JP2004228586A

JP2004228586A - 研磨された半導体ウェハ、該半導体ウェハの製造法及び該半導体ウェハを含む装置

Info

Publication number: JP2004228586A
Application number: JP2004016131A
Authority: JP
Inventors: Thomas Teuschler; トイシュラートーマス; Guenter Schwab; ギュンター　シュヴァープ; Maximilian Stadler; マクシミリアン　シュタードラー
Original assignee: Siltronic AG
Current assignee: Siltronic AG
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2004-08-12
Also published as: KR20060024825A; KR100677734B1; US20040222416A1; TWI248641B; DE10302611A1; DE10302611B4; KR20040067899A; US20080057714A1; US7972963B2; KR100664603B1; TW200414341A; CN1518069A; CN1303653C

Abstract

【課題】周縁領域における半導体ウェハの平坦性の意図的な影響への可能性に関して、殊に≦０．１μｍテクノロジーへの半導体ウェハの適性に関する可能性を示す。
【解決手段】表側の面と裏側の面と周縁部Ｒとを有する研磨された半導体ウェハであって、該周縁部Ｒは半導体ウェハの中心から半径距離だけ離れており、かつ半導体ウェハの円周を形成し、かつ半導体ウェハの異形成形体を備えた縁部の部分である研磨された半導体ウェハにおいて、理想的な平坦面からの裏側の面の平坦性の最大のずれが、裏側の面のＲ−６ｍｍとＲ−１ｍｍとの間の領域において０．７μｍ以下であることを特徴とする、研磨された半導体ウェハ。
【選択図】なし

Description

本発明の対象は、表側の面と裏側の面と周縁部とを有する研磨された半導体ウェハであって、該周縁部は半導体ウェハの円周を形成しかつ半導体ウェハの異形成形体を備えた縁部の部分である、電子部品を製造するための研磨された半導体ウェハである。半導体ウェハは研磨された表側の面を有しており、この表側の面に部品を組み込む。０．１μｍ以下の線幅を有する電子構造を得ようとする場合（＜０．１μｍテクノロジー）、表側の面の平坦性に関して極めて高い要求が課せられる。このような回路をできる限り数多く集積させ得るためには、必要とされる平坦性が表側の面の周縁部のできる限り近傍まで保証されていなければならない。

一般に半導体ウェハの側面の平坦性を上昇させ、殊に表側の面の平坦性を上昇させるための大抵の尽力は、当然の帰結として、平坦性に影響を与える半導体ウェハの製造の部分工程に集中している。これは、殊にラッピング及び／又は研削、並びに片面研磨又は両面研磨といった工程である。実地では常に、片面研磨又は両面研磨として行われる研磨を少なくとも１回実施する。しかしながら、ＥＰ−１１１９０３１Ａ２に記載されているように、部分工程、例えば側面のエッチングも、平坦性、殊に側面の周縁領域における平坦性に影響を及ぼす。例えば半導体ウェハの研削及び／又はラッピングにより予め形成された加工部を残している表面の損傷を避けるため、通常は半導体ウェハを第一の研磨の前にエッチングする。上記特許出願には、半導体ウェハが、エッチングの間に、半導体ウェハの縁部に向かって流される液体エッチング剤の流れにさらされる場合、半導体ウェハの研磨された表側の面の周縁領域における***部を考慮しなければならないとの報告がなされている。この作用を回避するために、エッチング剤が半導体ウェハの縁部に直接ぶつかるのを防止するシールドを半導体ウェハの縁部の前に配置することが提案される。周縁領域における半導体ウェハの平坦性の意図的な影響への可能性に関して、殊に≦０．１μｍテクノロジーへの半導体ウェハの適性に関しては、刊行物による提案がなされていない。
ＥＰ−１１１９０３１Ａ２

本発明の課題は、このような可能性を示すことである。

即ち、研磨により達成しなければならない半導体ウェハの周縁領域における平坦性が、事前に行う半導体ウェハのエッチングにより意図的に影響を受け得ることが見出された。これは驚異的な成果であり、それというのも従来、ＥＰ−１１１９０３１Ａ２に示された方法を適用した場合でさえ、どちらかといえば、半導体ウェハのエッチングの際にその形状寸法はマイナスの作用を受けかついかなる場合においても半導体ウェハの周縁領域における平坦性は最適化された研磨により可能となるということを前提として、このマイナスの作用を部分的に相殺することが可能であったからである。

