JPH0680654B2 - シリコン半導体ウエーハのエッチング方法 - Google Patents
シリコン半導体ウエーハのエッチング方法Info
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- JPH0680654B2 JPH0680654B2 JP13510289A JP13510289A JPH0680654B2 JP H0680654 B2 JPH0680654 B2 JP H0680654B2 JP 13510289 A JP13510289 A JP 13510289A JP 13510289 A JP13510289 A JP 13510289A JP H0680654 B2 JPH0680654 B2 JP H0680654B2
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- Japan
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- silicon
- wafer
- etching
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シリコン半導体ウエーハ特に集積回路素子製
造のためのウエーハの化学エッチング方法に関する。
造のためのウエーハの化学エッチング方法に関する。
［従来の技術］ 前記シリコン半導体ウエーハは、シリコン単結晶を切断
して得た薄円板をラッピング、エッチング、ポリシング
の順に加工される。近年集積度が向上するにつれ、例え
ば超LSI用のウエーハには、きわめて高い形状精度が要
求されるようになった。
して得た薄円板をラッピング、エッチング、ポリシング
の順に加工される。近年集積度が向上するにつれ、例え
ば超LSI用のウエーハには、きわめて高い形状精度が要
求されるようになった。
ポリシング工程がいわゆるメカニカルケミカルポリシン
グで行われる場合、仕上げ鏡面上の加工傷を極力低減す
るために、アルカリ性水溶液に分散したサブミクロンの
シリカゾルを研摩剤とし、ウエーハを湿潤状態で軟質の
多孔性ウレタンフォーム上に軽荷重、例えば50〜100g/c
m2（ウエーハ）で研摩するので、該ポリシング工程前の
ウエーハ表面の形状精度が悪いと、それ以上の鏡面の形
状精度を期待することはできない。したがって高集積度
のウエーハでは、エッチング工程における面の形状精度
を高めることが強く要望されている。
グで行われる場合、仕上げ鏡面上の加工傷を極力低減す
るために、アルカリ性水溶液に分散したサブミクロンの
シリカゾルを研摩剤とし、ウエーハを湿潤状態で軟質の
多孔性ウレタンフォーム上に軽荷重、例えば50〜100g/c
m2（ウエーハ）で研摩するので、該ポリシング工程前の
ウエーハ表面の形状精度が悪いと、それ以上の鏡面の形
状精度を期待することはできない。したがって高集積度
のウエーハでは、エッチング工程における面の形状精度
を高めることが強く要望されている。
シリコンウエーハのエッチング面の形状精度を高めるに
は、種々の化学エッチング用混酸水溶液を用いたり、さ
らにこれに触媒を加える等の工夫がなされてきた。
は、種々の化学エッチング用混酸水溶液を用いたり、さ
らにこれに触媒を加える等の工夫がなされてきた。
また、B.Schwartz and H.Robbins “Chemical Etching
of Silicon IV .Etching Technology" J.Electrochem.
Soc.:SOLID-STATESCIENCE AND TECHNOLOGY,123,Vol.12
3,No.12,pp.1903-1909の中にもシリコンウエーハのエッ
チングについて述べられている。すなわち、弗酸、硝酸
と水または酢酸の稀釈混酸水溶液中のシリコンの溶解速
度とその反応機構及びその反応機構に関連してエッチン
グ対象の形状精度の観察結果が詳細に記載されている。
これによると、硝酸濃度が高いときは拡散律速、弗酸濃
度が高いときは表面反応律速であり、水及び酢酸はとも
に稀釈剤として働く。表面反応律速の条件では、マクロ
な形状精度は維持されるが、ミクロな形状精度すなわち
面粗さにおいて劣る。逆に拡散律速の条件では、ミクロ
な形状精度すなわち面の粗さは向上するが、マクロな形
状精度が劣化する。
of Silicon IV .Etching Technology" J.Electrochem.
