JPS59115530A - 裏面がゲツタ−リング作用を有する半導体ウエフアの製造方法 - 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、高温プロセスでゲッターリング作用を示す裏
面を有する半導体ウェファの製造方法において、光線照
射の作用によってウェファの裏面の表面領域に転位ネッ
トワークが形ｊ戊されることから成る製造方法に関する
ものである。

半導体ウェファから電子コンポーネントを製造する場会
に、ウェファ中の点欠陥及び不純物が、例えば積算回路
のバリヤ一層及びキャパシターにおける漏れ電流の増加
のような、望ましくない現象の原因となることがしはし
はある。

しかし、このような点欠陥、点欠陥の集合及び不純物を
釉々なプロセスによってウェファの裏面を介して除去ま
たはゲッターリングして、欠陥のないウェファ前面’＆
得ることができる。このゲッターリング作用は成る処理
によってウェファの裏面に欠陥を設けることによって得
られる。半導体要素の製造過程における、例えば通常８
００〜１２５０℃において行われる酸化のような、高温
プロセス間に、これらの欠陥はゲッターリング作用を示
し、ウェファに存在する点欠陥、点欠陥集合及び不純・
吻をウェファの裏面から吸収する。ゲラ−ターリング作
用を示す裏面を有するこのようなウエファケ製造する可
能な１つの方法は、例えばウェファを研摩粒が流動する
流動浴に浸せきすることによって（西ドイツ特許公開第
２９２７２２０号明細書参照）あるいは一定方向のスク
ラッチフグを行うことによって（アメリカ特許第３９０
５１６２号明細書参照）、ウェファの裏面に機械的応力
を与えることである。しかし、このような方法ではウェ
ファが機械的研摩剤と接触するために、不純物が混入す
る危険性が常にある。

この危険性はウェファの裏面をレーザー照射処理するこ
とによって、避けることができる。例えばアメリカ特許
第４１３１４８７号明細書から、半導体材料の各表面を
レーザー処理によって気化し、次の酸化プロセスでゲッ
ターリング作用を示すよう人表面部分を作ることが公知
である。しかし、この方法はエネルギー面でかなりの費
用を必要とするはかりでなく、材料の損失も伴い、さら
に気化クレータ−が形成される結果、例えは真空吸引機
ヲ用いてウェファを吸引するような場合に、問題が生ず
る。この他、ウェファ裏面の層を最初のレーザー・パル
スによって気化し、次にゲッターリングに必要な転位ネ
ットワークを第２のレーザー・パルスによって形成する
ことから成る、西ドイツ公開第２８２９９８３号明細書
による方法も気化段階を有するために、エネルギーの点
ですでに、同様に費用のかかるものである。

これらの方法とは対照的に、半導体ウェファの表面部分
の層を気化させずに溶融のみさせる方法は比較的低い密
度の照射エネルギーを必女とするにすぎない。しかし、
このような方法に於ても、例えばＪ、　Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｃｈｅｍ、　Ｓｏｃ、　１２８号、１９７５〜８０頁（
１９８１年）、電気化学会ロスアンジエルス会議（１９
７９年１０月１４〜１９日開催）抄録集ム４８５及びア
メリカ特許第４２５７８２７号明細書に述べられている
ように、エネルギー必要量がまだかなシ高いために、半
導体裏面をゲッターリングするだめの、専門用語で「レ
ーザー損傷」と呼ばれるこのレーザー処理法を広範囲に
経済的に使用することはできない。

このため、本発明の目的は先行技術に比べて経済的であ
り、エネルギー必要量を減じた、光線特にレーザーの照
射によって、裏面がゲッターリング作用を有する半導体
ウェファの製造を可能にする方法を提供することである
。

この目的は、幾何学的理想面に関して少なくと−も１５
度傾斜した面を表面微細構造中に含む裏面をもつ半導体
ウェファを選択し、この裏面を少なくとも部分的に光線
照射によって溶融することを特徴とする方法によって達
成される。