本発明の対象は、表側の面と裏側の面と周縁部Ｒとを有する研磨された半導体ウェハであって、該周縁部Ｒは半導体ウェハの中心から半径距離だけ離れており、かつ半導体ウェハの円周を形成し、かつ半導体ウェハの異形成形体を備えた縁部の部分である研磨された半導体ウェハにおいて、理想的な平坦面からの裏側の面の平坦性の最大のずれが、裏側の面のＲ−６ｍｍとＲ−１ｍｍとの間の領域において０．７μｍ以下であることを特徴とする、研磨された半導体ウェハである。

発明者が認めた通り、半導体ウェハの裏側の面の、特許の保護を請求された形状寸法は、半導体ウェハを≦０．１μｍテクノロジーに適合させるための本質的な特徴である。この成果は同様に予見不可能であったものであり、それというのも、電子構造のできる限り狭い線幅に関しては表側の面の平坦性が最も重要であるからである。発明者は更に、特許の保護が請求された裏側の面を有する半導体を製造する際に、エッチング工程を第一の研磨の前に所定の方法で実施することが本質的であることを確認した。

従って又本発明の対象は、液体エッチング剤を用いた半導体ウェハの少なくとも１つの処理と、半導体ウェハの少なくとも１つの表側の面の少なくとも１回の研磨とを含む、研磨された半導体ウェハの製造法であって、エッチング剤が処理の間に半導体ウェハの縁部に流入し、その際、エッチング剤が縁部に直接ぶつかることに対してエッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部を少なくとも部分的にカバーする、研磨された半導体ウェハの製造法において、半導体ウェハの厚さｄの方向に延びかつ少なくともｄ＋１００μｍの長さである距離に亘って半導体ウェハの縁部をカバーすることを特徴とする、研磨された半導体ウェハの製造法である。

上記方法でエッチング工程を実施することにより、表側の面及び裏側の面が周縁領域内まで殊に平坦である半導体ウェハが製造されるようになる。引き続く研磨の際に少なくとも表側の面の平坦性が最適化され、これが概ね可能であることによって、裏側の面の改善された平坦性がもたらされる。なぜならば、半導体ウェハの裏側の面の平坦性が比較的適度である場合、半導体ウェハの表側の面の平坦性を研磨により改善することはほぼ不可能であるからである。エッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部を、流れていくエッチング剤から少なくとも部分的にカバーするだけでなく、エッチング剤の流動方向に対して垂直でありかつ半導体ウェハの厚さに対して平行である方向に存在し、少なくとも半導体ウェハの厚さと１００μｍの長さとの合計に相当する長さを有する、半導体ウェハの縁部の前の領域にもこのカバー作用をもたらすことは本発明にとって本質的である。

従って又本発明の対象は、半導体ウェハとシールドとから成る装置であって、該シールドは半導体ウェハの縁部の前に配置されており、かつ縁部に流入する液体エッチング剤に対して半導体ウェハの縁部を少なくとも部分的にカバーする装置において、半導体ウェハの縁部は、内側の異形成形体端部Ｅから長さρに亘り半導体ウェハの周縁部Ｒまで延びている異形成形体を備えており、周縁部は半導体ウェハの中心から半径距離だけ離れており、かつ半導体ウェハの円周を形成しており、その際、該シールドは、内側の異形成形体端部Ｅまでの距離Δを有する半導体ウェハの縁部から最も近くに存在する境界部Ｓと、半導体ウェハの縁部から最も遠くに存在する境界部とを有しており、該シールドはエッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部を、半導体ウェハの厚さｄの方向に延びかつ少なくともｄ＋１００μｍの長さである距離に亘ってカバーしていることを特徴とする装置である。

本発明を次に図面を用いて更に詳説する。

図１において、半導体ウェハ１の図はその周縁領域に限られているが、これは、本発明がこの領域の平坦性の改善を目指しているためである。半導体ウェハ１は２次元座標系と関連づけて示されており、これを用いることにより、半導体ウェハ及びシールドの相対位置を以下で明らかにすることができる。座標系の原点は半導体ウェハの中心であり、エッチングの際にこの中心を軸として回転させる。半導体ウェハの周縁部Ｒは中心から半径距離だけ離れており、半導体ウェハの円周を形成する。該周縁部Ｒは異形成形体を備えた半導体ウェハの縁部４の部分であり、該異形成形体は成形用工具、例えば異形成形研削盤(Profilschleifscheibe)を用いて、いわゆる縁部を丸みづけする工程において機械的に製造されたものである。中心から最も近くに存在する異形成形体の位置は、内側の異形成形体端部Ｅとして強調されている。半導体ウェハの縁部は、対称的又は非対称的に丸みづけされていてよい。本発明において、殊に重要な半導体ウェハの周縁領域は、殊に、半導体ウェハの表側の面２及び裏側の面３上において、半導体ウェハの中心からＲ−１ｍｍ〜Ｒ−６ｍｍの距離に存在する。