Soc.:SOLID-STATESCIENCE AND TECHNOLOGY,123,Vol.12
3,No.12,pp.1903-1909の中にもシリコンウエーハのエッ
チングについて述べられている。すなわち、弗酸、硝酸
と水または酢酸の稀釈混酸水溶液中のシリコンの溶解速
度とその反応機構及びその反応機構に関連してエッチン
グ対象の形状精度の観察結果が詳細に記載されている。
これによると、硝酸濃度が高いときは拡散律速、弗酸濃
度が高いときは表面反応律速であり、水及び酢酸はとも
に稀釈剤として働く。表面反応律速の条件では、マクロ
な形状精度は維持されるが、ミクロな形状精度すなわち
面粗さにおいて劣る。逆に拡散律速の条件では、ミクロ
な形状精度すなわち面の粗さは向上するが、マクロな形
状精度が劣化する。
従来の半導体ウエーハは、拡散律速の条件で化学エッチ
ングされていた。例えば、弗酸（約50％）：硝酸（約70
％）：酢酸（約100％）＝3:5:3（容量比）がその代表的
なエッチング混酸である。拡散律速条件では、結晶表面
の方位、結晶欠陥等に反応速度は依存せず、結晶表面に
おける撹拌効果が主体的な効果をもつ。このため選択的
なエッチングが行われないので、シリコンウエーハ表面
の面粗さは平滑化し、少なくともミクロな形状精度が向
上する。しかしながら、エッチングが進行するにつれ
て、逆にシリコンウエーハ表面のマクロな形状精度の劣
化が進む。従来の半導体ウエーハの加工工程において
は、シリコンウエーハ表面のかかるマクロ、ミクロの形
状精度のバランスをはかり、いずれかの形状精度を犠牲
にし、エッチング条件を選ぶのが実状であった。
ングされていた。例えば、弗酸（約50％）：硝酸（約70
％）：酢酸（約100％）＝3:5:3（容量比）がその代表的
なエッチング混酸である。拡散律速条件では、結晶表面
の方位、結晶欠陥等に反応速度は依存せず、結晶表面に
おける撹拌効果が主体的な効果をもつ。このため選択的
なエッチングが行われないので、シリコンウエーハ表面
の面粗さは平滑化し、少なくともミクロな形状精度が向
上する。しかしながら、エッチングが進行するにつれ
て、逆にシリコンウエーハ表面のマクロな形状精度の劣
化が進む。従来の半導体ウエーハの加工工程において
は、シリコンウエーハ表面のかかるマクロ、ミクロの形
状精度のバランスをはかり、いずれかの形状精度を犠牲
にし、エッチング条件を選ぶのが実状であった。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明者らは、従来の平滑化エッチング混酸例えば前述
の弗酸（約50％）：硝酸（約70％）：酢酸（約100％）
＝3:5:3（容量比）等の混酸の組成を種々に変えなが
ら、シリコンウエーハ表面のエッチング後のマクロ及び
ミクロの形状精度を測定し、マクロの形状精度を劣化さ
せずに、ミクロのそれを効果的に向上せしめる条件を検
討したが、成功しなかった。そこでミクロの形状精度を
詳細に検討したところ、表面粗さは、大小２種のピッチ
からなる粗さで構成され、これらの山、谷の高低もエッ
チング液の組成の影響を受けるが、従来方法では、小さ
なピッチの表面粗さは良くなっても大きなピッチの表面
粗さの改善は困難であった。
の弗酸（約50％）：硝酸（約70％）：酢酸（約100％）
＝3:5:3（容量比）等の混酸の組成を種々に変えなが
ら、シリコンウエーハ表面のエッチング後のマクロ及び
ミクロの形状精度を測定し、マクロの形状精度を劣化さ
せずに、ミクロのそれを効果的に向上せしめる条件を検
討したが、成功しなかった。そこでミクロの形状精度を
詳細に検討したところ、表面粗さは、大小２種のピッチ
からなる粗さで構成され、これらの山、谷の高低もエッ
チング液の組成の影響を受けるが、従来方法では、小さ
なピッチの表面粗さは良くなっても大きなピッチの表面
粗さの改善は困難であった。
かかる知見のもとに、本発明者らは混酸中の水分に特に
注目し、通常の硝酸（約70％）の代わりに、水分の少な
い発煙硝酸にシリコンを溶解させたものを使って上述の
方法でシリコンウエーハのエッチングを行ったところ、
驚くべきことにマクロな形状精度の劣化が少なく、また