この場合に幾何学的理想面とは、例えば半導体内エファ
の場合には幾何学的に完全と考えられるボディの完全な
平面である境界を意味する。例えば鏡面仕上げした半導
体ウェファの表面はその微細構造において犬体幾何学的
理想面に相当するが、例えばのこ引き、ラップ仕上げま
たはエツチングしたウェファの表面はその機前１１　ｈ
ｔ造において多かれ少なかれ幾何学的理想面とは異なる
。このような相違は、例えばウェファをへき開した後に
充分な倍率の光学顕微鏡を用いて、相当する鏡面様へき
開面にみることができる。このようなへき開面は半導体
ウェファのプロフィル断面に相当、してお９、実際のプ
ロフィルが幾何学的理想プロフィルとどのように異って
いるかを示している。実際のプロフィルと理想プロフィ
ルの凹または凸曲面部分の接線間の角度は、半導体ウェ
ファの表面微細構造中の対応面が幾何学的理想１川に関
して傾斜している角度を大体示す。例えば幾何学的理想
面、実際のプロフィル、娩１６ｊ学的理想プロフイノへ
プロフィル断面等のような、この明細書で用いる用語は
例えばＤＤＩＮ４７６０．１）ＩＮ４７６１及びＤ工Ｎ
４７６２に技術的表面に関してＮａ％ｔ’＆されている
用語と同じ意味を持つものである。

幾何学的理想面に関して少々くとも１５度傾斜した面を
表面微細構造に含む半導体ウェファの表面部分では、例
えば鏡面仕上げした面の場合よシも光線照射のエネルギ
ー密度がかなり低いものであっても、光線照射の作用に
よって表面の一部が浴融する結果として転位が生ずるこ
とが、意外にも発見された。光線照射が作用した直後に
も、一般にこれらの転位がある程度検知されるが、例え
ば酸化のような１６温処理を受けると、これらの転位は
広範囲な転位ネットワークに成長して、ゲッターリング
作用ケ示すようになる。

ゲッターリング作用を有するウェファ表面を光線作用に
よって形成するには、レーザー照射の使用が髄に望まし
く、この方法ではレーザー照射によって、大ていは重複
した溶融点の：ｉｌｎ常は細い列がウェファの裏面に形
成される。この方法によると例えは鏡面仕上けした表面
では、作用すなレーザー線のエネルギーがある布置以下
であると、表面にレーザー線の条痕をみることができる
としても、転位がもはや生じないことが、意外にも発見
された。転位を検出するために、湿った酸素中での１２
００℃１Ｃおけるン時間の酸１ヒ（以下では「酸化テス
ト」と呼ぶ）をウェファに行った。表面微細構造中に幾
何学的理想プロフィルに関して少なくとも１５度傾斜し
た面の存在を笑隙のプロフィルが示すようなウェファを
同様に処理したところ、高い密度の転位を検出すること
ができた。従って、このような表面微細構造を有するウ
ェファにほぼ同じような密度の転位ネットワークを形成
するには、鏡面研摩した表面を有するウェファに必要な
エネルギー密度のわずか２０％から８０％の密度のエネ
ルギーをレーザー照射に要するにすぎない。

表面の少なくとも一部を溶融することによってグツター
リング転位ネットワークを形成するために、光線特にレ
ーザーの照射作用を受ける対象として幾何学的理想面に
関して少なくとも１５度傾斜した面を表面微細構造に含
む裏面を有する半導体ウェファを選択するならは、必要
なエネルギー密度を有意に低下させることができる。鏡
面仕上げした面上の唯一つの、幾何学的理想面に対して
少なくとも１５度傾斜した微小面の個所において、低い
エネルギー密度ですでに局所的な転位を形成させること
が原則として可能である。しかし、ウェファの全裏面に
おいて転位形成がイ＝ｒ実に可能であるためには、幾何
学的理想面に対して少なくとも１５度傾斜した表面の割
合が、微細構造裏面全体に対して約５％以上でなければ
ならない。この割合はプロフィル断面例えばへき開面の
写真を用いて、幾何学的理想面に関して１５度以上に傾
斜した距離の長さを加算し、この和を実際のプロフィル
の全長に関連づけることによって、大ざっばに算出する
ことができる。しかし、これを算出する場合には、ｌ＋
ｕえば任意方向をとり得るエツチングプロセスによって
もたらされる傾斜面の望ましい方向及びその都度のへき
開面の位置を考慮すべきである。

