(57)【要約】平均表面粗度Ｒａを所望の数値に容易に制御することが可能であり、面内均一性に優れ、且つ電気的特性の向上と機械的強度の向上が両立したウェーハの粗面処理方法を提供することを目的とする。粗面化処理用の薬液によりウェーハ面内に均一な粗面状態を作り出す粗エッチング処理を少なくとも１回行い、その後、鏡面化処理用の薬液を用いて平均表面粗度を制御する精エッチング処理を少なくとも１回行うようにした。
2005036629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗面化処理用の薬液によりウェーハ面内に均一な粗面状態を作り出す粗エッチング処理を少なくとも１回行い、その後、鏡面化処理用の薬液を用いて平均表面粗度を制御する精エッチング処理を少なくとも１回行うことを特徴とするウェーハの粗面処理方法。
【請求項２】
前記粗エッチング処理は、ウェーハの平均表面粗度Ｒａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲の粗面状態となるように行うことを特徴とする請求項１記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項３】
前記精エッチング処理は、ウェーハの平均表面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の範囲の粗面状態となるように行うことを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項４】
前記粗面化処理用の薬液は、フッ酸、硝酸、硫酸及び水を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項５】
前記鏡面化処理用の薬液は、フッ酸、硝酸及び水を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項６】
前記粗エッチング処理を行った後、前記精エッチング処理を行う前に、ウェーハから薬液を洗い流すリンス処理及びウェーハの水分を除去して乾燥せしめる乾燥処理を行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項７】
前記ウェーハは、縦型デバイス製造用ウェーハであって、電極としての金属膜を形成する直前のウェーハであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項８】
前記粗エッチング処理及び前記精エッチング処理は、スピンエッチング装置によって、前記ウェーハの回路パターンが作り込まれた面を吸着保持し、その反対面に対して行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載のウェーハの粗面処理方法。
【請求項９】
前記スピンエッチング装置の回転速度を２００〜７００ｒｐｍとして、前記粗エッチング処理を行い、該スピンエッチング装置の回転速度を８００〜１８００ｒｐｍとして、前記精エッチング処理を行うことを特徴とする請求項８記載のウェーハの粗面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、シリコン等の半導体ウェーハ（以下、ウェーハという。）上にＩＣ回路のデバイス・パターン（以下、回路パターンという。）を作り込む工程（以下、半導体デバイス工程という。）において、半導体ウェーハに電極となる金属膜を被着する際に、その前処理として行われるウェーハの粗面処理方法に関する。
【背景技術】  従来より、ウェーハ上に回路パターンを作り込む半導体デバイス工程において、ウェーハに電極（ＭＯＳ型ではソース、ゲート、ドレインの各電極。バイポーラ型ではエミッタ、ベース、コレクタの各電極。）となる金属膜を被着する際に、主に機械的強度の向上を目的として、ウェーハのシリコン面と金属膜の接触する表面積を増やして密着性を向上するべく、その前処理として、ウェーハ表面をエッチングにより粗面化する処理（以下、粗面処理という。）が行われている（例えば、特公昭５０−９６６６号公報、特開平３−１２０３９４号公報等参照）。
従来の粗面処理では、機械的強度の向上を目的として、ウェーハ面を均一に平均表面粗度Ｒａが０．２〜０．３μｍ程度、最大表面粗度Ｒｍａｘが２〜３μｍ程度で粗面化することが求められ、粗面処理のエッチングは、浸漬式のウェットエッチングやスピンエッチングにより行われていた。特に、スピンエッチングは浸漬式のウェットエッチングと比して、エッチングを要しない面に対する保護膜形成等が不要となる利点がある。スピンエッチングを行う装置としては、本発明者らによるスピンエッチング装置が知られている（特開２００１−１４８４１４号公報参照）。スピンエッチングにより粗面処理を行う場合、粗面化処理用の薬液（エッチング液、エッチャントともいう）を対象となるウェーハ面に流下し、その流下時間の調節により粗面状態の制御を行っていた。