ミクロな形状精度においても大きなピッチの面粗さが向
上し、もちろん小さなピッチの面粗さについても、所期
の粗さを得ることができることを発見し、本発明に到達
した。
注目し、通常の硝酸（約70％）の代わりに、水分の少な
い発煙硝酸にシリコンを溶解させたものを使って上述の
方法でシリコンウエーハのエッチングを行ったところ、
驚くべきことにマクロな形状精度の劣化が少なく、また
ミクロな形状精度においても大きなピッチの面粗さが向
上し、もちろん小さなピッチの面粗さについても、所期
の粗さを得ることができることを発見し、本発明に到達
した。
［課題を解決するための手段］ 本発明の目的は、シリコン半導体ウエーハのエッチング
工程において、エッチング液の組成に注目し、マクロな
形状精度を犠牲にせず、平滑度の勝れたシリコンウエー
ハを得、次のポリッシング工程で特にマクロに形状精度
の勝れた鏡面が容易に得られるエッチング方法を提供す
ることにある。
工程において、エッチング液の組成に注目し、マクロな
形状精度を犠牲にせず、平滑度の勝れたシリコンウエー
ハを得、次のポリッシング工程で特にマクロに形状精度
の勝れた鏡面が容易に得られるエッチング方法を提供す
ることにある。
本発明の方法は、シリコン半導体ウエーハの中間製品で
ある例えばシリコンラップウエーハを、HF/HNO3＝0.25
〜1.00、HF＋HNO3/CH3COOH＝1.5〜5.0、HF＋HNO3/H2O＝
３〜９（いずれも重量比）の組成の弗酸、硝酸、酢酸及
び水の４成分からなる混酸に、該混酸に11〜17g/lのシ
リコンを溶解したエッチング液で、所要時間エッチング
するもので、これにより、該ウエーハのマクロな面精度
を劣化せずに、効果的にミクロな面精度を向上したシリ
コンエッチングウエーハを得ることができる。
ある例えばシリコンラップウエーハを、HF/HNO3＝0.25
〜1.00、HF＋HNO3/CH3COOH＝1.5〜5.0、HF＋HNO3/H2O＝
３〜９（いずれも重量比）の組成の弗酸、硝酸、酢酸及
び水の４成分からなる混酸に、該混酸に11〜17g/lのシ
リコンを溶解したエッチング液で、所要時間エッチング
するもので、これにより、該ウエーハのマクロな面精度
を劣化せずに、効果的にミクロな面精度を向上したシリ
コンエッチングウエーハを得ることができる。
［作用］ 本発明の方法の実施においては、エッチング液の組成
は、拡散律速領域にあると考えて良いことが確かめられ
ており、シリコン半導体ウエーハの中間体例えばラップ
ウエーハのエッチング液が、その液組成全体及び該ウエ
ーハの表面近傍において充分に撹拌されることが重要で
ある。
は、拡散律速領域にあると考えて良いことが確かめられ
ており、シリコン半導体ウエーハの中間体例えばラップ
ウエーハのエッチング液が、その液組成全体及び該ウエ
ーハの表面近傍において充分に撹拌されることが重要で
ある。
本発明における混酸中のシリコン溶解量の調節は、まず
弗酸、硝酸、酢酸及び水よりなる混酸を調製し、これに
本発明のシリコン溶解量の下限量のシリコンを溶解して
行う。以後、シリコンウエーハのエッチングが進行し、
同一液が繰返し使われる場合は、一部を除去し、新鮮な
混酸で置換する必要があり、これは循環系を使って連続
的に行うこともできる。実施例では、シリコンウエーハ
のエッチングの際のシリコン溶解の増加は無視できた。
工業的に行う場合には弗酸、硝酸もエッチングの進行に
より消費されるので、溶解シリコン量と同様に調節され
なければならない。
弗酸、硝酸、酢酸及び水よりなる混酸を調製し、これに
本発明のシリコン溶解量の下限量のシリコンを溶解して
行う。以後、シリコンウエーハのエッチングが進行し、
同一液が繰返し使われる場合は、一部を除去し、新鮮な
混酸で置換する必要があり、これは循環系を使って連続
的に行うこともできる。実施例では、シリコンウエーハ
のエッチングの際のシリコン溶解の増加は無視できた。
工業的に行う場合には弗酸、硝酸もエッチングの進行に
より消費されるので、溶解シリコン量と同様に調節され
なければならない。
本発明の方法におけるェッチング液は、弗酸、硝酸、酢
酸及び水の４成分からなる混酸において、その中に溶解
