(57)【要約】【課題】シリコンウェーハにゲッタリング層を付与し且つ抗折強度の低下も防止できるようにする。【解決手段】シリコンに対して不活性な気体のクラスターまたは窒素ガスのクラスターに電子を浴びせてクラスターイオン１０を生成させ、加速電圧によって加速して、シリコンウェーハＷの複数のデバイスが形成される表面Ｗ１と反対の裏面Ｗ２にクラスターイオン１０を照射することにより、シリコンウェーハＷの裏面Ｗ２に薄層のゲッタリング層を付与することで、シリコンウェーハＷの表面Ｗ１側に金属原子が遊動して表面Ｗ１側のデバイスに悪影響を与えるのを防止するとともに、デバイスの抗折強度の低下を防止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンに対して不活性な気体状の物質の塊状原子集団であるクラスターを形成し、これに電子を浴びせてクラスターイオンを生成させ、加速電圧によって加速して、シリコンウェーハの複数のデバイスが形成される表面と反対の裏面に該シリコンに対して不活性な気体状物質のクラスターイオンを照射し、該シリコンウェーハの裏面へゲッタリング層を付与するシリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法。
【請求項２】
窒素ガスの塊状原子集団であるクラスターを形成し、これに電子を浴びせてクラスターイオンを生成させ、加速電圧によって加速して、シリコンウェーハの複数のデバイスが形成される表面と反対の裏面に窒素ガスクラスターイオンを照射し、該シリコンウェーハの裏面へゲッタリング層を付与するシリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハの非デバイス形成面にゲッタリング層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが複数形成された半導体ウェーハは、裏面が研削されて所定の厚さに形成された後に、個々のデバイスに分割され、各種電子機器に利用されている。しかし、半導体ウェーハの裏面を研削すると、その裏面にマイクロクラックからなる厚さ１μｍ前後の歪み層が形成され、この歪み層が半導体デバイスの抗折強度を低下させる要因となる。半導体ウェーハが極めて薄く形成される場合は、この歪み層が半導体ウェーハの割れや欠けを引き起こす要因にもなる。そこで、半導体ウェーハの裏面を研削した後に、裏面にポリッシング、ウェットエッチング、ドライエッチング等を施すことにより歪み層を除去し、抗折強度の低下を防止することも行われている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１７３９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＤＲＡＭやフラッシュメモリーのようにメモリー機能を有する半導体デバイスが複数形成された半導体ウェーハにおいては、裏面研削の後にポリッシング、ウェットエッチング、ドライエッチング等によって歪み層を除去すると、メモリー機能が低下し、半導体デバイスとしての機能に悪影響を与えるという問題があることが確認された。
【０００５】
この問題は、半導体デバイスの製造工程において内部に含有した銅等の金属原子が、裏面の歪み層除去前にはゲッタリング効果により裏面側に偏っていたが、裏面のポリッシング等により歪み層を除去すると、ゲッタリング効果がなくなり、半導体デバイスが形成された表面側に金属原子が遊動することで電流リークが発生することが原因と考えられる。このように、ゲッタリング効果を付与すると抗折強度が低下し、抗折強度を上昇させるために歪み層を除去するとゲッタリング効果が無くなってしまうという、相反する問題が生じている。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、上記半導体デバイスを形成するシリコンウェーハにゲッタリング層を付与し且つ抗折強度の低下も防止できるシリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第一の発明は、シリコンに対して不活性な気体状の物質の塊状原子集団であるクラスターを形成し、これに電子を浴びせてクラスターイオンを生成させ、加速電圧によって加速して、シリコンウェーハの複数のデバイスが形成される表面と反対の裏面にシリコンに対して不活性な気体状物質のクラスターイオンを照射し、シリコンウェーハの裏面へゲッタリング層を付与するシリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法である。
【０００８】