しかし、近年のＩＣ回路の高集積化・微細化に伴い、このような粗面処理は、機械的強度の向上のみならず、電気的特性の向上、その他放熱性特性の向上等を目的として、機械的特性と電気的特性とが両立した粗面処理が要求され、粗面状態の制御性とその再現性が重要となってきた。特に粗面状態は、従来の状態（平均表面粗度Ｒａが０．２〜０．３μｍ程度で、最大表面粗度Ｒｍａｘが２〜３μｍ程度の粗面状態）と異なり、その１／５程度の平均表面粗度とすることが求められている。
特に、近年、生産量の増大している縦型デバイス〔縦型のＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の縦型のパワーデバイス〕の場合、電流を厚み方向に流す（例えば、縦型のＭＯＳＦＥＴであれば、ウェーハ上面にソース電極又はドレイン電極を形成し、底面にドレイン電極又はソース電極を形成する。）ため、ｐ型又はｎ型のシリコンウェーハの面に金属膜を形成して電極とする。この際、シリコン面と金属膜の密着強度（機械的強度）を向上させるために接触面積の拡大を目的として金属膜を形成するシリコン面を粗面化する粗面処理を行う必要があるが、しかし、粗面の平均表面粗度が大きいと金属膜の多層形成が問題となって、シリコン面と多層金属膜の界面での純抵抗特性（電気的特性）が悪くなるという問題がある。
これを単純に、従来の粗面処理方法で薬液の流下時間の短縮により平均表面粗度を下げようとした場合、１／５程度の平均表面粗度を作るには、スピンエッチングにおける薬液の流下時間が３秒〜５秒程度しか確保できないこととなるため、エッチングむらが生じて、平均表面粗度の面内均一性と再現性（制御性）を満足できないという問題が生じていた。
従って、本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、平均表面粗度Ｒａを所望の数値に容易に制御することが可能であり、面内均一性に優れ、且つ電気的特性の向上と機械的強度の向上が両立したウェーハの粗面処理方法を提供することを目的とする。
【発明の開示】
そこで、上記課題を解決するために、本発明者らは、機械的特性と電気的特性が共に良好で且つ面内均一性に優れたウェーハの粗面処理方法について鋭意検討した結果、まず、粗面化処理用の薬液を用いてウェーハ面内に均一な粗面状態を作り出し、その後、鏡面化処理用（鏡面仕上げ用）の薬液を用いて平均表面粗度を制御することにより、これまで得られなかった平均表面粗度が非常に小さく且つ面内均一性に優れたウェーハの粗面状態を得ることができることを見出し、本発明を完成させたものである。
即ち、本発明のウェーハの粗面処理方法は、粗面化処理用の薬液によりウェーハ面内に均一な粗面状態を作り出す粗エッチング処理を少なくとも１回行い、その後、鏡面化処理用の薬液を用いて平均表面粗度を制御する精エッチング処理を少なくとも１回行うことを特徴とする。
前記粗エッチング処理は、ウェーハの平均表面粗度Ｒａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲の粗面状態となるように行うことが好ましい。
前記精エッチング処理は、ウェーハの平均表面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の範囲の粗面状態となるように行うことが好ましい。
前記粗面化処理用の薬液は、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及び水（Ｈ２Ｏ）を含むことが好ましい。
前記鏡面化処理用の薬液は、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）及び水（Ｈ２Ｏ）を含むことが好ましい。なお、適宜、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及び燐酸（Ｈ３ＰＯ４）を更に含めても良い。
前記粗エッチング処理を行った後、前記精エッチング処理を行う前に、ウェーハから薬液を洗い流すリンス処理及びウェーハの水分を除去して乾燥せしめる乾燥処理を行うことが好ましい。
前記ウェーハは、縦型デバイス製造用ウェーハであって、電極としての金属膜を形成する直前のウェーハであることが好適である。
前記粗エッチング処理及び前記精エッチング処理は、スピンエッチング装置によって、前記ウェーハの回路パターンが作り込まれた面を吸着保持し、その反対面に対して行うことが好ましい。
前記スピンエッチング装置の回転速度を２００〜７００ｒｐｍとして、前記粗エッチング処理を行い、該スピンエッチング装置の回転速度を８００〜１８００ｒｐｍとして、前記精エッチング処理を行うことが好ましい。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明のウェーハの粗面処理方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
