(57)【要約】【課題】ウェーハの両面が研磨された後に裏面が面内均一にエッチングされた、高平坦な半導体ウェーハおよびその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも、原料ウェーハの両面を１次研磨する両面１次研磨工程と、該両面１次研磨されたウェーハの裏面をエッチングする裏面エッチング工程と、該裏面エッチングされたウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程とを有し、前記裏面エッチング工程において、両面１次研磨されたウェーハの裏面をフッ酸処理した後に混酸エッチングすることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの製造方法であって、少なくとも、原料ウェーハの両面を１次研磨する両面１次研磨工程と、該両面１次研磨されたウェーハの裏面をエッチングする裏面エッチング工程と、該裏面エッチングされたウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程とを有し、前記裏面エッチング工程において、両面１次研磨されたウェーハの裏面をフッ酸処理した後に混酸エッチングすることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記裏面エッチング工程をスピンエッチングにより行い、フッ酸処理と混酸エッチングとを同一ステージで連続して行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記裏面エッチング工程において、混酸エッチングの取代を０．５μｍ以上２μｍ以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記混酸エッチングにおいて用いる混酸を、少なくともフッ酸と硝酸と硫酸とを含む水溶液とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの製造方法。
【請求項５】
少なくとも、ウェーハの両面が研磨された後に裏面がエッチングされた半導体ウェーハであって、該ウェーハの裏面の面粗さの最大値と最小値との差が０．０５μｍ以下であることを特徴とする半導体ウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェーハの製造方法及びその半導体ウェーハに関し、特に両面１次研磨後のウェーハの裏面の面粗さをエッチングにより調整する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にシリコンウェーハ等の半導体ウェーハの製造方法は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハに加工するスライス工程と、ウェーハの割れ、欠けを防止するために外周部を面取りする面取り工程と、ウェーハを平坦化するラッピング工程と、ウェーハ表層に残留したそれらの加工歪みを除去するエッチング工程と、ウェーハ表面を鏡面化する研磨工程と、研磨加工で付着した研磨剤や異物等の汚染物を除去する洗浄工程とを有している。必要に応じてこれらの工程の他に熱処理や研削等の工程が加わったり、工程順が入れ換えられたり、同じ工程を複数回行う場合もある。
【０００３】
ところで、近年の大口径ウェーハを高精度に平坦化するために、前記研磨工程において、両面研磨によりウェーハの両面を平坦化した後に、ウェーハ表面を鏡面研磨する方法が採られている。しかし、ウェーハの両面を研磨すると、従来から使用されているデバイス工程のセンサーがウェーハの表裏を判別できなかったり、ウェーハの搬送中にウェーハがすべってしまったり、チャックテーブルに吸着されたウェーハが外れなくなるなどの問題があった。また、ウェーハの裏面粗さが変わることでウェーハの温度分布が異なるものになるため、デバイス製造条件などに支障を来す問題があった。そこでこの問題に対してウェーハの裏面を粗面化するエッチング方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この特許文献１は、エッチングされたウェーハ（エッチドウェーハ）の両面を１次研磨する両面１次研磨工程を行い、次にウェーハの裏面のみをエッチングする裏面エッチング工程を行い、次にウェーハの表面を２次研磨する鏡面研磨工程を行う方法を開示している。
【０００５】
