CN109716486B

CN109716486B - 硅锭的切割方法、硅晶圆的制造方法及硅晶圆

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Publication number: CN109716486B
Application number: CN201780048352.6A
Authority: CN
Inventors: 桥本大辅; 田尻知朗; 又川敏; 中岛亮; 卫藤义博
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2016-08-04
Filing date: 2017-06-27
Publication date: 2024-01-09
Anticipated expiration: 2037-06-27
Also published as: JP2018022785A; CN109716486A; WO2018025539A1; JP6642327B2; TW201812947A

Abstract

本发明提出一种方法，在使用固定磨粒线锯切割具有超过300mm的直径的硅锭时，能够将镍引起的污染抑制为低于检出限。一种硅锭的切割方法，其为使至少一根在裸线的表面固定了多个磨粒的固定磨粒线材运行并且将具有超过300mm的直径的硅锭推压送入上述固定磨粒线材，以对上述硅锭进行切割的方法，该方法的特征在于，上述硅锭的切割是在30小时以下的切割时间内进行的。

Description

硅锭的切割方法、硅晶圆的制造方法及硅晶圆

技术领域

本发明涉及一种硅锭的切割方法、硅晶圆的制造方法及硅晶圆。

背景技术

线锯是相对于多根辊以一定间隔将线材螺旋状地卷绕而形成线材列，一边供给浆料一边使线材运行，并将硅锭等的工件按压到线材列上，对工件进行切片加工的切割装置。利用线锯，能够从工件同时切出多个晶圆，因此被广泛用于对硅锭进行切片加工以制造硅晶圆的工序中。

图1是一般的线锯的主要部分的概略图。该图所示的线锯10包括进行线材20的抽出或卷取的线材抽出/卷取机构（未图示）、隔着规定间隔平行配置的主辊30、将冷却液供给到主辊30的喷嘴40及将浆料供给到线材20的喷嘴50。在主辊30的表面以一定间隔形成有多个槽，将线材20卷绕在这些槽上，由此形成线材列。在线材列的上方，保持工件W且将工件W按压到线材列的线材上的工件保持部60配设为能够通过升降机构（未图示）上下运行。

通过线材抽出/卷取机构使线材20运行，并且一边将浆料从喷嘴50供给到运行的线材20，一边利用升降机构使工件保持部60在保持工件W的状态下下降，将工件W推压送入线材列的线材20上，由此对工件W进行切片加工。另外，加工时，主辊30通过由喷嘴40供给的冷却液而被冷却。

如上述的线锯大致分为游离磨粒线锯和固定磨粒线锯，但在直径为300mm以下的硅锭的切片加工中，通常使用游离磨粒线锯。游离磨粒线锯中，一边将含有磨粒的浆料连续供给至线材，一边使线材运行。而且，用通过线材的运行而被送入工件加工部的浆料的磨削作用来切割工件。如上所述，通过使用游离磨粒线锯，能够一次对大量的晶圆进行切片加工，与使用内周刃磨石的现有的切片加工工序相比，能够大幅提高生产率。

近年来，晶圆越来越大口径化，已制造出具有超过300mm的直径（例如450mm）的硅锭。但是，使用游离磨粒线锯切割这种大口径的硅锭时，会产生因使用浆料而引发的问题。例如，由于通过切片加工而得到的晶圆上附着有浆料，虽然在后续的清洗工序中会去除浆料，但该浆料的去除操作需要时间。并且，加工时所供给的浆料飞散而附着于线锯装置或其周边的操作场所，去除该附着的浆料的操作也很困难。而且，游离磨粒线锯中，通过包含于浆料的磨粒的磨削作用进行切片加工，因此与现有的使用内周刃磨石的情况相比，加工速度慢。

为了解决上述问题，对于具有超过300mm的直径的硅锭的切割，逐渐转向使用固定磨粒线锯的方向（例如，参考专利文献1）。固定磨粒线锯具备线材，该线材在线材全长上在其表面固定附着了磨粒。即，固定磨粒线锯中，通过固定附着于表面的磨粒的磨削作用而对工件进行切片加工，因此能够使用不含有磨粒的冷却液，能够解决上述游离磨粒线锯所具有的因浆料引发的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-288902号公报。