半導体ウェファに成る望ましい表面微細構造をもたらし
得るような方法は公知である。本発明による製造方法に
適した表面構造を得るには、特別なエツチング方法が用
いられる。一般には、かなり急激な傾斜面を有し、幾何
学的理想面に対して充分に傾斜した平面を有する段状の
表面微細構造をもたらすような、アルカリ・エツチング
の使用が最も望ましい。従って、熱い時性カリをエツチ
ング剤として用いて、アルカリ・エツチングした市販の
ケイ素ウェファによって、良好な結果を有することがで
きる。

これに反して、酸エツチングしたケイ素ウェファは原則
として使用できないわけ一部はないが、あまり適してい
るとはいえない。甘た、酸エツチングは表面微細構造を
水平化する傾倒があるため、この方法によって本発明に
よる方法に過した表面構造を得ることは多額の費用を要
するうえに困難である。さらに、例えばプラズマエツチ
ングのよう々、他のエツチング方法によって加工したウ
ェファを使用することも考えられる。

のこ引きしたまたは研削したウェファもその表面微細構
造に、幾何学的理想面に対して少なくとも１５度傾斜し
た面を有しておシ、原則的に本発明による製造方法に通
している。このようなウェファは当然かなシの表面破壊
を受けでいるために調節されない強度の機械的損傷をす
でに有しているので、本発明の特に望ましい態様では光
線特にレーザー線を作用させる前に、このウェファを先
ず最初にアルカリエツチングして損傷を除去する。

これと同じように可能な一般的方法は、先ず最初に光線
特にレーザーを成る浸透深さまで作用するように照射し
、次にウエンア表面を例えばエツチングまたは研摩によ
って、表面の一部がこの浸透深さに達するように、処理
することからなる方法である。

半導体ウェファの表面品質の尺度として通常用いられる
ＤＩＮ４７６８による平均粗さＲａは、　半導体ウェフ
ァの表面が本発明による方法に適した表面構造を有して
いるか否かの判断基準としては、条件つきでのみ用いら
れる。例えば、Ｒ？Ｌ＝０．５μｍという特定の平均粗
さを有する酸エツチングしたケイ素ウェファがその表面
微細構造に、幾何学的理想表面に関して少なくとも１５
度傾斜した面を持たず、同じ平均粗さを持つアルカリエ
ツチングした表面がこのような面を多く有することもあ
る。しかし、望ましいアルカリエツチングしたウェファ
に関しては、Ｒａ＝３．３〜１．５μｍ１特に０．７〜
１．０μｍの平均粗さが特に適切であることがわかって
いる。

本発明による製造方法の物別な利点は従来使用していた
装置及び通常の装置において装置を改良することなくエ
ネルギーをかなシ節約して実施でき、光線特にレーサー
の照射によって次の酸化ゾロセスでゲッターリング作用
を示す躾面を有する半纏体ウェファを得る。

従って、その都度の半導体ウェファの製造に適した光線
源の選択に関しては、当業者に周知である、最初に引用
した特許文献に特に述べられているような判断基準が適
用する。例えば尚圧フラッシュ放出ランプまたは高エネ
ルギーハロゲンランプの使用も可能であるが、これらよ
シも好ましいレーザーＷｉｔ照射源として使用する場合
には、その都度の半導体材料に適した吸収可能な波長の
光を放射するようなレーザーが常に通している。このた
め、ケイ素ウェファ用照射源として、ルビー・レーザー
または特に、好捷しくはＱスイッチＮｄ：ＹＡＧ−レー
ザーを用いるのが有利である。

レーザー線を使用する場合に、単式及び複式操作の任意
のレーザーを使用でき、場合によってはディフユーザを
使用することによって適切な強度プロフィルの照射を確
実に得ることができる。本発明による方法の特別な利点
は、エネルギー必要量が少ないために、焦点距離の長い
レンズを用いることができ、ウェファ上にかなシ大きい
面積の焦点を設定することができることにある。これに
よって、平滑な面に比べて、ウェファ上の単位面積を溶
融するのに必要なレーザー、Ｉ？ルスの数を減じ、エネ
ルギー必要量を低下させることができる。