この裏面エッチング工程は、図２に示すような枚葉式のスピンエッチング装置を用いて行うことができる。この装置にウェーハ２を、その裏面を上面としてウェーハ保持手段５で固定して高速回転させ、揺動するノズル１からウェーハ２の上面に混酸を注加して混酸エッチングを行う。
【０００６】
しかし、この混酸エッチングにおいては、ウェーハ裏面側で面内不均一なエッチングが生じ、ウェーハ外周部にフリル状の凹凸が生じたり、ウェーハ裏面全体に粗さむらが生じたりして、ウェーハの平坦度を悪化させるという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２７０４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、ウェーハの両面が研磨された後に裏面が面内均一にエッチングされた、高平坦な半導体ウェーハおよびその製造方法を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、少なくとも、原料ウェーハの両面を１次研磨する両面１次研磨工程と、該両面１次研磨されたウェーハの裏面をエッチングする裏面エッチング工程と、該裏面エッチングされたウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程とを有し、前記裏面エッチング工程において、両面１次研磨されたウェーハの裏面をフッ酸処理した後に混酸エッチングすることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法を提供する（請求項１）。
【００１０】
このように裏面エッチング工程において、混酸エッチングの前にフッ酸処理を行うことで、ウェーハの裏面表層に存在する自然酸化膜を除去した後に混酸エッチングすることになり、裏面を面内均一に混酸エッチングすることができる。したがって、混酸エッチングによりウェーハ裏面の平坦度が悪化することなくウェーハの裏面を粗面化して、従来のデバイス工程に支障なく投入できる高平坦な半導体ウェーハを製造することができる。
【００１１】
この場合、前記裏面エッチング工程をスピンエッチングにより行い、フッ酸処理と混酸エッチングとを同一ステージで連続して行うことが好ましい（請求項２）。
【００１２】
このようにスピンエッチングによりフッ酸処理と混酸エッチングとを同一ステージで連続して行うことで、除去した自然酸化膜が再形成される前に、確実に面内均一な混酸エッチングを行うことができる。また、大幅に工程を増やすことなく、平坦度にすぐれた半導体ウェーハを効率的に製造することができる。
【００１３】
この場合、前記裏面エッチング工程において、混酸エッチングの取代を０．５μｍ以上２μｍ以下とするのが好ましい（請求項３）。
【００１４】
このように混酸エッチングの取代を０．５μｍ以上２μｍ以下とすることにより、ウェーハ裏面の粗さむらをより低減して、高平坦な半導体ウェーハを確実に製造することができる。
【００１５】
この場合、前記混酸エッチングにおいて用いる混酸を、少なくともフッ酸と硝酸と硫酸とを含む水溶液とすることができる（請求項４）。
【００１６】
このように混酸としてフッ酸と硝酸と硫酸とを含む水溶液を用いれば、シリコンウェーハの裏面を確実に粗面化することができる。
【００１７】
また、本発明は、少なくとも、ウェーハの両面が研磨された後に裏面がエッチングされた半導体ウェーハであって、該ウェーハの裏面の面粗さの最大値と最小値との差が０．０５μｍ以下である半導体ウェーハを提供する（請求項５）。
【００１８】
このような半導体ウェーハであれば、高平坦でありながら裏面が粗面化されており、従来のデバイス工程に支障なく投入できる高品質の半導体ウェーハとなる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明によれば、両面１次研磨されたウェーハの裏面をフッ酸で処理して自然酸化膜を除去し、その後に混酸エッチングをすることで、ウェーハの裏面を面内均一にエッチングすることができる。これにより、ウェーハの平坦度を悪化させることなくウェーハの裏面を粗面化でき、従来のデバイス工程に支障なく投入できる高平坦な半導体ウェーハを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