发明内容

发明所要解决的技术问题

固定磨粒线材是使用镍（Ni）镀层3，将金刚石等的磨粒2通过电沉积固定在钢琴线等的裸线的表面的线材。因此，判断出切割具有超过300mm的直径的硅锭时，存在Ni引起的污染程度在短时间内恶化的情况。

因此，本发明的目的在于提出一种方法，在使用固定磨粒线锯切割具有超过300mm的直径的硅锭时，能够将镍引起的污染抑制为低于检出限。

用于解决技术问题的方案

本发明人等对解决上述技术问题的方法进行了深入研究。为此，本发明人等在各种切割条件下对硅锭进行切割，并详细分析了所得到的硅晶圆的Ni污染。其结果得知，通过在30小时以下的切割时间内进行硅锭的切割，能够将所得到的硅晶圆的Ni污染抑制为低于检出限，因而完成本发明。

即，本发明的主旨结构如下。

（1）一种硅锭的切割方法，其为使至少一根在裸线的表面固定了多个磨粒的固定磨粒线材运行并且将具有超过300mm的直径的硅锭推压送入所述固定磨粒线材，以对所述硅锭进行切割的方法，该方法的特征在于，所述硅锭的切割是在30小时以下的切割时间内进行的。

（2）根据所述（1）所述的硅锭的切割方法，其中，使用镍层将所述磨粒固定在所述裸线的表面。

（3）根据所述（1）或（2）所述的硅锭的切割方法，其中，根据所述规定的切割时间及所述磨粒的粒径，设定所述固定磨粒线材的平均线速以使通过所述硅锭的切割所得到的硅晶圆的平坦度成为规定值。

（4）根据所述（3）所述的硅锭的切割方法，其中，将所述固定磨粒线材的平均线速设为Y（m/分钟）、将所述多个磨粒的平均粒径设为X（μm），以满足下述式（A）。

Y≥-79.2×X+1979 （A）

（5）根据所述（1）至（4）中任一项所述的硅锭的切割方法，其中，所述多个磨粒的平均粒径为5μm以上且15μm以下。

（6）根据所述（1）至（5）中任一项所述的硅锭的切割方法，其中，所述规定的切割时间为15小时以上。

（7）根据所述（1）至（6）中任一项所述的硅锭的切割方法，其中，所述直径为450mm以上。

（8）一种硅晶圆的制造方法，其特征在于，用规定方法培育硅锭之后，利用上述（1）至（7）中任一项所述的硅锭的切割方法切割所述硅锭，以得到多片硅晶圆。

（9）根据所述（8）所述的硅晶圆的制造方法，其中，所述规定的方法为提拉法。

（10）一种硅晶圆，其特征在于，该硅晶圆具有超过300mm的直径，且镍浓度低于检出限。

（11）根据所述（10）所述的硅晶圆，其中，TTV值为20μm以下。

（12）根据所述（10）或（11）所述的硅晶圆，其中，所述直径为450mm以上。

发明效果

根据本发明，在使用固定磨粒线锯切割具有超过300mm的直径的硅锭时，将切割时间设定在30小时以下来进行，因此能够将所得到的硅晶圆的镍引起的污染抑制为低于检出限。

附图说明

图1是一般的线锯的主要部分的概略图。

图2是本发明中使用的固定磨粒线锯中所用的固定磨粒线材的示意剖视图。

图3是基于本发明的硅晶圆的制造方法的一例的流程图。

图4是表示针对各种磨粒的平均粒径及固定磨粒线材线速的切割时间与Ni浓度之间的关系的图，（a）是针对磨粒的平均粒径为7μm的情况的图，（b）是针对磨粒的平均粒径为10μm的情况的图，（c）是针对磨粒的平均粒径为13μm的情况的图。

图5是表示针对各种磨粒的平均粒径及固定磨粒线材线速的切割时间与硅晶圆的TTV之间的关系的图，（a）是针对磨粒的平均粒径为7μm的情况的图，（b）是针对磨粒的平均粒径为10μm的情况的图，（c）是针对磨粒的平均粒径为13μm的情况的图。