エッチングの際、有利に本質的にシリコンから成る半導体ウェハは液体エッチング剤の流れにさらされ、この場合この流れは一定の速度で、座標系中に示された半径方向に対して平行に、半導体ウェハの縁部へと流れる。エッチング剤として、アルカリ性のみならず酸性の反応性溶液もが該当する。しかしながら酸性の反応性溶液が有利であり、それというのも、酸性の反応性溶液により金属の不純物が半導体材料中にもたらされる危険が明らかにより低くなるからである。殊に有利なエッチング剤は、フッ化水素水溶液及び酸化作用を有する少なくとも１種の酸、殊に有利に硝酸、及び場合により他の添加物を含有する。エッチング除去を均一化するために、エッチング剤中に小気泡を分散させることも殊に有利である。これは、例えばＵＳ−５４５１２６７の記載に相応して実現することができる。

エッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部を、少なくとも部分的に、本発明による方法によりカバーすることができる。即ち、エッチング剤の流動方向に存在する半導体ウェハの円周の少なくとも一部をカバーする。しかしながら、エッチング剤の流動方向に存在する半導体ウェハの円周を完全に本発明による方法により完全にカバーする場合、半導体ウェハの側面の平坦性へのカバー作用は最大となる。従って、このことも殊に有利である。他方で、半導体ウェハの円周を、最低要求を超えて、部分的又は完全に、本発明による方法によりカバーすることも可能である。

図２から、半導体ウェハ１の周縁領域において、殊にＲ−１ｍｍ〜Ｒ−４ｍｍの領域において、高められた材料除去能を記録することができたことが見て取れる。それにより、該領域において、理想的な平坦面から多かれ少なかれ顕著なずれが生じ、この場合、表側の面及び裏側の面を成形する際の平坦性に関して、模範の意味でこの理想的な平坦面に近づけることが肝要である。このずれは引き続く研磨の際にも、単に限定された程度で除去できるに過ぎないため、このずれがエッチング後にできる限り小さいことが望ましい。

図３から明らかであるように、本発明による方法により、エッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部４を、エッチング剤の流動方向に対して垂直方向に、少なくともｄ＋１００μｍ（但しこの場合ｄは半導体ウェハの厚さである）の長さである距離に亘ってカバーすることが達成される。示された座標系に関連して、これは、半導体ウェハの縁部に到達する前に、エッチング剤が半径方向で半導体ウェハに流入するのを防ぐことを意味し、その際、座標系の垂直方向の阻止部は、少なくとも、半導体ウェハの厚さｄと１００μｍの距離との合計に相当する長さに亘って存在する。これを達成するために、例えばすでにＥＰ−１１１９０３１Ａ２に記載されている方法で、半導体ウェハの縁部４の前にシールド５を配置することが提案される。しかしながら、この公知技術水準とは異なり、該シールドが、半導体ウェハの厚さｄと１００μｍの距離との合計に相当する長さに亘ってエッチング剤の流れをブロックするという要求を満足させるような厚さを有しなければならないことに留意しなければならない。図３に示された一般的な概略図と一致する半導体ウェハとシ―ルドとの装置は殊に有利である。半導体ウェハ１の厚さｄは、半導体ウェハの表側の面２と裏側の面３との間の距離に相当する。異形成形体は内側の異形成形体端部Ｅから長さρに亘り半導体ウェハの周縁部Ｒまで延びている。シールド５は、半導体ウェハの縁部から最も遠くに存在する奥側の境界部と、半導体ウェハの縁部から最も近くに存在する境界部Ｓとを有する。境界部Ｓは内側の異形成形体端部Ｅから有利に１０ｍｍ以下の距離Δにある。奥側の境界部は、座標系の垂直方向に関連して示された横断面図に相応して、直線状又は丸みづけされていてよい。更に、シールド５の本体は、縦断面図に相応して均一な厚さｔ_ｍａｘを有する長方形の円周を有するか、又は線で陰影をつけて描かれたオプションに相応して１つ又は２つの境界部まで先細りとなるように形成されていてよい。先細り部の角度は、厚さｔ_ｍａｘと最小厚ｔ_ｍｉｎとの間で変動してよい。シールドは半径方向につけられたくぼみ６を境界部Ｓ上に有してよく、このくぼみ６はくぼみの底部Ｇへの深さγにまで達する。この特徴が存在する場合、半導体ウェハの縁部がくぼみ内に達するように、また例えば差Ｅ−Ｓがマイナスとなるように半導体ウェハ及びシールドの相対位置を選択することは殊に有利である。シールドの長さ、即ち境界部Ｓと奥側の境界部との間の距離は、有利に５〜２００ｍｍ、殊に有利に３０〜７０ｍｍである。