されているシリコンが該混酸１に対し11〜17gの範囲
内のある値のものであり、またその混酸組成が、 …HF/HNO3＝0.25〜1.00、 …HF＋HNO3/CH3COOH＝1.5〜5.0、 …HF＋HNO3/H2O＝３〜９ （いずれも重量比） である限り、シリコンウエーハはエッチング後におい
て、マクロ及びミクロな形状精度において勝れている。
酢酸及び水は稀釈剤であるので、上記、式の比率が
それぞれ1.5及び３以下になるとエッチング速度が低下
する。
酸及び水の４成分からなる混酸において、その中に溶解
されているシリコンが該混酸１に対し11〜17gの範囲
内のある値のものであり、またその混酸組成が、 …HF/HNO3＝0.25〜1.00、 …HF＋HNO3/CH3COOH＝1.5〜5.0、 …HF＋HNO3/H2O＝３〜９ （いずれも重量比） である限り、シリコンウエーハはエッチング後におい
て、マクロ及びミクロな形状精度において勝れている。
酢酸及び水は稀釈剤であるので、上記、式の比率が
それぞれ1.5及び３以下になるとエッチング速度が低下
する。
シリコン溶解量は大きくなるにつれて、ミクロな形状精
度のうち小さなピッチの面粗さが悪くなるが、マクロ及
びミクロな形状精度のうち大きなピッチの面粗さは、逆
に改善されるという傾向にある。したがってシリコン溶
解量にはある特定の好適範囲があって、それは約10g/l
から18g/lの間である。ミクロな形状精度のうち小ピッ
チの面粗さは、13g/l以下でほぼ一定となり、マクロな
形状精度及びミクロな形状精度のうち大ピッチの面粗さ
は10g/l以上でほぼ一定となるので、最適なシリコンの
溶解量は12.5g/l近傍にあるとみることができる。しか
し、シリコン溶解量が11〜17g/lの間にある限り、従来
のエッチング方法よりも、総体的に形状精度の勝れたウ
エーハを得ることができる。
度のうち小さなピッチの面粗さが悪くなるが、マクロ及
びミクロな形状精度のうち大きなピッチの面粗さは、逆
に改善されるという傾向にある。したがってシリコン溶
解量にはある特定の好適範囲があって、それは約10g/l
から18g/lの間である。ミクロな形状精度のうち小ピッ
チの面粗さは、13g/l以下でほぼ一定となり、マクロな
形状精度及びミクロな形状精度のうち大ピッチの面粗さ
は10g/l以上でほぼ一定となるので、最適なシリコンの
溶解量は12.5g/l近傍にあるとみることができる。しか
し、シリコン溶解量が11〜17g/lの間にある限り、従来
のエッチング方法よりも、総体的に形状精度の勝れたウ
エーハを得ることができる。
本発明の方法でエッチングされたシリコンウエーハをポ
リシング工程に用いれば、良好な形状面精度の鏡面を効
率的に達成し得る。これは特にミクロな形状の大ピッチ
面粗さが良好に制御されていることにより、ポリシング
工程での研摩量が少なくて所望の鏡面加工が可能になる
ためである。
リシング工程に用いれば、良好な形状面精度の鏡面を効
率的に達成し得る。これは特にミクロな形状の大ピッチ
面粗さが良好に制御されていることにより、ポリシング
工程での研摩量が少なくて所望の鏡面加工が可能になる
ためである。
これに対して、従来方法によってエッチングされたシリ
コンウエーハは、ミクロな形状精度のうち大きなピッチ
の面粗さが良くないので、ポリシング工程後の研摩面に
みられた面粗さがほとんどそのまま残存する。
コンウエーハは、ミクロな形状精度のうち大きなピッチ
の面粗さが良くないので、ポリシング工程後の研摩面に
みられた面粗さがほとんどそのまま残存する。
［実施例］ 直径４″ｎ型約10Ωcmのシリコン単結晶をスライスして
ウエーハをつくり、これを♯1200のアランダム砥粒によ
って両面ラップし、片側30μｍを除去して得た厚さ約40
0μｍのラップウエーハを洗浄乾燥した。つぎに第１図
に示すように、テフロン製ビーカー（500cc）１中にエ
ッチング液２を入れ、液のほぼ中央にラップウエーハ３
を直立保持し、液全体をビーカー底部の磁石回転子４で
撹拌し液流５を生じさせてエッチングを行い、片面より
38〜42μｍエッチオフし、ウエーハの形状精度を測定し
た。シリコンウエーハはエッチングすると、その断面形
