(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの片面の部分研磨方法であって、回転可能な研磨ヘッドを用いて半導体ウェハをその研磨されるべき側の表面で、回転する研磨板上に位置し且つ固く結合された砥粒を含有する研磨パッドに押しつけ、その際、研磨ヘッドは弾力性のあるメンブレンと共に提供され、且つガスまたは液体のクッションによる複数の室に同心円状に細分化され、且つ、及ぼされる研磨圧力をそれぞれの室について異なって選択でき、この間、半導体ウェハは、同様に研磨パッドに適用圧力で押しつけられたリテーナーリングによって所定の位置に保持されている部分研磨方法において、研磨剤が半導体ウェハと研磨パッドとの間に導入され、且つ、半導体ウェハのエッジ領域に位置する室において半導体ウェハ上に及ぼされる研磨ヘッドの研磨圧力、およびリテーナーリングの適用圧力が、半導体ウェハのエッジ部でのみ材料が除去されるように選択される、部分研磨方法。
【請求項２】
研磨剤溶液が、化合物の炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）またはそれらの任意の混
合物の水溶液である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
研磨剤溶液のｐＨが、１１．０〜１２．５であり、且つ、該研磨剤溶液中での前記の化合物の割合が０．０１〜１０質量％である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
使用される研磨パッドが、元素のセリウム、アルミニウム、シリコンまたはジルコニウムの酸化物の粒子、またはシリコンカーバイド、ホウ素窒化物またはダイヤモンドの粒子から選択される砥粒物質を含有する、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
研磨パッドが粒径０．１〜１．０μｍを有する砥粒を含有する、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
研磨パッドが粒径０．１〜０．６μｍを有する砥粒を含有する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
研磨パッドが粒径０．１〜０．２５μｍを有する砥粒を含有する、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
リテーナーリングの適用圧力が０．５〜１０ｐｓｉである、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
外側の室における圧力が、内側の室における圧力よりも高い、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
半導体ウェハが、直径３００ｍｍ以上の単結晶シリコンウェハまたはＳｉＧｅ層を含むウェハである、請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェハの部分研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハは通常、シリコンウェハ、層構造を有する基板、例えばシリコンからもたらされるＳｉＧｅ（シリコン−ゲルマニウム）、またはＳＯＩ、ＳＧＯＩまたはＧｅＯＩウェハである。それらの半導体ウェハ、特にＳＯＩおよびＳｉＧｅウェハは、最も要求の厳しい用途、特に最先端マイクロプロセッサの製造用に意図されている。
【０００３】