本発明によるエッチングされた半導体ウェハは、その側面が周縁領域においても殊に平坦である点で優れている。当然のことながら、これは後で行う半導体ウェハの研磨の成果にプラスに作用し、それというのも、半導体ウェハの平坦性がこれによりなお改善されるからである。後で行う研磨及び場合によりその前及びその後に行う洗浄工程を、公知技術水準に準拠して行う。半導体ウェハの少なくとも表側の面を少なくとも１回研磨する。研磨を片面研磨又は両面研磨として行うことができる。表側の面を片面研磨する場合、半導体ウェハを裏側の面を用いて支持盤上に固定、例えば接着する。両面研磨の場合、半導体ウェハは回転盤のくぼみ内で自由に可動である。周縁領域に存在する裏側の面の高い平坦性は、表側の面の研磨によって、この面上で周縁領域内まで極度に平坦である半導体ウェハが製造されることを保証する。側面の周縁領域においてより平坦でない、公知技術水準に準拠してエッチングされた半導体ウェハは、このような研磨成果をほとんど達成できず、それというのも、裏側の面の周縁領域内に局所的に存在するよりわずかな平坦性は表側の面上に移行し、そこでも理想的な平坦面からのずれを生じるからである。

表側の面を繰り返し研磨する場合、第一の研磨を除去研磨（ラフ研磨）として、及び仕上げ研磨を表面研磨（接触研磨(touch polishing)）として構成させることは合理的であり、この場合これらは本質的に、研磨の際に達成された材料除去能により区別され、その際、表面研磨は通常２μｍ又はそれ未満であり、除去研磨の際、１０μｍ及びそれを上回るまでであってよい。仕上げ研磨に付加的に、例えば表側の面にエピタキシー層を堆積させかつ／又は裏側の面に多結晶材料からなる層及び／又は酸化物層を塗布することにより、半導体ウェハを被覆することもできる。

特許の保護が請求された半導体ウェハを製造するための殊に有利な一連のプロセスには、単結晶の鋸断による半導体ウェハの分離、半導体ウェハの縁部の丸みづけ、場合により、片面研磨又は連続的もしくは同時両面研削として実施することができる半導体ウェハの研削、及び／又はラッピング、ウェットケミカルエッチング、場合により縁部研磨、並びに少なくとも１回行う半導体ウェハの研磨、プロセスの間に行う洗浄及び側面の仕上げ研磨に引き続き行う１回以上の被覆が含まれる。

比較例：
シリコンから成る複数の半導体ウェハを、ワイヤソーを用いて単結晶から鋸断し、洗浄し、縁部の丸みづけを行った。引き続き半導体ウェハを研削し、ラッピングし、気泡に富む酸性エッチング剤の浴中で、群ごとに順に交替させながらエッチングした。半導体ウェハの縁部を、エッチング剤が縁部に直接流入するのを防止するシールドによりその都度カバーした。半導体ウェハとそのシールドとの装置を図５に示す。この公知技術水準に属する比較例の場合、シールドは、厚さｔ_ｍａｘを有する長方形の横断面を有しており、この厚さｔ_ｍａｘは半導体ウェハの厚さｄに相当していた。

実施例１〜８：
比較例と同じタイプの半導体ウェハの別の群を同様の条件下でエッチングしたが、但し、使用したシールドが図３に示した一般的な実施態様と一致するように形成されていたという点で異なる。使用した具体的な実施態様を図６〜１２に示す。

以下の表に、比較例と実施例で使用した装置の本質的な特徴を示す：

エッチング工程に引き続き、半導体ウェハの全群を洗浄し、表側の面の片面研磨を行った。図４において、比較例及び実施例１〜３の半導体ウェハについて、周縁領域内の半導体ウェハの裏側の面の平坦性に関する試験の結果を線図で比較する。公知技術水準に準拠して処理した半導体ウェハが、裏側の面のＲ−６ｍｍとＲ−１ｍｍの間との領域内で、理想的な平坦面からの裏側の面の平坦性の最大のずれの基準である０．７μｍ以下を達成しなかったことは明らかである。