第二の発明は、窒素ガスの塊状原子集団であるクラスターを形成し、これに電子を浴びせてクラスターイオンを生成させ、加速電圧によって加速して、シリコンウェーハの複数のデバイスが形成される表面と反対の裏面に窒素ガスクラスターイオンを照射し、シリコンウェーハの裏面へゲッタリング層を付与するシリコンウェーハへのゲッタリング層付与方法である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発明者は、シリコンウェーハの裏面にクラスターイオンを照射することで、当該裏面にアモルファス層又はＳｉＮｘ層からなるゲッタリング層を形成することができ、かかるゲッタリング層の形成により、シリコンウェーハの表面側に金属原子が遊動して表面側のデバイスに悪影響を与えるのを防止できることを見出した。また、ゲッタリング層の厚さは１０ｎｍ程度と極めて薄いため、抗折強度の低下を防止できることも見出した。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】クラスターイオン照射装置の構造の一例を説明図である。
【図２】シリコンウェーハの裏面にクラスターイオンが照射されっる状態を示す説明図である。
【図３】裏面にアモルファス層が形成されたシリコンウェーハを示す断面図である。
【図４】裏面にＳｉＮｘ層が形成されたシリコンウェーハを示す断面図である。
【図５】デバイスの抗折強度試験の様子を示す斜視図である。
【図６】デバイスの抗折強度試験の様子を示す断面図である。
【図７】Ｃｕ強制汚染を行ったウェーハに関する抗折強度試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に示すクラスターイオン照射装置１は、ソースガスから原子の塊状の集団であるクラスターを生成する生成室２と、生成されたクラスターに対してイオン化などの処理を行う処理室３と、イオン化されたクラスターを対象物に対して照射する照射室４とを備えている。生成室２、処理室３及び照射室４は、いずれも真空に保たれている。
【００１２】
生成室２は、クラスター生成のもととなる高圧のソースガスを導入するガス導入部２０と、ソースガスを真空中に噴出してガスクラスターを生成するノズル２１と、生成されたガスクラスターから分子数の多いクラスター分子を選別して処理室３に送り込むスキマー２２とを備えている。
【００１３】
処理室３は、生成室２から送られてきたガスクラスターをイオン化してガスクラスターイオンを生成するイオン化部３０と、イオン化されたガスクラスターイオンを加速してガスクラスターイオンビームを生成する加速部３１と、ガスクラスターイオンビームからモノマービームを排除してフィルタリングするフィルタ部３２とを備えている。イオン化部３０は、例えばフィラメントに電流を流すことにより熱電子放出によって電子をガスクラスターに衝突させてガスクラスターから電子をはじき飛ばして正イオン化する。加速部３１は、ガスクラスターイオンを電極に通すことで加速する。生成室２では、すべての原子・分子がクラスターになるわけではなく、モノマーも存在するため、フィルタ部３２は、ガスクラスターイオンビームの進行方向に対して交差する横方向に強力な磁界を与えることによりモノマービームを排除してフィルタリングする。
【００１４】
照射室４は、ガスクラスターイオンビーム照射の対象となる対象物を保持する保持部４０と、ガスクラスターイオンビームを対象物に導く細孔部４１と、ガスクラスターイオンビームの照射ドーズ量をモニタリングするファラデーカップ４２とを備えている。
【００１５】
このように構成されるクラスターイオン照射装置１を用いて、保持部４０に保持されたシリコンウェーハＷの裏面Ｗ２にクラスターイオンを照射する。なお、シリコンウェーハＷは、表面Ｗ１にデバイスが形成される前のベアウェーハ、または、表面Ｗ１にデバイスが形成され裏面を研削・研磨等により薄化したウェーハのどちらでもよい。デバイス形成面である表面Ｗ１の裏側の面が裏面Ｗ２である。
【００１６】
照射室４０内においては、シリコンウェーハＷの表面Ｗ１側が保持部４０によって保持され、裏面Ｗ２が処理室３側に向いて露出した状態となっている。この裏面Ｗ２に対してガスクラスターイオンビームを照射することにより、裏面Ｗ２にゲッタリング層を形成する。
【００１７】
まず、ガス導入部２０から高圧のソースガスを導入する。ソースガスとしては、例えばシリコンに対して不活性な希ガスを使用する。このソースガスは加圧された状態で生成室２に導入される。導入されたソースガスは、ノズル２１を通って真空中に噴出される。そして、スキマー２２によってクラスター数の多いクラスター分子が選別されて処理室３に進入していく。
【００１８】
処理室３では、まず、イオン化部３０においてガスクラスターに対して電子を浴びせることによりガスクラスターイオンを生成する。そして、そのガスクラスターイオンは、加速部３１を通ることにより加圧電圧によって加速されアルゴンクラスターイオンビームとなる。このアルゴンクラスターイオンビームは、フィルタ部３２においてモノマーが除去され、照射室４０に進入していく。
【００１９】
図２に示すように、照射室４に進入したアルゴンクラスターイオン１０は、シリコンウェーハＷの裏面Ｗ２に打ちつけられる。個々のアルゴンクラスターイオン１０は、直径Ｄが数ｎｍ程度の不定形な形状となっている。
【００２０】