図２は、本発明のウェーハの粗面処理方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。
図３は、実験例１の結果を示す写真である。
図４は、実験例２の結果を示す写真である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に本発明の実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明するが、本発明の技術思想から逸脱しない限り図示例以外に種々の変形が可能なことはいうまでもない。
図１は本発明のウェーハの粗面処理方法の第１の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。本発明のウェーハの粗面処理方法の第１の態様は、図１に示したように、少なくとも１回の粗エッチング処理（ステップ１０２）と少なくとも１回の精エッチング処理（ステップ１０８）を必須の工程とするものである。
図１に示したように、まず本発明の粗面処理方法を施す対象となるウェーハを準備する（ステップ１００）。本発明方法の対象となるウェーハは、電極としての金属膜（金属層）を形成する直前のウェーハであれば特に限定されないが、特には、本発明方法は、回路パターンが作り込まれた縦型デバイス製造用ウェーハであって、その回路パターンが作り込まれた面の反対面である底面に対して施すのが好適な態様である。一般的に、ウェーハ表面に回路パターンを作り込んだ後のウェーハの底面（裏面）は、回路パターンの作り込まれていない鏡面又はウェーハの厚さを所定厚みまで薄くするために裏面全体を研削したバックグラインド面（以下、ＢＧ面という。）となっており、このウェーハの底面である鏡面又はＢＧ面に対して本発明の粗面処理方法を施すものである。特にＢＧ面の場合は、グラインディング（研削）によって、深さ２０μｍ程度のダメージ層（破砕層）が形成されており、このようなダメージ層があると抗折強度（曲げ試験によって破断に至る時に発生する内部応力値）等の機械的特性が著しく劣ってしまう。本発明方法によれば、粗エッチング処理及び精エッチング処理によって、このようなダメージ層の除去も粗面処理と共にできるという利点もある。なお、ＢＧ面の場合のダメージ層は、別途事前に（本発明方法における粗エッチング処理を施す前に）、鏡面化処理用の薬液によるエッチング処理によって除去しておいてもよい。
また、本発明方法の実施に用いるエッチング装置としては従来公知のものを利用することができる。スピンエッチング装置（例えば、特開２００１−１４８４１４号公報）であれば、ウェーハの回路パターンが作り込まれた面を吸着保持し、その反対面（底面）に薬液が流下されるようにして本発明方法を適用すればよい。浸漬式ウェットエッチング装置であれば、ウェーハの回路パターンが作り込まれた面には適宜保護膜を形成し、その反対面（底面）が薬液に浸漬されるようにして本発明方法を適用すればよい。
次に、粗エッチング処理（ステップ１０２）では、ウェーハに粗面化処理用の薬液を用いて粗エッチング処理を施す。粗面化処理用の薬液としては、ウェーハの平均表面粗度Ｒａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲の粗面状態とすることができる薬液であれば特に限定されず、従来公知の粗面処理方法で用いられている粗面化処理用の薬液を用いることができ、例えば、エッチピットを形成した後に選択的にエッチングするもの（特公昭５０−９６６６号公報）や、アルカリ性の異方性エッチャントによるもの（特開平３−１２０３９４号公報）や、エッチャントのエッチング速度、粘性度及び表面張力を所定範囲とすることにより、エッチング中のウェーハ表面に気泡を生じせしめ、気泡のあった部分（薬液の触れていなかった部分）と、気泡の無かった部分（薬液の触れていた部分）とでエッチング作用に差を生じせしめてウェーハ表面に凹凸を形成し、粗面化するもの（特開平９−３０６８９７号公報）等がある。
エッチング中のウェーハ表面に気泡を生じさせて、粗面化するタイプの薬液を用いる場合の薬液の粘性度及び表面張力の調整は、燐酸（Ｈ３ＰＯ４）や硫酸（Ｈ２ＳＯ４）により行うことができ、特には、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及び水（Ｈ２Ｏ）を含む混酸の薬液を用いることが好適であり、混合割合としては、例えば、フッ酸：５ｗｔ％、硝酸：５ｗｔ％、硫酸：８９ｗｔ％、水：１ｗｔ％程度とすればよい。処理条件も特に限定されないが、例えば、スピンエッチング装置を用いる場合であれば、薬液の温度を２０℃〜２８℃程度とし、薬液の流下時間を１０秒〜７０秒程度として行うことができる。また、スピンエッチング装置の回転速度は、エッチング中に生じる気泡のウェーハ表面からの離脱が早過ぎない範囲で適宜調節すればよいが、例えば、２００ｒｐｍ〜７００ｒｐｍ程度とすればよい。