图6是表示在15小时以上的切割时间内，将硅晶圆的Ni污染抑制在检出限内，并将硅晶圆的TTV设为20μm以下的条件的图。

具体实施方式

（硅锭的切割方法）

以下，参考附图详细说明本发明。本发明的硅锭的切割方法为使至少一根在裸线的表面固定了多个磨粒的固定磨粒线材运行并且将具有超过300mm的直径的硅锭推压送入固定磨粒线材，以对上述硅锭进行切割的方法。其特征在于，上述硅锭的切割是在30小时以下的切割时间内进行的。

本发明人等对即使用固定磨粒线材切割具有超过300mm的直径的硅锭也能将Ni污染抑制为低于检出限的方法进行了积极研究，结果发现，在30小时以下的切割时间内进行硅锭的切割极为有效。

另外，在本发明中，所谓的“将Ni污染抑制在检出限以下”，表示通过本发明所得到的硅晶圆的Ni浓度低于1×10¹⁰atoms/cm³。

通过将切割时间设为30小时以下，能够将Ni污染抑制在检出限以下的理由虽并不一定清楚，但可以想到，通过使固定磨粒线材高速运行，提高切削效率，减少磨粒的磨损，硅锭的切割面（即，硅晶圆的表面）没有和固定磨粒线材的Ni镀层直接接触、或者减少接触时间，Ni容易从Si表面分离，即使Ni和硅晶圆接触也是在硅晶圆的表面附近，再由之后的机械、化学加工去除污染层等。

另一方面，关于切割时间的下限，就将Ni污染抑制为低于检出限的观点而言并不受任何限定。但是，如后述，若缩短切割时间，则所得到的硅晶圆的平坦性降低。因此，优选切割时间超过10小时。更优选将切割时间设为13小时以上，进一步优选将切割时间设为15小时以上。

用于本发明的硅锭是用规定方法培育的单晶硅锭。该锭的培育方法没有特别限定，例如为提拉（Czochralski，CZ）法或悬浮区熔（Floating Zone，FZ）法。其中，从可以得到大口径的锭的观点考虑，优选CZ法。

并且，用于本发明的硅锭的切割方法的硅锭的直径超过300mm，即使在450mm以上的大口径的锭，也能将Ni污染抑制为低于检出限。硅锭的导电型可以为n型也可以为p型，能够添加对应于导电型的适当的掺杂剂。并且，电阻率也能够根据需要设定为适当的值。

图2示出本发明中使用的固定磨粒线锯中所用的固定磨粒线材的示意剖视图。该图所示的固定磨粒线材21为用Ni镀层3将磨粒2通过电沉积固定在裸线1的表面1a的线材。为了制造阶段的拉丝以及防锈，也可以在将磨粒2电沉积之前，将裸线1的表面1a以镀黄铜的方式包覆。

作为固定磨粒线材21的裸线1，能够使用钢线（钢琴线）等。在此，优选裸线1的直径为80μm以上且130μm以下。通过将裸线1的直径设为80μm以上，能够制成具有足够强度的固定磨粒线材。另一方面，通过将裸线的直径设为130μm以下，能够充分减少切割时的切口损失。

作为电沉积在裸线1上的磨粒2，能够使用由金刚石、CBN（立方晶氮化硼）、Al₂O₃、SiC等构成的已知的磨粒。在此，优选磨粒2的平均粒径为5μm以上且15μm以下。通过将磨粒2的平均粒径设为5μm以上，能够抑制随着固定磨粒线材21的使用而产生的磨粒2的磨损，从而能够长期使用固定磨粒线材21。另一方面，通过将磨粒2的平均粒径设为15μm以下，能够减少切割时的切口损失，并且抑制固定磨粒线材21对于切割面造成的机械损伤，能够提高切割面的平坦度。更优选平均粒径为7μm以上且13μm以下。

磨粒2对于裸线1的电沉积通过如下方式进行，例如，依次实施脱脂处理、水洗、酸清洗及水洗，并且将与阴极电极连接的裸线1通过贮存有分散着磨粒2的电解电镀液且浸渍了与阳极电极连接的金属板的电解电镀槽（Ni电镀槽等）。如此一来，在裸线1的外周面1a形成Ni镀层3，并使电解电镀液中的磨粒2通过Ni镀层3而被固定附着在裸线1上。另外，将固定磨粒线材21的Ni镀层3的厚度设为磨粒2的一部分从表面露出的厚度。