従来の高平坦な半導体ウェーハの製造工程においては、ウェーハの両面を１次研磨した後に裏面をエッチングにより粗面化することで、従来のデバイス工程におけるセンサーがウェーハの表裏を区別できなくなる等の問題を解決していた。しかし、このウェーハの裏面エッチング工程において、ウェーハの裏面に不均一なエッチングが生じ、ウェーハの平坦度を悪化させていた。そこで本発明者らは検討を重ねた結果、裏面の混酸エッチングで生じる面内不均一なエッチングは、裏面の表層に存在する自然酸化膜が原因であることを確認した。そこで、ウェーハの裏面をフッ酸で処理して自然酸化膜を除去してから混酸エッチングを行えば、面内均一なエッチングができることを見出し本発明を完成させた。
【００２１】
このような本発明に係る半導体ウェーハの製造方法を、シリコンウェーハを製造する場合を例として図１を参照して以下に説明する。
まず、チョクラルスキー法等により引上げたシリコン単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハに加工する（スライス工程）。
こうして得られたウェーハが接触や衝撃で割れたり、欠けたりするのを防止するために、ウェーハ外周部を面取りする（面取り工程）。
【００２２】
続いて、スライス工程での切断加工によってウェーハ表層に誘起された加工変質層を除去するとともにウェーハを平坦化するために、ウェーハを機械研削（ラッピング）する（ラッピング工程）。
さらに、上記の工程でウェーハ表層に生じた加工歪みを除去するために、ウェーハをエッチングする（エッチング工程）。
ここまでの工程は従来法と特に変わることはなく、この他にも平面研削・熱処理等の工程が加わってもよく、一部工程の省略・入換え・繰返し等本発明においても従来行われている種々の工程を採用し得る。
【００２３】
続いて、前記エッチングされたウェーハの表面をさらに平坦化するために、１次研磨として両面１次研磨を行う（両面１次研磨工程）。
この両面１次研磨によってウェーハ裏面の面粗さはＲａ≦０．０１μｍとなり、従来のデバイス工程のセンサーがウェーハの表裏を判別できなくなるまでの平坦化が達成される。そのため、エッチングによりウェーハ裏面の面粗さを従来の片面研磨品の裏面の面粗さであるＲａ＝０．１５μｍ程度まで粗くすることを目的として、ウェーハ裏面をエッチングする裏面エッチング工程を行う。
【００２４】
しかしこの裏面エッチング工程においては、ウェーハ裏面側の表層に存在する自然酸化膜が面内での均一なエッチングを妨げ、ウェーハ外周部にフリル状の凹凸が生じたり、裏面全体に粗さむらが生じたりして、ウェーハの平坦度を悪化させるという問題があった。そこで、本発明ではフッ酸処理により自然酸化膜を除去してから、混酸エッチングすることによりウェーハ裏面を面内均一にエッチングするようにした。
【００２５】
この裏面エッチング工程で用いる装置としては特に限定されないが、例えば図２に示す枚葉式のスピンエッチング装置を用いてウェーハ２を高速回転させながらエッチングを行うことができる。この装置を用いれば、フッ酸処理と混酸エッチングを同一ステージで連続して行うことができる。これにより、フッ酸処理で除去した自然酸化膜がウェーハ表面に再形成される前に迅速にエッチングを行うことができ、確実に面内均一なエッチングを行うことが可能となる。また、大幅に工程を増やすことなく、平坦度にすぐれた半導体ウェーハを効率的に製造することができる。
【００２６】
このスピンエッチング装置を用いた裏面スピンエッチング工程ではまず、上記で両面１次研磨を行ったウェーハを真空吸着などの保持手段を用いて、ウェーハ裏面を上面としてスピンエッチング装置に保持せしめる。
【００２７】
次にフッ酸処理を行う。これは、ウェーハの裏面表層に存在する自然酸化膜を除去することを目的とする。スピンエッチング装置の保持手段５に保持したウェーハ２を５００〜７００ｒｐｍで回転させ、ウェーハの上面にノズル１から濃度1〜５０％のフッ酸を流量１〜２Ｌ／分で１０秒以上にわたって注加するのが好ましい。
このときエアー４を流すことにより、ウェーハの上面に注加したフッ酸がウェーハの下面に回り込むのを防止することができる。同様に、スピンエッチング装置を用いた以下の各工程でもエッチング液等の回り込み防止を目的としてエアー４を流すのが好ましい。また、エアー４の代わりに純水を用いても同様の効果が得られる。
【００２８】
続いて、混酸エッチングを行う。用いる混酸としてはシリコンウェーハのエッチング作用を有すれば特に限定されないが、フッ酸と硝酸と硫酸を含む水溶液を用いることができ、場合によってはさらに酢酸やリン酸などを添加してもよい。前記フッ酸処理をしたウェーハを３００〜４００ｒｐｍで回転させ、シリコンウェーハの上面にノズルから混酸を流量３〜４Ｌ／分で、目的とするエッチング取代に応じて５秒以上にわたって注加するのが好ましい。