状は周縁において角がエッチオフされ、第２図に示すよ
うに、丸みを帯びていわゆるダレを生ずる。
ウエーハをつくり、これを♯1200のアランダム砥粒によ
って両面ラップし、片側30μｍを除去して得た厚さ約40
0μｍのラップウエーハを洗浄乾燥した。つぎに第１図
に示すように、テフロン製ビーカー（500cc）１中にエ
ッチング液２を入れ、液のほぼ中央にラップウエーハ３
を直立保持し、液全体をビーカー底部の磁石回転子４で
撹拌し液流５を生じさせてエッチングを行い、片面より
38〜42μｍエッチオフし、ウエーハの形状精度を測定し
た。シリコンウエーハはエッチングすると、その断面形
状は周縁において角がエッチオフされ、第２図に示すよ
うに、丸みを帯びていわゆるダレを生ずる。
第２図（ａ）の６は、ラップウエーハを示し、第２図
（ｂ）の７はエッチウエーハを示す。エッチウエーハ周
縁の丸みを帯び始めた点Ａと周縁の最外側Ｂとの半径方
向の距離Ｌをダレと定義する。
（ｂ）の７はエッチウエーハを示す。エッチウエーハ周
縁の丸みを帯び始めた点Ａと周縁の最外側Ｂとの半径方
向の距離Ｌをダレと定義する。
つぎに、ミクロな形状精度は、触針式表面粗さ測定器
（小坂表面粗さ計SE-3F）を用い、これから得られる粗
さRaをもって小さなピッチの面粗さを表現し、さらに瀘
波最大うねりWCMをもって大きな面粗さ（通常うねりと
いわれる）を表すこととした。このRaとWCMの関係は、
第３図のとおりである。
（小坂表面粗さ計SE-3F）を用い、これから得られる粗
さRaをもって小さなピッチの面粗さを表現し、さらに瀘
波最大うねりWCMをもって大きな面粗さ（通常うねりと
いわれる）を表すこととした。このRaとWCMの関係は、
第３図のとおりである。
第３図の（１）の部分は小さなピッチの、（２）の部分
は大きなピッチの山と谷の状況を示す。図中のRmaxとW
CMはそれぞれ小さなピッチと大きなビッチの山と谷の距
離の最大値である。小さなピッチの山と谷のプロファイ
ルの平均高さに対する、山または谷との距離のいずれか
の最大値の比を別にRaとして表現する。
は大きなピッチの山と谷の状況を示す。図中のRmaxとW
CMはそれぞれ小さなピッチと大きなビッチの山と谷の距
離の最大値である。小さなピッチの山と谷のプロファイ
ルの平均高さに対する、山または谷との距離のいずれか
の最大値の比を別にRaとして表現する。
第１表は、本発明と従来の方法における各種組成のエッ
チング液によってエッチングしたときの形状精度を一覧
表にしたものである。
チング液によってエッチングしたときの形状精度を一覧
表にしたものである。
本発明の方法によればL,WCM及びRaがすべて従来方法の
ものより小さい。従来方法の中にはRaが本発明のRaに近
くなる場合もあるが、ＬとWCMは大きい。またシリコン
の溶解量が本発明の方法の範囲を越えて大きい場合に、
従来方法でも本発明の方法に近い形状精度を示すが、特
にWCM、Raでは満足できない。Raが大きいと表面の光沢
度が失われるので目視で判別できる。
ものより小さい。従来方法の中にはRaが本発明のRaに近
くなる場合もあるが、ＬとWCMは大きい。またシリコン
の溶解量が本発明の方法の範囲を越えて大きい場合に、
従来方法でも本発明の方法に近い形状精度を示すが、特
にWCM、Raでは満足できない。Raが大きいと表面の光沢
度が失われるので目視で判別できる。
［発明の効果］ 本発明の方法は、従来のエッチング液の組成比の中で水
分を小さい領域に、シリコンの溶解量をある範囲に制限
した点に特徴があり、エッチウエーハのミクロ及びマク
ロの形状精度に勝れ、後のポリシング工程を容易にし、
総体的には経済的でかつ形状精度の勝れた鏡面シリコン
半導体ウエーハを製造するに適したエッチウエーハを提
供することができる。
分を小さい領域に、シリコンの溶解量をある範囲に制限
した点に特徴があり、エッチウエーハのミクロ及びマク
ロの形状精度に勝れ、後のポリシング工程を容易にし、
総体的には経済的でかつ形状精度の勝れた鏡面シリコン
半導体ウエーハを製造するに適したエッチウエーハを提
供することができる。
【図面の簡単な説明】 第１図は実施例におけるエッチング装置の縦断面図、第