ＳＯＩウェハ（"ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ"）は一般にシリコンウェハをいわゆる"ドナーウェハ"から支持ウェハ（"ハンドルウェハ"またはベースウェハ）へ移設することによって製造される。シリコンウェハを移設することによるＳＯＩウェハの製造方法は、例えば名称Ｓｍａｒｔ  Ｃｕｔ（登録商標）（ＥＰ５３３５５１号Ａ１）またはＧｅｎｅｓｉｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓ（登録商標）によって知られている。他の方法はＷＯ０３／００３４３０号Ａ２内に記載されている。ＳＯＩウェハは、支持ウェハと、それに接続され且つ電子素子の製造が意図されている、いわゆる活性層を意味するシリコン被覆層（"最上層"または"デバイス層"）とを含む。支持ウェハ全体が電気絶縁性の材料、例えばガラスまたはサファイヤからなるか、あるいはシリコン被覆層が電気絶縁性の中間層、例えばシリコン酸化物からなる中間層を介して支持ウェハに接続されている（この場合、該中間層は"埋込み酸化物層"、ＢＯＸとして示される）かのいずれかである。後者の場合、支持ウェハは絶縁体である必要はなく、且つ、それは例えば半導体ウェハ、好ましくはシリコンウェハであってよい。
【０００４】
先行技術において、上述の移設法の他に、ＳＯＩ（"ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ"）構造をいわゆるＳＩＭＯＸ（"酸素のイオン注入による分離"）法を用いて通常通りに製造することもできる。ＳＩＭＯＸ法においては、酸素を高ドーズでシリコン基板中に注入し、引き続きそれを高温（＞１２００℃）で熱処理および酸化して、シリコン基板中に埋め込まれた酸化物層を生成させる。
【０００５】
同様に、ＳＩＭＯＸおよび層移設法は、ＳＧＯＩ（"ｓｉｌｉｃｏｎ／ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ"）および／またはＧｅＯＩ（"ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ"）構造の製造にも適している。
【０００６】
高い割合のゲルマニウムを有するＳｉＧｅ層は、仮想基板としても示され、とりわけ二軸歪みシリコンの製造のために用いられる。シリコンの格子の歪みは、電荷キャリアの移動度の増加をみちびき、且つ特に、歪みのないシリコンチャネルを有するものより良好な性能を有して利用可能なＣＭＯＳ素子を製造するために使用される。
【０００７】
仮想基板は原則として、単結晶シリコン基板、例えばシリコン半導体基板上に直接的に堆積されてよい。しかしながら、この手順によって、欠陥、例えば不整合転位およびらせん転位が多数形成される。貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）およびそれらの蓄積（"パイルアップ"）は、仮想基板表面、およびその仮想基板上に堆積されたシリコンの歪み層表面にも広がる。従って、らせん転位の密度およびそれらのパイルアップを制限する方法を見出す試みがなされてきた。かかる制限は、ゲルマニウムの原子分率が線形に上昇する（"線形勾配"）か、または段階的に上昇する（"テラス勾配"）、勾配をつけたＳｉＧｅバッファ層を始めに堆積させることによって達成できる。一定のゲルマニウム含有率を有するＳｉＧｅ層が最終的にＳｉＧｅバッファ層の上に堆積され、且つ、緩和された状態で仮想基板を形成する。
【０００８】
ここで記載される半導体ウェハは、それらの形状の点で最も厳しい要求も満たさなければならない。
【０００９】
本質的に、前記の要求は、年刊で提示される国際的に合意された"半導体技術ロードマップ"（ＩＴＲＳ）によって示される。例えば、形状、平坦性、ナノトポグラフィー等における要求が増大する２２ｎｍ技術が現在開発中である。それぞれの場合、次世代の技術の目標（２２ｎｍ技術の後は１６ｎｍの設計ルールが続くであろう）は、より高いスイッチング速度、より高いクロックレート、および、微細電子素子のより高い集積密度である。
【００１０】
製造方法はそれらの増大した要求に合わせる必要があり、従って全てのウェハ製造工程はそれ相応に適合し、且つしばしば他の新しい方法によって置き換えられなければならない。
【００１１】
将来的に非常に重要になることが予想されているＳｉＧｅおよびＳＯＩウェハは、本発明が取り組むさらなる問題を内含している。