レーザー線を焦束するのに役立つレンズの４切な焦点距
離は一般に、３００〜１０００ｍｎ５の間である。

さらに本発明による方法は被処理ウェファに対して斜め
にレーザー照射を行うことを可能にするため、この結果
として、焦点の大きさの増加及びエネルギー消費量の改
良が実現する。この場合に適した勾配角度の範囲は広範
囲の値をとシ得るために、ウェファ上に作用するレーザ
ー線はほぼ垂直な勾配から、約４５度の範囲の勾配を通
して反射勾配のみに至るまでの種々な可能性を有する。

本発明による方法の他の利点は、連続的なレーザーパル
スによって溶融する半導体ウェファ表面部分をオーバー
ラツプさせる必要がないことである。レーザーパルスを
オーバーランプさせる従来の方法に比べて、この利点は
後の酸化プロセス間に裏面がゲッターリング作用を示す
ウェファを製造するために、ウェファ１枚ろたシに必要
なレーザーパルス数の減少を可能することによって、エ
ネルギー必要量の低下に寄与する。さらに、ウェファの
処理に必要な時間が短縮されるため、高いスループット
速度が可能になる。

本発明による概念をさらに発展させると、レーザー処理
の前後に西ドイツ特許公開第２９２７２２０号明細書に
従って、圧縮空気によって移動する研摩粒を含む流動浴
に半導体ウェファを浸せきすることによって重複欠陥銹
発処理を行うこともできる。この処理によって次の鹸化
プロセスでゲツタ−リング作用を示す多重欠陥がウェフ
ァ表面に生じ、またレーザー処理によって誘発されたゲ
ッターリング転位が生ずる。

次に、第１図〜第８図及び実施Ｆ！ｌ　Ｋ基ついて、本
発明をモデルによって詳細に説明する。

実施［５’ｌｌ　　１ 半導体ウェファのレーザー損傷処理に適した通常の市販
の装置において、多くの橋々なケイ素ウェファＫｍ々な
エネルギー密度のレーザー照射を行った。

通常設計のＱスイッチＮ（１：　ＹＡＧレーザ−（１，
０６８ｍ１持絖波電力ＴＥＭｏｏにおいて最大５ワツト
、・ξルス半幅値２５０ナノセカンド）を用いた。この
レーザーから放出されるビームを１０倍の倍率のテレス
コープによって拡大し、焦点距離５００震の収束レンズ
に通し、最後に９０度の角度内に配置した２個の検流計
ミラーを用いて、被処理ウェファ上にほぼ垂直に照射し
た。この配置は垂直に対して約±６度のビームの偏位を
可能にする。この偏位可能なレーザービームによって、
面が約り５％重複した溶融点（直径約６０〜３５μｒｎ
）の約２０本の平行ライン（ライン間隔０．４３１ｒｒ
Ｉｎ）が、所定のウェファに照射された。この処理はウ
ェファ１枚につき約１分ＩＥｌ」続けた。

選択したウェファは通常の市販されているアルカリエツ
チングし７ｔＣ１００）ウェファ、片面を研摩した［１
００）ウェファ、アルカリエツチングした（１１１Ｆ−
ウェファ及び片面を研摩した［１１）ウェファであった
。

第１図には、平滑なウェファの表面微細構造の例として
、研摩した［１００〕ケイ糸ウエフアの反射性［１１０
〕而を示す。

第２図は、表面微細構造に幾何学的理想向に対して少な
くとも１５度傾斜した而を無数に有する、アルカリエツ
チングした〔１００Ｅａｄ位ケイ素ウェファの反射性〔
１１０〕へき開面を示す。

第６図は、幾何学的理想向に対して少なくとも１５度傾
斜した面を表面微細構造に有する、アルカリエツチング
した（１１１）配位ケイ素ウェファの反射性（１１０３
へき開面を示す。