アルゴンクラスターイオンをはじめとする希ガスのガスクラスターイオンは、シリコンウェーハに対して不活性であるため、裏面Ｗ２において化学反応は起こさずに、シリコン層Ｗ３の裏面Ｗ２の表層部分はアモルファスに変質する。図１に示した保持部４０をアルゴンクラスターイオンの照射方向と交差する方向に動かしながら照射を行うと、図３に示すように、均一な厚さＴ１を有する膜状のシリコンアモルファス層１００が形成される。シリコンアモルファス層１００の厚さＴ１は、数ｎｍ〜十数ｎｍ程度である。このシリコンアモルファス層１００は、シリコンウェーハＷの内部の金属原子を捕捉するゲッタリング層となる。かかるゲッタリング層は極めて薄く形成されるため、ゲッタリング層として機能しつつ、シリコンウェーハの抗折強度を低下させるのを防止することができる。
【００２１】
ガス導入部２０から導入するソースガスとしては、窒素ガスを使用することもできる。窒素ガスを使用した場合も、ガスクラスターイオンビームが照射されるまでのプロセスは同様であるが、希ガスの場合とは異なり、窒素ガスクラスターイオンがシリコンウェーハＷの裏面Ｗ２に照射されると、窒素クラスターイオンがシリコンと化学反応を起こし、図４に示すように、裏面Ｗ２の表層部分に均一な厚さＴ２を有するＳｉＮｘ層２００が形成される。このＳｉＮｘ層２００も、シリコンウェーハＷの内部の金属原子を捕捉するゲッタリング層となる。ＳｉＮｘ層２００からなるゲッタリング層も、厚さＴ２が数ｎｍ〜十数ｎｍ程度と極めて薄く形成されるため、ゲッタリング層として機能しつつ、シリコンウェーハの抗折強度を低下させるのを防止することができる。
【実施例１】
【００２２】
（１）実験１
以下の４種類の加工を裏面に施したシリコンウェーハのそれぞれについて、Ｃｕ強制汚染拡散テストを行い、ゲッタリング効果を確認した。いずれのウェーハも、直径８インチ、厚さ７００μｍのものを使用した。
ウェーハＡ：ＣＭＰ後のシリコンウェーハ
ウェーハＢ：ポリグラインド後のシリコンウェーハ
ウェーハＣ：ドライポリッシュ後のシリコンウェーハ
ウェーハＤ：ＣＭＰ及びアルゴンクラスターイオン照射後のシリコンウェーハ
【００２３】
（加工条件）
上記ウェーハＡ〜Ｄの加工条件は以下の表１〜表４に示すとおりである。なお、チャックテーブルとは、シリコンウェーハを保持する保持テーブルを意味し、スピンドルとは、研磨工具が装着される回転軸を意味する。
【００２４】
表１：ウェーハＡのＣＭＰ加工条件
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【００２５】
表２：ウェーハＢのポリグラインド加工条件
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【００２６】
表３：ウェーハＣのドライポリッシュ加工条件
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【００２７】
表４：ウェーハＤのクラスタイオン照射条件
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【００２８】
（Ｃｕ強制汚染拡散テストの内容）
上記各ウェーハに対して行うＣｕ強制汚染テストの内容は以下の通りである。
ア  Ｃｕ標準液液的塗布
シリコンウェーハの裏面（加工面）に、１．０×１０１３[atoms／cm2]の割合でＣｕ標準液を面内９箇所に分けて塗布して強制汚染させる。
イ  自然乾燥
Ｃｕ標準液液的塗布後、１２時間自然乾燥を行う。
ウ  加熱
自然乾燥後、クリーンオーブン上でＣｕ強制汚染面を加熱する。加熱温度は３５０℃、加熱時間は３時間とする。
エ  ＴＸＲＦ分析
加熱後、Ｃｕ強制汚染面と逆側の面（表面）においてＴＸＲＦ(Total Reflection X-Ray Fluorescence：全反射蛍光Ｘ線)分析を行う。ＴＸＲＦ分析により表面におけるＣｕ検出量が限界値未満であれば、ゲッタリング効果ありと判断する。Ｃｕの検出限界値は０．５×１０１０[atoms/cm2]である。
【００２９】
（実験結果）
上記４種類のシリコンウェーハＡ〜ＤについてのＴＸＲＦ分析の結果は以下の表５に示すとおりである。なお、Cu検出量の単位は［atoms/cm2］である。
表５：実験１の結果
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【００３０】
上記表５におけるウェーハＡ及びウェーハＣの実験結果から、ＣＭＰ加工後のウェーハ及びドライポリッシュ加工後のウェーハでは、表面側において多くの銅が検出されることが確認された。一方、ウェーハＢ及びウェーハＤの実験結果から、ポリグラインド加工後のウェーハ及びアルゴンクラスターイオン照射後のウェーハでは、表面側において、少なくとも検出限界値以上の銅は検出されないことが確認された。ウェーハＤに関して表面側において銅が検出されないことは、裏面側にアモルファス層が形成されることによって十分なゲッタリング効果が生じていることを意味している。
【００３１】