【００１２】
上述の層移設法において、用いられるドナーウェハは通常、再利用可能であるべきである。しかしながら、ドナーウェハの分離後、段差がウェハエッジ部で見出され、それはウェハを再利用する前に（シリコンウェハを移設するために）除去されていなければならない。
【００１３】
ＳｉＧｅ技術においては、裏面上をヘビードープされたＳｉＧｅで覆われたウェハの前面上にＳｉＧｅがあるという問題も生じる。エピタキシャル層を堆積する際、しばしば被覆されない側の上にも材料が堆積される。これはＳｉウェハ上のエピタキシャルＳｉ層の通常の堆積の間にも生じることがあり、この場合、エッジ部での肥厚化として観察される。
【００１４】
さらには、多くの半導体ウェハは、凹型または凸型に研磨された形態で存在する。ここで述べられることのできる一例は、ウェハの内側またはウェハ中心部よりもエッジ部が厚いウェハである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＥＰ５３３５５１号Ａ１
【特許文献２】ＷＯ０３／００３４３０号Ａ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
記載された場合において、それらのエッジ部の段差、エッジ領域における望ましくない被覆物、またはエッジ領域における望ましくない厚さの増加を除去することが望ましい。
【００１７】
これが本発明の課題を表す。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本課題は、半導体ウェハの片面の部分研磨方法であって、回転可能な研磨ヘッドを用いて半導体ウェハをその研磨されるべき側の表面で、回転する研磨板上に位置し且つ固く結合された砥粒を含有する研磨パッドに押しつけ、その際、研磨ヘッドは弾力性のあるメンブレンと共に提供され、且つガスまたは液体のクッションによる複数の室内に放射状に細分化され、且つ、及ぼされる研磨圧力をそれぞれの室について異なって選択でき、この間、半導体ウェハは、同様に研磨パッドに適用圧力で押しつけられたリテーナーリングによって所定の位置に保持されている部分研磨方法において、研磨剤が半導体ウェハと研磨パッドとの間に導入され、且つ、半導体ウェハのエッジ領域に位置する室において半導体ウェハ上に及ぼされる研磨ヘッドの研磨圧力、およびリテーナーリングの適用圧力が、本質的に半導体ウェハのエッジ部でのみ材料が除去されるように選択される部分研磨方法によって解決される。
【００１９】
基本的に、"研磨ヘッド"を用いて、半導体ウェハをその研磨される側の表面で、研磨板上に位置している研磨パッドに押しつける。
【００２０】
研磨板は、基板を側方で囲み且つ研磨の間に基板が研磨ヘッドを滑り落ちるのを防ぐ"リテーナーリング"も含む。従って、研磨の間に生じる横方向の力によってウェハが研磨ヘッドから滑り落ちるのを防ぐために、かかるリテーナーリングによってウェハは所定の位置に保持されている。それらの装置は様々な特許内に記載されている（ＵＳ６２９３８５０号Ｂ１；  ＵＳ６０３３２９２号；  ＥＰ１０２９６３３号Ａ１；  ＵＳ５９４４５９０号）。本発明の方法においては、リテーナーリングを同様に、研磨パッド上に多かれ少なかれ固く押しつける。
【００２１】
ここで使用される研磨ヘッド（取り付け台）において、研磨パッドに面していない側の半導体ウェハの表面が、及ぼされる研磨圧力を伝搬させる弾力性のあるメンブレンを支えている。該メンブレンは、好ましくはガスまたは液体のクッションによって形成される５つのゾーンに細分化された室系の構成要素である。
【００２２】
圧力室は好ましくは同心円状あるいは区分けされて配置され、且つ、特定の圧力を互いに独立してそれらに適用できる。最終的に、研磨圧力は、加圧された圧力室の弾力性を有する表面を通じて、支持板の裏面上に伝搬される。
【００２３】
好ましくは、研磨圧力は、同心円状に配置された圧力室を用いて、半導体ウェハの直径にわたる同心円で制御される。この方法において、定められた研磨圧力を、特に研磨される半導体ウェハのエッジ部での放射状の小区域に適用できる。