【００２９】
次に、上記混酸エッチングを停止するためにリンスを行う。前記混酸エッチングしたウェーハを５００〜７００ｒｐｍで回転させ、ウェーハの上面にノズルから純水を流量１〜２Ｌ／分で３０秒〜４０秒にわたって注加するのが好ましい。
【００３０】
次に、ウェーハの乾燥を行う。前記リンスをしたウェーハを、例えば１４００〜１６００ｒｐｍで３０〜５０秒回転させることでスピン乾燥することができる。
【００３１】
こうしてフッ酸処理・混酸エッチング・リンス・乾燥の各工程終了後、スピンエッチング装置からウェーハを取り外す。
なお、本発明におけるフッ酸処理は、上記のようなスピンエッチング装置を用いる場合に限定されず、ウェーハの裏面の自然酸化膜を除去できるようにフッ酸処理すればよい。例えば、ウェーハの表面をマスクして裏面のみをフッ酸に接触させる、あるいはＨＦミスト（水蒸気を含んだＨＦガス）にウェーハ裏面を晒すようにして裏面の自然酸化膜を除去するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、上記裏面スピンエッチング工程における混酸エッチングの取代と裏面スピンエッチング工程後のウェーハ裏面の面内の粗さむらの関係について調査した。
【００３３】
エッチング取代は、０．５μｍ、１μｍ、２μｍ、２．５μｍの４条件とした。この４条件について、それぞれフッ酸処理あり・なしの２条件を設定し、各組合せにつきウェーハ１枚を用いて裏面スピンエッチング工程を行った。こうして得られた各ウェーハについて裏面の面内９点の面粗さを測定し、面粗さの最大値と最小値の差から各ウェーハの粗さむらを評価した。測定装置としてはｈａｎｄｙｓｕｒｆ Ｅ−３０Ａ（東京精密製）を用い、測定長は４ｍｍとした。結果を図５に示す。
【００３４】
図５から明らかなように、フッ酸処理をしない場合は、フッ酸処理をした場合と比較してウェーハの面内の粗さむらが大きい。これは、フッ酸処理によりウェーハ裏面表層の自然酸化膜が除去されて、面内均一なエッチングがなされるためである。
次に、フッ酸処理をした場合について見る。エッチング取代を０．５〜２μｍの範囲としたときに、粗さむらが０．０５μｍ以下と小さくなる。一方、エッチング取代が２．０μｍを超えると粗さむらが大きくなる。また、エッチング取代を０．５μｍより小さくすることも可能であるが、取代が余りに少ないとエッチングの管理が難しいので、０．５μｍ以上とする方がスピンエッチングが安定して好ましい。
【００３５】
以上のデータから、混酸エッチングの取代を０．５μｍ以上２μｍ以下とするのが、ウェーハ裏面の粗さむらを低減して、高平坦な半導体ウェーハを製造する上で好ましいと言える。
【００３６】
こうして裏面エッチング工程によりウェーハ裏面が粗面化される。
さらにこのウェーハの表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程（表面２次研磨工程および表面仕上げ研磨工程）を行う。次に、研磨加工でウェーハに付着した研磨剤や異物等の汚染物を洗浄により除去し（洗浄工程）、半導体ウェーハが得られる。これらの片面鏡面研磨工程、洗浄工程は、一般の方法を適用することができる。
【００３７】
こうして得られた本発明の半導体ウェーハは、少なくとも、ウェーハの両面が研磨された後に裏面がエッチングされ、この裏面の面粗さの最大値と最小値との差が０．０５μｍ以下である半導体ウェーハとすることができる。この面粗さとは、周期１０〜２０μｍの大きな凹凸のＰＶ値をいう。
【００３８】
このような半導体ウェーハであれば、両面研磨がされたことと裏面の粗さむらが小さいことにより高精度に平坦であり、かつ裏面がエッチングされて粗面化されているため、従来のデバイス工程のセンサーがウェーハの表裏を判別できない等の問題が生じず、従来のデバイス製造工程等に支障なく投入することができる。
【実施例】
【００３９】
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１）
チョクラルスキー法により直径２００ｍｍ、方位｛１００｝の単結晶を引き上げ、これをスライスして面取りおよびラッピングを行い、Ｐ型シリコンウェーハ３枚を用意した。
このシリコンウェーハを常法によりエッチングして、エッチドウェーハを得た。