以下の表には、比較例及び実施例１、２及び３の半導体ウェハの局所的な平坦性の測定データ（容量測定法、ＡＤＥ９９００、Ｅ＋モード）を、ＳＦＱＲ９５％として示す。測定のベースとなるスクリーンは２２ｍｍ×２２ｍｍの面積を有する正方形（サイト（site））から成り、周縁スペースは１ｍｍであった。データは、本発明による方法を使用した場合、殊に平坦な半導体ウェハの明らかに改善された収量を見込むことができることを示す。このような半導体ウェハは、≦０．１μｍテクノロジーにおける使用に好適である。

縦断面図における半導体ウェハの断片を示す概略図。

半導体ウェハの周縁領域を理想的な平坦面と関連づけて示した概略図。

一般に実施された形で、半導体ウェハ及びシールドの本発明による装置を示す概略図。

比較例及び３つの実施例に関する線図を用いて、周縁領域における半導体ウェハの裏側の面の平坦性に対する本発明による作用を示す図。

半導体ウェハをエッチングする間の半導体ウェハ及びシールドの装置の実施態様を示す概略図（公知技術水準に属する）。

半導体ウェハをエッチングする間の半導体ウェハ及びシールドの装置の実施態様を示す概略図。

Claims

表側の面と裏側の面と周縁部Ｒとを有する研磨された半導体ウェハであって、該周縁部Ｒは半導体ウェハの中心から半径距離だけ離れており、かつ半導体ウェハの円周を形成し、かつ半導体ウェハの異形成形体を備えた縁部の部分である研磨された半導体ウェハにおいて、理想的な平坦面からの裏側の面の平坦性の最大のずれが、裏側の面のＲ−６ｍｍとＲ−１ｍｍとの間の領域において０．７μｍ以下であることを特徴とする、研磨された半導体ウェハ。
理想的な平坦面からの裏側の面の平坦性の最大のずれが、裏側の面のＲ−６ｍｍとＲ−１ｍｍとの間の領域内において０．５μｍ以下である、請求項１記載の半導体ウェハ。
表側の面がエピタキシー的に堆積された層から形成されている、請求項１又は２記載の半導体ウェハ。
液体エッチング剤を用いた半導体ウェハの少なくとも１つの処理と、半導体ウェハの少なくとも１つの表側の面の少なくとも１回の研磨とを含む、研磨された半導体ウェハの製造法であって、エッチング剤が処理の間に半導体ウェハの縁部に流入し、その際、エッチング剤が縁部に直接ぶつかることに対してエッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部を少なくとも部分的にカバーする、研磨された半導体ウェハの製造法において、半導体ウェハの厚さｄの方向に延びかつ少なくともｄ＋１００μｍの長さである距離に亘って半導体ウェハの縁部をカバーすることを特徴とする、研磨された半導体ウェハの製造法。
半導体ウェハとシールドとから成る装置であって、該シールドは半導体ウェハの縁部の前に配置されており、かつ縁部に流入する液体エッチング剤に対して半導体ウェハの縁部を少なくとも部分的にカバーする装置において、半導体ウェハの縁部は、内側の異形成形体端部Ｅから長さρに亘り半導体ウェハの周縁部Ｒまで延びている異形成形体を備えており、周縁部は半導体ウェハの中心から半径距離だけ離れており、かつ半導体ウェハの円周を形成しており、その際、該シールドは、内側の異形成形体端部Ｅまでの距離Δを有する半導体ウェハの縁部から最も近くに存在する境界部Ｓと、半導体ウェハの縁部から最も遠くに存在する境界部とを有しており、該シールドはエッチング剤が流れていく半導体ウェハの縁部を、半導体ウェハの厚さｄの方向に延びかつ少なくともｄ＋１００μｍの長さである距離に亘ってカバーしていることを特徴とする装置。
距離Δが最高で１０ｍｍである、請求項５記載の装置。
境界部Ｓが、くぼみの底部Ｇへの深さγにまで達するくぼみを有し、かつ半導体ウェハの縁部がくぼみ内へ達している、請求項５又は６記載の装置。
半導体ウェハの縁部から最も離れて存在するシールドの境界部が丸みづけされている、請求項５から７までのいずれか１項記載の装置。
シールドが、シールドの境界部の少なくとも１つが先細りとなるように形成された本体を有する、請求項５から８までのいずれか１項記載の装置。