【００２４】
取り付け台は、外側から内に向かって、リングの幅によってそれぞれ減少された半径を有する、輪型の同心円状に配置された圧力室を含有する。該リングの幅は好ましくは１〜１００ｍｍ、および特に好ましくは１０〜５０ｍｍである。
【００２５】
好ましくは、保持板の表面全体が、かかる圧力室によって占有される。
【００２６】
研磨剤を基板と研磨パッドとの間に供給し、且つ、研磨ヘッドおよび研磨板を回転させながら、基板の研磨を実施する。
【００２７】
さらには、研磨パッド表面のより幅広い使用を達成するように、研磨ヘッドが平行移動で研磨パッド上を移動してもよい。
【００２８】
本発明による方法において、研磨パッド中に結合された砥粒物質を含有する研磨パッドを使用する（ＦＡＰまたはＦＡパッド）。
【００２９】
適した砥粒物質は、好ましくは元素のセリウム、アルミニウム、シリコンまたはジルコニウムの酸化物の粒子、または硬質物質、例えばシリコンカーバイド、ホウ素窒化物およびダイヤモンドの粒子を含み、相応する研磨パッドは例えばＵＳ６６０２１１７号Ｂ１内に記載される。
【００３０】
粒径は好ましくは０．１〜１．０μｍ、特に好ましくは０．１〜０．６μｍ、およびより特に好ましくは０．１〜０．２５μｍである。
【００３１】
特に適した研磨パッドは、複製された微細構造によって付与された表面トポグラフィーを有する。それらの微細構造（"支柱"）は、例えば円筒形または多角形の断面を有する柱の形、または角錐または角錐台の形を有する。
【００３２】
かかる研磨パッドのさらなる記載は、例えばＷＯ９２／１３６８０号Ａ１およびＵＳ２００５／２２７５９０号Ａ１内に包含されている。
【００３３】
本発明による方法を、シングルプレート式研磨機およびマルチプレート式研磨機上で同様に良好に実施できる。
【００３４】
好ましくは２つ、より特に好ましくは３つの研磨板および研磨ヘッドを有するマルチプレート式研磨機を使用することが好ましい。
【００３５】
Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ社製のＡＭＡＴ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎマルチプレート式研磨機が特によく適している。
【００３６】
本発明に不可欠なのは、研磨機が種々のゾーン内で取り付け台の圧力プロファイルを種々に調節することを可能にすることである。これは、種々に調節された圧力プロファイルを有する５つのゾーンのメンブレン取り付け台を含むＡＭＡＴ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎの場合に当てはまる。
【００３７】
本発明はエッジ領域のみに作用する、部分的に限定された研磨を記載する。このために、接触し、切り離されないリテーナーリングを有する５つのゾーンのメンブレン取り付け台を、固く結合された砥粒を含有する研磨パッドと一緒に使用する。
【００３８】
本発明は、結合された砥粒に基づく、部分的に作用する超微細粉砕法にも関する。所望の部分的に限定された除去を、非常に硬いＦＡＰパッド（研磨パッドまたは粉砕パッド）と一緒に、メンブレン取り付け台の相応する加圧によってのみ達成できる。逆に、ＣＭＰで使用されるような柔らかい研磨パッドを用いれば、取り付け台の適切な圧力プロファイルを設定した場合であっても、本発明は成功しないであろう。
【００３９】
本発明は半導体ウェハの外側のエッジ領域を部分的に研磨することを可能にし、且つ、特に３００ｍｍ以上の直径を有する半導体ウェハ、特に４５０ｍｍの直径を有する半導体ウェハに対して有利である。本発明を通常の研磨装置上で実行できる。本発明を実施するために市販の研磨機を改造、あるいはさらなる装置を提供する必要はない。
【実施例】
【００４０】
ＡＭＡＴ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ型の研磨機を本実施例のために使用した。
【００４１】