次に、両面同時研磨装置の研磨布（不織布）にコロイダルシリカ系研磨剤を含む研磨液を供給しながら、研磨布にエッチドウェーハの両主面を摺接させて１次研磨した。
【００４０】
次に図２に示すスピンエッチング装置にウェーハの裏面を上面として固定して６００ｒｐｍで回転させ、ウェーハの上面にノズルから濃度５０％のフッ酸を流量１Ｌ／分で１０秒にわたって注加してフッ酸処理を行った。
【００４１】
続いて、フッ酸処理したウェーハを３５０ｒｐｍで回転させ、ウェーハの上面にノズルから混酸（フッ酸＋硝酸＋硫酸＋水、５０％ＨＦ：９８％ＨＮＯ３：９８％Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ＝１：２．４：１：０．３（容量比）、三菱化学製、３種ＳＩ−Ｃ）を流量３.５Ｌ／分で、１６秒（エッチング取代を約１μｍとして）にわたって注加して混酸エッチングを行った。
【００４２】
この混酸エッチングを停止するために、ウェーハを６００ｒｐｍで回転させ、ウェーハの上面にノズルから純水を流量１Ｌ／分で３５秒にわたって注加してリンスした。
次に、前記リンスをしたウェーハを、１５００ｒｐｍで３０秒回転させ乾燥を行い、裏面スピンエッチング工程を終えた。
【００４３】
（比較例１）
実施例と同様のシリコン単結晶から得たシリコンウェーハ３枚を、エッチングし、その両面を１次研磨した。さらにこのウェーハについて、フッ酸処理を行うことなく実施例と同条件で混酸エッチング・リンス・乾燥を行い、裏面スピンエッチング工程を終えた。
【００４４】
（評価方法）
実施例１と比較例１について、それぞれ裏面スピンエッチング工程の前と後のウェーハ形状を、ＡＤＥ社製フラットネス測定装置ＵｌｔｒａＧａｇｅ９９００（ウェーハ周縁より２ｍｍ除外）のＳＦＱＲ（Site Flatness Front Least Squares Range）（セルサイズ２５×２５ｍｍ、オフセット１２．５×１２．５ｍｍ、セル数４５個×３枚＝１３５個）で評価した。得られた測定値について、裏面スピンエッチング工程の前と後のウェーハ形状を差し引きして、エッチング取代のウェーハ面内分布データを得た。そのＳＦＱＲ面内分布を表１に示し、表１をグラフにしたものを図４に示す。図３にこのエッチング取代の３次元ウェーハ面内分布データを示す。図３(a)は実施例１の、図３(b)は比較例１のデータである。
【表１】
2006120819.tif 000003
【００４５】
以上の結果から明らかなように、フッ酸処理の後に混酸エッチングを行った実施例１と、フッ酸処理せずに混酸エッチングを行った比較例１では、前者のエッチング取代がより面内均一であることがわかる。つまり、裏面スピンエッチング工程において、フッ酸処理に続いて混酸エッチングを行えば、元のウェーハ形状を崩さずに面内均一なエッチングが行われ、フラットネス（ＳＦＱＲ）の悪化を抑えられるということが判る。
【００４６】
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４７】
たとえば、上記実施形態ではスピンエッチング装置を用いて裏面エッチングを行ったが、ウェーハ表面を耐食性ワックスまたは耐食性粘着フィルムで覆った後にウェーハをエッチャントに浸漬するディップエッチングを用いて裏面エッチングを行ってもよい。
また、本発明が適用できる半導体ウェーハとしては、シリコンウェーハに限られず、化合物半導体等のウェーハにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の半導体ウェーハの製造方法の一例を概略的に説明するフロー図である。
【図２】本発明の半導体ウェーハの製造方法で用いることができる枚葉式のスピンエッチング装置である。
【図３】裏面スピンエッチング工程の前と後のウェーハ形状を差し引きして得たエッチング取代の３次元面内分布である。（a）実施例１、(b)比較例１。
【図４】裏面スピンエッチング工程の前と後のウェーハ形状を差し引きして得たエッチング取代のＳＦＱＲ面内分布である。
【図５】エッチング取代とウェーハ裏面の面内の粗さむらの相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１…ノズル、  ２…ウェーハ、  ３…薬液、  ４…エアー、
５…ウェーハ保持手段、  ６…薬液回収カップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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