これらのウェファ１０枚ずつのエツチングしたまたは研
摩した表面にレーザー照射を行ったが、この場合表１に
記載した）ξルスエネルギー密度及び・ξルス周波数を
もつレーザーをウェファ裏面に照射した。次に、レーサ
ーの未処理面を通常のやり方で研摩した埃、レーザー損
傷の活性を実証するために、１２００℃にお・ける湿っ
た酸素中で２時間の酸化試験を行った。最後に、陳化物
を除去した後に、ウェファｌ５ｅｃｃｏ溶液中で２分間
エツチングし、ラインに活って顕微鏡で視ることのでき
る転位エツチング・ビットを計測した。各ケイ素ウェフ
ァ上でレーザートラックのライン長さ１ｍｍあたシに発
見される転位エツチング・ビットの数を表に示す。この
表から、幾何学的理想向プロフィルに比べた実際のプロ
フィルで少なくとも１５度傾斜した面を表面微細構造に
有するケイ素ウェファでは、平滑な表面を有するケイ素
ウェファに比べて有意に低いエネルギーコストで、レー
ザー照射によるゲッターリング転位ネットワークを形成
可能であることがわかる。従って、アルカリエツチング
した処理ケイ素ウェファの前面は欠陥を含まなかった。

他方では、平滑な研摩面にレーザー照射を行ったウェフ
ァＡ１〜８の場合には、前面に光を照準させたところ、
いわゆる「バズ」または「ホブ」という欠陥を示す現象
がみられた。

顕微鏡下ではいわゆる「小ピット」が高密度に存在する
のがみられた。

実施例２ 第４図に示した表面微細構造を得るために、（１１１］
配位の、のこ引き・研削したケイ素ウェファＡをＣＰ６
エツチング媒質（濃硝酸４５．４％、４０％ＨＦと９８
％酢酸、各２７．６％）中テ３０　ｐｍのエツチング深
さに達するまで処理した。これによってウェファは平均
粗さＲａ＝０．２３μｍを得、表面微細構造は幾何学的
理想表面プロフィルに比べた実際のプロフィルで１５度
以下に傾斜した面のみを含んでいた〔第４図参照〕（１
００１配位の、のこ引き・研削したケイ素ウェファＢも
ＣＦ２−エツチング媒質中で１５μｍのエツチング深さ
に達するまで処理した。これによってウェファは第５図
に示すような、幾何学的理想表面プロフィルに比べた実
際のプロフィルで、１５度以上に傾斜した面を含む表面
微細構造を得だ。

この両ウェファに、実施例１で述べたように、０．２８
ｍＪのパルス・エネルギーを有するレーザー線を作用さ
せた。ウェファに対応する処理（片面研摩、湿った酸素
中での酸化、５ｅＣＣＯエツチング）を行った故、ウェ
ファＡのレーザー処理ラインに沿って転位エツチングビ
ットを検出することはできなかった、またウェファの前
面は無数の「小ピット」を有した。これとは対照的に、
ウェファＢは欠陥のない前面を有し、裏面にはレーザー
処理ラインに沿って無数の転位エツチングビットを有し
た。

実施例６ アルカリエツチングした（Ｒａ＝０．７０μ？７Ｚ）［
１００）配位ケイ素ウェファと鏡面仕上げした［１００
）配位ケイ素ウェファにそれぞれ、実施例１に述べた方
法と同じ方法で、パルスエネルギー０．３０ｍＪのレー
ザー線を作用させた。これによって両ウェファの表面に
は、顕微鏡下で重複した円形溶融点のライン・トラック
がみられた。次に、このウェファに実施例１に述べた酸
化試験を行い、続いてＳ　ｅｃｃｏエツチングを行った
。得られた表面を第６図（アルカリエツチングしたウェ
ファ）と第７図（鏡面仕上げしたウェファ）において対
比する。第６図のアルカリエツチングしたウェファはレ
ーザー作用のまだ明白に識別できるライントラックに沿
って無数の転位エツチング・ビットを示すが、第７図の
鏡面仕上げした表面は転位を含まず、この代シに、まだ
明確に識別できるレーザー作用のライントラックの他に
、多数のいわゆる「小ビット」を示した。

実施例　４ アルカリエツチングしたケイ素ウェファ（［１００）配
位、Ｒａ＝０．７０μｍ１第２図と同じ表面プロフィル
）に、実施例１で述べた配置で、レーザー線を作用させ
た。レーザー線を偏位させるために、１個のみの可動な
検流計ミラーを用いた。この配置によってビーム（・ク
ルスエネルギー０．９ｍＪ。