并且，固定磨粒线材21的平均线速优选设为800m/分钟以上且2500m/分钟以下。在此，通过将平均线速设为800m/分钟以上，能够提高线材的直进性并提高切割面的平坦度。并且，通过设为2500m/分钟以下，能够抑制线材运行造成的发热，并通过抑制主辊或主轴的热变形而抑制翘曲。

将这种固定磨粒线材21安装在图1所例示的线锯上，并使其以规定的平均线速运行。并且，一边将浆料供给至线材，一边通过升降机构使工件保持部向线材侧移动并向线材推压送入，由此能够对硅锭进行切割。

如上所述，在本发明中，将锭的切割时间设定在30小时以下是很重要的。该切割时间能够由硅锭的径向的切割速度和硅锭的直径求出。并且，通过调整利用升降机构将硅锭向固定磨粒线材按压的负荷，能够调整硅锭的径向的切割速度。

另外，在本发明中，优选根据切割时间及磨粒的粒径，设定固定磨粒线材21的平均线速，以使通过硅锭的切割所得到的硅晶圆的平坦度成为规定值以下。如上所述，将切割硅锭时的切割时间设定在30小时以下，能够将Ni污染抑制为低于检出限。另一方面，若缩短锭的切割时间，则存在所得到的硅晶圆的平坦度下降的问题。即，Ni污染的抑制和得到的硅晶圆的平坦度的提高处于相悖的关系。

本发明人等对能够将Ni污染抑制为低于检出限，并且能够实现所得到的硅晶圆的平坦度的提高的方法进行了积极研究。其结果发现，在适当范围的硅锭的切割时间及磨粒的粒径范围下，通过适当设定固定磨粒线材的平均线速，能够将所得到的硅晶圆的Ni污染抑制为低于检出限，并且能够提高硅晶圆的平坦度。

在此，所谓“硅晶圆的平坦度”，表示硅晶圆的TTV（Total Thickness Variation，总厚度变化），且表示硅晶圆中自基准面的高度的最大值和最小值之差。并且，所谓“平坦度的提高”，表示将硅晶圆的TTV设为20μm以下。TTV能够利用晶圆的形状测定装置来测定。

而且，如后述的实施例所示，优选构成为将固定磨粒线材的平均线速设为Y（m/分钟）、将所述多个磨粒的平均粒径设为X（μm），以满足下述式（A）。

Y≥-79.2×X+1979 （A）

由此，在15小时以上的切割时间内，能够使所得到的硅晶圆的Ni污染低于检出限，并且能够将硅晶圆的TTV设为20μm以下。

（硅晶圆的制造方法）

接着，对基于本发明的硅晶圆的制造方法进行说明。基于本发明的硅晶圆的制造方法的特征在于，用规定方法培育硅锭之后，利用上述基于本发明的硅锭的切割方法切割上述硅锭，以得到多片硅晶圆。因此，关于除了硅锭的切割处理以外的处理，完全没有限定。以下，作为一例，对利用CZ法从硅锭制造单晶硅晶圆的方法进行说明。

图3示出基于本发明的硅晶圆的制造方法的一例的流程图。首先，在步骤S1中，利用CZ法，将投入石英坩埚的多晶硅于1400℃左右熔融，接着，使籽晶浸在液面并使其一边旋转一边拉起，由此制造硅锭。在此，为了得到所期望的电阻率，掺杂例如硼或磷等。并且，通过使用在锭的制造时施加磁场的磁场施加提拉（Magnetic field Czochralski，MCZ）法，能够控制硅锭中的氧浓度。

接着，在步骤S2中，实施所得到的硅锭的外周磨削处理使其直径均匀之后，通过上述基于本发明的硅锭的切割方法，对硅锭进行切割，并切片为1mm左右的厚度而得到硅晶圆。

此时，在30小时以下的切割时间内进行硅锭的切割是很重要的。由此，能够将所得到的硅晶圆的Ni污染抑制为低于检出限，具体而言，能够使硅晶圆的Ni浓度低于1×10¹⁰atoms/cm³。