（２）実験２
実験１においてＣｕ強制汚染の対象としたウェーハＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの厚み２００umのウェーハを用意しそれぞれについて、抗折強度を評価した。抗折強度は、図５及び図６に示すように、直径７ｍｍの円形の穴５０ａが中心部に形成された支持板５０の上に、各ウェーハをダイシングすることにより得られた２０ｍｍ角のチップＣを載置し、半径Ｒ＝３ｍｍの硬球５１を穴５０ａの位置に向けてＷ＝２０［μｍ／ｓｅｃ］の速度で降下させ、チップＣが破断した時点の荷重を測定値とした。チップＣは、加工面（裏面）を下側にして支持板５０に載置し、複数箇所の抗折強度を求めた。かかる実験の結果を図７に示す。
【００３２】
図７の実験結果が示すように、アルゴンクラスターイオン照射後のウェーハＤをダイシングして取り出したチップは、チップの測定個所によってバラツキはあるものの、抗折強度の最大値は、ウェーハＡ〜Ｃよりもはるかに高いことが確認された。また、抗折強度の最小値についても、ウェーハＢ，Ｄより高い値を示している。なお、ウェーハＡについては最小値がウェーハＤよりも高い値を示しているが、実験１の結果が示すように、ＣＭＰによりゲッタリング効果はなくなっているか、極めて効果が低くなっている。したがって、ゲッタリング効果と抗折強度の高さとの両立を実現しているのは、ウェーハＤであることが確認された。
【００３３】
（実験３）
ＣＭＰ加工後のシリコンウェーハに対し、加速電圧及びドーズ量を変化させてアルゴンガスクラスターを照射した後に上記と同様のＣｕ強制汚染拡散テストを行い、ゲッタリング効果を確認することで、ゲッタリング効果を得るための加速電圧及びドーズ量の条件を求めた。なお、アルゴンガスクラスター照射前のＣＭＰの条件は、上記ウェーハＡと同様である。
【００３４】
加速電圧及びドーズ量は以下の値とした。
加速電圧：１０［kV］，２０［kV］
ドーズ量：５．００×１０１３［ions/cm2］，１．００×１０１３［ions/cm2］
【００３５】
実験結果は、以下の表６に示す通りである。なお、Cu検出量の単位は［atoms/cm2］である。
表６：実験３の結果
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【００３６】
上記表６における実験結果より、加速電圧が１０ｋＶ，２０ｋＶのいずれの場合であっても、ドーズ量５．００×１０１３［ions/cm2］より多くのクラスターイオンをシリコンウェーハの裏面に照射すれば、銅の透過は問題ないレベルにあり、十分なゲッタリング効果を有するゲッタリング層が形成されることが確認された。
【００３７】
（実験４）
ソースガスとして窒素ガス（N２）を使用し、窒素ガスクラスターイオンをＣＭＰ加工後のシリコンウェーハの裏面に照射した後に、Ｃｕ強制汚染拡散テストを行い、ゲッタリング効果を確認した。
【００３８】
加速電圧及びドーズ量は以下の値とした。
加速電圧：２０[kV]，３０[kV]
ドーズ量：１×１０１５［atoms／cm2］，５×１０１３［atoms／cm2］
【００３９】
実験結果は、以下の表７に示す通りである。なお、Cu検出量の単位は［atoms/cm2］である。
表７：実験４の結果
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【００４０】
上記表７からわかるように、ドーズ量が1.0×1015[ions/cm2]と多い場合でも、加速電圧が２０ｋＶであると表面側から銅が検出され、ドーズ量が5.0×1013[ions/cm2]と少ない場合でも、加速電圧が３０ｋＶであると銅の透過は問題ないレベルにあることが確認された。以上のことから、ソースガスとして窒素ガスを使用した場合には、加速電圧を３０ｋＶ以上として加速し、ドーズ量を5.0×1013[ions/cm2]以上とすることで、十分なゲッタリング効果を有するゲッタリング層を得られることが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
１：クラスターイオン照射装置
２：生成室
２０：ガス導入部  ２１：ノズル  ２２：スキマー
３：処理室
３０：イオン化部  ３１：加速部  ３２：フィルタ部
４：照射室
４０：保持部  ４１：細孔部  ４２：ファラデーカップ
Ｗ：シリコンウェーハ  Ｗ１：表面  Ｗ２：裏面  Ｗ３：シリコン層
１００：シリコンアモルファス層  ２００：ＳｉＮｘ層
【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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【図６】
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【図７】
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