば、、低周波電力の割合を40%にし、プラズ
マCVDの反応炉5内の真空度を3.0Torr、下部電極
7の温度を400°C、ガス流量をSiH4 が290s
ccm、NH3 が1730sccm、N2 が1000s
ccmとなるようにしたところ、窒化シリコン膜3の成
長速度は、1,700オングストローム/分となっ
た。。
【0022】例えば、直径2Rが8インチ(≒20.3
2cm)のウェーハ1の表面に多層配線層2を被着形成し
たときのウェーハの1の反り量ΔCが224μmのとき
に、ウェーハ1 の裏面に被着形成される窒化シリコン膜
の厚さは、その応力が5×108 Paの場合、1.4μ
mであれば良い。
【0023】ウェーハ1に対する処理及びその表面上の
多層配線層2の被着形成は、一挙に行われるのではな
く、段階的に行われるので、それに合わせて、膜3のウ
ェーハ1の裏面上の被着形成も段階的に行う。例えば、
ウェーハ1へのLOCOS(耐酸化性膜であある窒化シ
リコン膜で覆われていないシリコン基板を選択的に厚く
酸化して、素子分離領域を形成すること)形成後及び計
3層のアルミニウム電極層の各被着形成後に、ウェーハ
1の裏面上に、プラズマCVDによって計4回の膜の被
着形成を行い、最終的に1.4μm厚の膜3を形成す
る。
【0024】尚、多層配線層2に、単層又は多層の多結
晶シリコン層からなる配線層が含まれていても、これに
よるウェーハ1の反りは無視できる程度に小さいなの
で、多結晶シリコン層からなる配線層の被着形成後に
は、敢えて窒化シリコンからなる膜の被着形成は行わな
いものとする。
【0025】本発明は、例えば、8インチの如き直径2
Rの大きな半導体ウェーハに適用する程、そのウェーハ
の反りの低減効果は大きくなる。
【0026】
【発明の効果】上述せる本発明半導体ウェーハによれ
ば、ウェーハの裏面上に、そのウェーハの反りを低減す
るための所定の応力を有する膜が被着形成されてなるの
で、ウェーハの反りが低減される。
【0027】上述せる本発明半導体ウェーハによれば、
ウェーハの裏面上に、そのウェーハの反りを低減するた
めの所定の応力を有する膜が被着形成されると共に、ウ
ェーハのその表面側からの処理及びそのウェーハの表面
上に形成された配線層に応じて、膜の所定の応力が設定
されるので、ウェーハの反りが効果的に低減される。
【0028】上述せる本発明半導体ウェーハの製造方法
によれば、ウェーハに対する所定の処理及びそのウェー
ハの表面上への所定の配線層の被着形成毎に、ウェーハ
の裏面上にそのときのウェーハの反りを低減するための
所定の応力を有する膜を繰り返し被着形成するようにし
たので、半導体ウェーハの多段階の製造工程中の反りを
低減することができる。
【0029】上述せる本発明半導体ウェーハの製造方法
によれば、ウェーハに対する所定の処理及びそのウェー
ハの表面上への所定の配線層の被着形成毎に、ウェーハ
の裏面上にそのときのウェーハの反りを低減するための
所定の応力を有する窒化シリコンの膜をプラズマ気相成
長法によって繰り返し被着形成するようにしたので、半
導体ウェーハの多段階の製造工程中の反りを低減するこ
とができると共に、所定の応力の窒化シリコンの膜をプ
ラズマ気相成長法によって繰り返し被着形成するように
したので、その窒化シリコンの膜のプラズマ気相成長法
による被着形成時の温度は、400°C以下の低温度で
あるので、配線層の形成後であっても、配線層に悪影響
を及ぼすおそれはない。
【0030】かくして、半導体ウェーハの製造中におい
て、ステッパー、合わせ精度測定器、エッチング装置等
における半導体ウェーハの搬送が困難となったり、半導
体ウェーハの表面上の窒化シリコン層との間に介在され
た酸化シリコン層に穿孔を行う場合、紫外線露光による
エッチングマスクの形成時に、露光マスクよりの紫外線
がエッチングマスク上でデフォーカスして、絶縁層に対
する高精度の穿孔が困難になったりするおそれはなくな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体ウェーハの実施例の側面図
である。
【図2】プラズマCVD装置を示す配置図である。
【図3】プラズマCVD処理時の窒化シリコン膜の低周
波電力に対する応力の特性図である。
【図4】従来例を示す側面図である。 (A) ウェーハの側面図 (B) 表面上に多層配線層を被着形成した場合のウェ
ーハの反りの説明図
【符号の説明】
1 ウェーハ 2 多層配線層 3 引張り応力を有する膜

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウェーハの裏面上に、該ウェーハの反り
    を低減するための所定の応力を有する膜が被着形成され
    てなることを特徴とする半導体ウェーハ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体ウェーハにおい
    て、 上記ウェーハのその表面側からの処理及び該ウェーハの
    表面上に形成された配線層に応じて、上記膜の上記所定
    の応力が設定されることを特徴とする半導体ウェーハ。
  3. 【請求項3】 ウェーハに対する所定の処理及び該ウェ
    ーハの表面上への所定の配線層の被着形成毎に、上記ウ
    ェーハの裏面上にそのときの上記ウェーハの反りを低減
    するための所定の応力を有する膜を繰り返し被着形成す
    ることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3に記載の半導体ウェーハの製造
    方法において、 上記膜の被着形成は、プラズマ気相成長による窒化シリ
    コンの被着形成であることを特徴とする半導体ウェーハ
    の製造方法。
JP3254495A 1995-02-21 1995-02-21 半導体ウェーハ及びその製造方法 Withdrawn JPH08227834A (ja)

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