接着，在步骤S3中，对硅晶圆实施切片后清洗。刚切片后的硅晶圆的表面上附着了硅的切屑（粉）、乙二醇、抛光剂的混合物，因此对硅晶圆实施切片后清洗处理以去除这些。

之后，在步骤S4中，将所得到的硅晶圆搬运到抛光装置，使用氧化铝抛光剂等，对硅晶圆实施研磨处理。由此，使晶圆的厚度成为规定值，能够提高晶圆的正面和背面的平行度。

接着，在步骤S5中，对硅晶圆实施研磨后清洗。刚实施了研磨处理后的硅晶圆的表面附着了硅的切屑（粉）、作为研磨油成分的防锈剂、分散剂、抛光剂。因此，对硅晶圆实施研磨后清洗处理以去除这些。

接着，在步骤S6中，通过使用包含氟酸、硝酸、乙酸、磷酸中的至少一种的水溶液的酸蚀刻、使用氢氧化钾水溶液或氢氧化钠水溶液等的碱蚀刻或者同时使用上述酸蚀刻和碱蚀刻，消除因前工序为止的处理所产生的晶圆的扭曲。

接着，在步骤S7中，使用抛光装置，对实施了蚀刻处理的硅晶圆实施镜面抛光处理。在本发明中，实施对晶圆的两个面进行抛光的DSP处理。即，将硅晶圆嵌入载体，用贴附了抛光布的上平台及下平台夹住晶圆，使例如胶体二氧化硅等的浆料流入上下平台和晶圆之间，使上下平台及载体向彼此相反的方向旋转，对硅晶圆的两个面实施镜面抛光处理。由此，能够减少晶圆表面的凹凸而得到平坦度高的晶圆。

之后，在步骤S8中，对实施了双面抛光处理的硅晶圆实施清洗处理，使用例如作为氨水、过氧化氢水及水的混合物的SC-1清洗液、或作为盐酸、过氧化氢水及水的混合物的SC-2清洗液，去除晶圆表面的粒子或有机物、金属等。

最后，在步骤S9中，对已经清洗过的硅晶圆进行各种检查，检查晶圆的平坦度、晶圆表面的LPD的数量、损伤、晶圆表面的污染等。在这些检查中，仅将符合规定品质的晶圆作为产品出货。

另外，能够根据需要，对上述步骤中所得到的晶圆实施退火处理或外延膜生长处理，由此得到退火晶圆或外延晶圆、或者SOI（Silicon On Insulator，绝缘体上的硅）晶圆等。

（硅晶圆）

接着，对基于本发明的硅晶圆进行说明。基于本发明的硅晶圆的特征在于，具有超过300mm的直径，且Ni浓度低于检出限。上述基于本发明的硅锭的切割是在30小时以下的切割时间内进行的，因此能够抑制固定磨粒线材对硅晶圆的Ni污染，并使所得到的硅晶圆的Ni浓度低于检出限。

在此，所谓的“Ni浓度低于检出限”，表示Ni浓度低于1×10¹⁰atoms/cm³。

在本发明中，能够将硅晶圆的TTV值设为20μm以下。并且，即使硅晶圆的直径为450mm以上，也能够使Ni浓度低于检出限。

实施例

以下，根据实施例更详细说明本发明，但本发明并不受下述实施例的任何限定。

＜硅锭的切割＞

通过CZ法培育直径450mm（掺杂剂：硼）的单晶硅锭，利用固定磨粒线锯进行切割，得到100片厚度：1065μm的硅晶圆。此时，作为固定磨粒线材，使用了将钢琴线的表面镀黄铜之后，将平均粒径为7μm的金刚石作为磨粒，并以Ni电沉积的方式将其固定在钢琴线的表面的线材。并且，将固定磨粒线材的平均线速设为712m/分钟，将切割时间设为10小时。

针对磨粒的平均粒径为10μm、13μm的情况、固定磨粒线材的平均线速为950m/分钟、1188m/分钟、1425m/分钟、1663m/分钟、1900m/分钟的情况、切割时间为15小时、20小时、25小时、30小时、35小时、40小时的情况，也同样进行上述切割，在各切割条件下分别得到100片硅晶圆。

＜Ni污染的评价＞

将在各切割条件下得到的硅晶圆各准备10片，利用全溶解评价法测定了Ni浓度。具体而言，首先，准备由耐酸性的收纳容器和盖构成且内部配置了支承台的反应容器。上述支承台由支架和工作台构成，在工作台的周缘的大部分突出设置有凸缘。并且，准备将HF（氟化氢）、HNO₃（硝酸）及H₂SO₄（硫酸）以规定比例均匀混合来制备而成的分解液。