２図（ａ）はラップウエーハ、（ｂ）はエッチウエーハ
の側面図、第３図はエッチウエーハの大、小ピッチの面
粗さの説明図である。 １……ビーカー、２……エッチング液、 ３……ラップウエーハ、４……磁石回転子、 ５……液流、６……ラップウエーハ、 ７……エッチウエーハ。
２図（ａ）はラップウエーハ、（ｂ）はエッチウエーハ
の側面図、第３図はエッチウエーハの大、小ピッチの面
粗さの説明図である。 １……ビーカー、２……エッチング液、 ３……ラップウエーハ、４……磁石回転子、 ５……液流、６……ラップウエーハ、 ７……エッチウエーハ。
Claims (1)
- 【請求項１】HF/HNO3＝0.25〜1.00、HF＋HNO3/CH3COOH
＝1.5〜5.0、HF＋HNO3/H2O＝３〜９（いずれも重量比）
の組成を有する混酸に11〜17g/lのシリコンを溶解した
エッチング液を用いることを特徴とするシリコン半導体
ウエーハのエッチング方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13510289A JPH0680654B2 (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | シリコン半導体ウエーハのエッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13510289A JPH0680654B2 (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | シリコン半導体ウエーハのエッチング方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH031537A JPH031537A (ja) | 1991-01-08 |
| JPH0680654B2 true JPH0680654B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=15143887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13510289A Expired - Lifetime JPH0680654B2 (ja) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | シリコン半導体ウエーハのエッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680654B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05304134A (ja) * | 1992-04-27 | 1993-11-16 | Sharp Corp | ウエットエッチング方法及び装置 |
| JP2001250807A (ja) | 1999-12-28 | 2001-09-14 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | エッチング液、エッチング方法及び半導体シリコンウェーハ |
| US7332437B2 (en) | 2000-06-29 | 2008-02-19 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Method for processing semiconductor wafer and semiconductor wafer |
| JP3406283B2 (ja) | 2000-08-11 | 2003-05-12 | 本田技研工業株式会社 | 無段変速機用ベルト |
-
1989
- 1989-05-29 JP JP13510289A patent/JPH0680654B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH031537A (ja) | 1991-01-08 |
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