）ξルス反復周波数２ＫＨ２）をウエンア面に対して１
０度傾斜させることができた。この場合、レーザーは１
本のラインとしてウェファ表面に痕跡を記し、次にウェ
ファを望ましいライン間隔だけビームの方向から偏位さ
せることによって、新たにレーザーの痕跡が記された。

ウェファ全体を処理した後に、未処理面を研摩し、次に
実施例１に述ベた、ｄ化とＳ　ｅｃｃｏエツチングによ
る処理を行った。ウェファ裏面全体に分布した転位エツ
チング・ビットが認められた。

実施例　５ アルカリエツチングしたケイ素ウェファ（（１００〕配
位、Ｅ（ａ＝＝０．７０μｍ１第２図と同様な表面ズロ
フイル）に、実施例１に述べたように１．ｅシスエネル
ギー０．３５ｍＪと・ξシス反復周波数８ＫＨｚ合有す
るレーザー線を作用させた。レーザー線の偏位は、ウェ
ファ表面の連続浴融点がその直径の４０％だけ互いに重
複するように、調整した。次に、西ドイツ公開第２９２
７２２０号明細書に従って、圧縮空気によって研摩粒が
流動する流動浴にウェファを浸せきして、多重欠陥誘発
処理を行った。次に、このウェファを洗浄し、非照射面
を研摩し、１１００℃の湿った酸素中で２時間酸化し、
５ｅＣＣＱエツチングを施した。ウェファの裏面（第８
図に示す）には多重欠陥と転位の両方を検出することが
できた。ウェファの前面には全く欠陥がみられなかった
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図においては、実施例１を説明するために
、研摩したケイ素ウェファとアルカリエッチイブしたケ
イ素ウェファの表面微細構造をプロフィル断面によって
示す。 第１図は反射性［１０，０）へき開面に基づく、鏡面仕
上けした（１００）配位ケイ素ウェファの横断面を示す
。 第２図は反射性（１００１へき開面に基づく、アルカリ
エツチングした［１００）配位ケイ素ウェファの横断面
を示す（第１図と同じスケール）。 第６図は反射性〔１１０〕へき開面に基づく、アルカリ
エツチングした（１１１）配位ケイ素ウェファの７演断
面を示す（第１図と同じスケール）。 第４図と第５図においては、実施例２を説明するだめ、
酸エツチングしたケイ素ウェファの表面微細構造を示す
。 第４図は（１１１）配位ウェファの反射性（１１０）へ
き開を示す（第１図と同じスケール）。 第５図は［１００）配位ウェファの反射性（１１０１へ
き一面を示す（第１図と同じスケール）。 第６図と第７図は、実施例６に従ってレーザー作用、酸
化試験及び５ｅｃｃｏエツチングによって同じ処理を行
った、ケイ素ウェファ表面の一部を示す。 第６図はアルカリエツチングした（１００３配位ケイ素
ウェファの表面を示す（第１図と同じスケール）。 第７図は鏡面仕上げした（１００３配位ケイ素ウェファ
の表面を示す（第１図と同じスケール）。 第８図は実施レリ５に従って処理した、多重欠陥と転位
を有するケイ素ウェファの表面を示す（第１図と同じス
ケール）。 ＃、、’、　５０門・１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ウェファ裏面の表面領域に光線の作用によってゲッ
   ターリング転位ネットワークが形成されることから成る
   、裏面が次の高温プロセスでゲッターリング作用を示す
   半導体ウェファの製造法において、幾伺学的理想面に対
   して少なくとも１５度傾斜した面を表面微Ｊ構造に含む
   裏面を有する半導体ウェファを選択し、そしてこのウェ
   ファ裏面の少なくとも一部を光線の作用によって溶融さ
   せることを特徴とする製造方法。 ２）１　光線としてレーザー光線を用いることを特徴と
   する＋ｙ　ｉｔ請求の範囲第１項記載の製造方法。 ６）アルカリエツチングした半導体ウェファ全選択する
   ことを特徴とする特許請求の範囲用１項または第２項に
   記載の製造方法。 ４）選択した半導体ウェファに対して、光線作用の前ま
   たは後に、西ドイツ特許公開第２９２７２２０号明細書
   による重複欠陥誘発処理を行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項から第６項のいずれか１項に記載の製造
   方法。