接着，将分解液存放在收纳容器中，将硅晶圆水平放置在工作台的上面，然后把盖盖上而使收纳容器密闭，在常温下放置约12小时。由此，硅晶圆被分解升华，在支承台的工作台上得到残渣。接着，打开反应容器的盖，对每1g的残渣滴加1ml的溶解液以将残渣溶解，将其收集在烧杯中。

之后，将烧杯加热到80℃，使残渣分解升华。接着，在HF与HNO₃的混合稀水溶液中回收微量杂质，将回收的液体中所含有的Ni利用ICP-MS分析装置进行了定量分析。将所得到的结果示于图4。

由图4可知，若切割时间为30小时以下，不论磨粒的平均粒径及固定磨粒线材的平均线速如何，都能够将Ni的污染抑制为低于检出限即低于1×10¹⁰atoms/cm³。相对于此，若切割时间超过30小时，不论是在哪一个切割条件下得到的硅晶圆，都无法将Ni污染抑制为低于检出限。

＜平坦度的评价＞

将在各切割条件下得到的硅晶圆各准备50片，测定了各硅晶圆的平坦度。具体而言，利用KOBELCO科研制造的SBW-451/R，测定了硅晶圆的TTV（Total ThicknessVariation，总厚度变化）。将所得到的结果示于图5。由该图可知，通过根据磨粒的平均粒径及切割时间适当设定固定磨粒线材的平均线速，能够将硅晶圆的Ni污染抑制在检出限内（即，将切割时间设为30小时以下），并且能够将硅晶圆的TTV设为20μm以下。

图6示出在15小时以上的切割时间内，将硅晶圆的Ni污染抑制在检出限内（即，将切割时间设为30小时以下），并且将硅晶圆的TTV设为20μm以下的条件。该图是标绘出，在图5中，在15小时以下的切割时间内，能够将硅晶圆的Ni污染抑制在检出限内，并且将硅晶圆的TTV设为20μm以下的固定磨粒线材的平均线速及固定磨粒的平均粒径的图。

对于磨粒的平均粒径，通过将固定磨粒线材的平均线速设定为高于图6所示的直线的值以满足上述式（A），由此能够将所得到的硅晶圆的Ni污染抑制在检出限内，并且将硅晶圆的TTV设为20μm以下，而在15小时以上的短切割时间内对硅锭进行切割。

产业上的可利用性

根据本发明，在使用固定磨粒线锯切割具有超过300mm的直径的硅锭时，将切割时间设定为30小时以下来进行，能够将所得到的硅晶圆的镍引起的污染抑制为低于检出限，因此对于半导体产业有用。

附图标记说明

10-线锯，20-线材，21-固定磨粒线材，30-主辊，40、50-喷嘴，60-工件保持部，W-工件。

Claims

1.一种硅锭的切割方法，其为使至少一根使用镍层在裸线的表面固定了多个磨粒的固定磨粒线材运行并且将具有超过300mm的直径的硅锭推压送入所述固定磨粒线材，以对所述硅锭进行切割的方法，该方法的特征在于，

所述硅锭的切割是在15小时以上30小时以下的切割时间内进行的，

根据所述切割时间及所述磨粒的粒径，设定所述固定磨粒线材的平均线速以使通过所述硅锭的切割所得到的硅晶圆的平坦度成为规定值以下，

将所述固定磨粒线材的平均线速设为Y、将所述多个磨粒的平均粒径设为X，以满足下述式A：

Y≥-79.2×X+1979 式A，

其中Y单位为m/分钟，X单位为um。

2.根据权利要求1所述的硅锭的切割方法，其中，

所述多个磨粒的平均粒径为5μm以上且15μm以下。

3.根据权利要求1或2所述的硅锭的切割方法，其中，

所述直径为450mm以上。

4.一种硅晶圆的制造方法，其特征在于，

用规定方法培育硅锭之后，利用权利要求1至3中任一项所述的硅锭的切割方法切割所述硅锭，以得到多片硅晶圆。

5.根据权利要求4所述的硅晶圆的制造方法，其中，

所述规定方法为提拉法。