研磨パッドとしては、固く結合されたセリウム酸化物粒子（粒径０．２μｍ）を有する研磨パッドを使用した。
【００４２】
エッジ部の段差を有する直径３００ｍｍを有するＳｉＧｅウェハを本発明に従って処理した。
【００４３】
以下の研磨パラメータが、例えばエッジ部の段差を除去するために、半導体ウェハのエッジ部で増加した材料除去を達成するために適している：
実施例１：
研磨剤：  アルカリ溶液  Ｋ2ＣＯ3  ０．２質量％；
研磨剤の容積流量：  ０．５ｌ／分；
板回転速度：  １１９ｒｐｍ；
取り付け台回転速度：  １２３ｒｐｍ；
リテーナーリング適用圧力：  ０．８ｐｓｉ；
メンブレンゾーン１〜５の圧力プロファイル：  ０．１−−０．１−−０．１−−０．１−−５［ｐｓｉ］。
【００４４】
実施例２：
研磨剤：  アルカリ溶液  Ｋ2ＣＯ3  ０．２質量％；
研磨剤の容積流量：  ０．５ｌ／分；
板回転速度：  １１９ｒｐｍ；
取り付け台回転速度：  １２３ｒｐｍ；
リテーナーリング適用圧力：  ４．７ｐｓｉ；
メンブレンゾーン１〜５の圧力プロファイル：  １−−２−−２−−２−−６［ｐｓｉ］。
【００４５】
実施例３：
研磨剤：  アルカリ溶液  Ｋ2ＣＯ3  ０．２質量％；
研磨剤の容積流量：  ０．５ｌ／分；
板回転速度：  １１９ｒｐｍ；
取り付け台回転速度：  １２３ｒｐｍ；
リテーナーリング適用圧力：  ６．１ｐｓｉ；
メンブレンゾーン１〜５の圧力プロファイル：  １．５−−２−−３−−３−−３．５［ｐｓｉ］。
【００４６】
ゾーン１〜５は内側から外への同心円に相当する：ゾーン１＝最も内側のゾーン、ゾーン５  外側のゾーン（エッジ領域）。
【００４７】
リテーナーリング適用圧力は、本発明による方法においては好ましくは０．５〜１０ｐｓｉである。
【００４８】
室５（ゾーン５）内の圧力は、本発明による方法においては好ましくは常にゾーン１〜４よりも高い。
【００４９】
３つ全ての実施例において、同一の研磨剤および該研磨剤の同一の容積流量が使用された。
【００５０】
実施例１においては、０．８ｐｓｉの低いリテーナー適用圧力を選択した一方、取り付け台のゾーン５における研磨圧力５ｐｓｉは、ゾーン１〜４内よりも非常に高くなるように選択した。
【００５１】
実施例２および３はより高いリテーナー適用圧力を使用するが、ゾーン５と４つの内側のゾーンとの間での圧力差があまり顕著ではない。
【００５２】
実施例２および３は、実施例１よりも広くされる半導体ウェハの最も外側のエッジ部で非常に顕著で鋭い材料除去をもたらす。
【００５３】
材料を半導体ウェハの外側のエッジ部でのみ除去することを意図している場合、１．５ｐｓｉ以下の低いリテーナー適用圧力と、内側のゾーンに対して著しく増加されたゾーン５内での研磨圧力との組み合わせが好ましい。
【００５４】
材料除去をより広くする、即ちウェハエッジ部のより広い領域に及ぶことを意図している場合、４ｐｓｉ以上の高いリテーナー圧力を選択することが好ましい。
【００５５】
予めエッジ部の段差を有していた実施例１〜３によって研磨された全てのＳｉＧｅウェハは、本方法を実施した後、エッジ部の段差がなかった。
【００５６】
本発明はウェハの中心部よりもエッジ部が厚いシリコンウェハ上で試験された。シリコンウェハは、ＤＳＰの後にしばしばかかる形態で存在する。
【００５７】
かかるウェハを本発明による部分研磨または選択性研磨によって、ウェハ中心部よりもエッジ部でより多くの材料除去で、全体的に平坦化することが可能であった。
【００５８】
従って本発明をシリコンウェハ、ＳｉＧｅウェハおよびＳＯＩウェハに有利に適用できる。
【００５９】
しかしながら、本発明はそこに限定されず、且つ、部分的に増加した材料除去が望まれる他の半導体ウェハの部分選択性研磨のために使用してもよい。
【００６０】
最後に、エッジ部での選択的な材料除去がここで記載され、特許請求されることに言及すべきである。しかしながら、本発明を半導体ウェハの内側のゾーンにおける部分研磨のために同様に使用してもよく、将来的にはこのための必要性が高まるはずである。