粗エッチング処理では、平均表面粗度Ｒａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲の粗面状態となればよいので、取り代としては、１〜１０μｍ程度である。ここで、平均表面粗度Ｒａが０．１μｍ以上０．３μｍ以下の範囲としたのは、この範囲であれば、後の精エッチング処理（ステップ１０８）において良好に面内均一性を保ったまま平均表面粗度Ｒａを減少できるからである。
次に、前記粗エッチング処理（ステップ１０２）後、ウェーハから薬液を洗い流すリンス処理（ステップ１０４）及びウェーハの水分を除去して乾燥せしめる乾燥処理（ステップ１０６）を行う。これら処理は従来公知の常法によればよく、特に限定されない。
次に、精エッチング処理（ステップ１０８）では、ウェーハに鏡面化処理用の薬液を用いて精エッチング処理を施す。鏡面化処理用の薬液としては、ウェーハの平均表面粗度Ｒａ０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の範囲にまで平均表面粗度を減少することができる薬液であれば特に限定されず、従来公知のウェーハ製造工程における鏡面仕上げ用の薬液を用いることができるが、特には、フッ酸（ＨＦ）、硝酸（ＨＮＯ３）及び水（Ｈ２Ｏ）を含む混酸の薬液を用いることが好適であり、適宜、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）及び燐酸（Ｈ３ＰＯ４）を更に含めても良い。混合割合としては、例えば、フッ酸：５ｗｔ％、硝酸：４０ｗｔ％、硫酸：２０ｗｔ％、燐酸：１５ｗｔ％、水：２０ｗｔ％程度とすればよい。処理条件も特に限定されないが、例えば、スピンエッチング装置を用いる場合であれば、薬液の温度を２０℃〜２８℃程度とし、薬液の流下時間を４０秒〜３００秒程度として行うことができる。また、スピンエッチング装置の回転速度は、エッチング中に生じる気泡が可及的速やかにウェーハ表面からの離脱するように適宜調節すればよいが、例えば、８００ｒｐｍ〜１８００ｒｐｍ程度とすればよい。
精エッチング処理では、平均表面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の範囲の粗面状態となればよく、取り代としては、５〜８０μｍ程度である。ここで、平均表面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上０．０５μｍ以下の範囲としたのは、平均表面粗度Ｒａが０．０１μｍ以上であると、鏡面に近い粗面状態を維持でき機械的強度の点で良好であり、平均表面粗度Ｒａが０．０５μｍ以下であれば、電気的特性の点でも良好であるからである。
次に、前記精エッチング処理（ステップ１０８）後、ウェーハから薬液を洗い流すリンス処理（ステップ１１０）及びウェーハの水分を除去して乾燥せしめる乾燥処理（ステップ１１２）を行う。これら処理は、前述したリンス処理（ステップ１０４）及び乾燥処理（ステップ１０６）と同様、従来公知の常法によればよく、特に限定されない。
なお、上記説明では粗エッチング処理（ステップ１０２）及び精エッチング処理（ステップ１０８）を夫々１回で行う場合を説明したが、これらを数回の工程に分割して行っても良い。
図２は、本発明のウェーハの粗面処理方法の第２の態様の工程順の一例を示すフローチャートである。前述した図１に示した第１の態様の工程順では、粗エッチング処理（ステップ１０２）の後で、精エッチング処理（ステップ１０８）の前に、夫々、リンス処理（ステップ１０４）及び乾燥処理（ステップ１０６）を行う場合を示したが、このリンス処理（ステップ１０４）及び乾燥処理（ステップ１０６）を省略し、続けて精エッチング処理（ステップ１０８）を行うこともできる。この場合でも、リンス処理（ステップ１０４）及び乾燥処理（ステップ１０６）を行わない以外は、前述した図１に示した第１の態様の工程順の場合と同様に各工程を行えばよく、再度の説明は省略する。
【実施例】  以下に本発明の実施例をあげて説明するが、これらの実施例は限定的に解釈すべきものでないことはいうまでもない。
（実験例１）
底面（裏面）が鏡面状態の６インチの試料ウェーハを図１に示した工程に従って処理した。粗エッチング処理工程では、スピンエッチング装置（三益半導体工業（株）製、商品名：ＭＳＥ−２０００）を用い、試料ウェーハの回路パターンが作り込まれた面を吸着保持し、その反対面（底面）に薬液が流下されるようにして、回転速度を５００ｒｐｍに設定し、試料ウェーハを粗面化処理用薬液（フッ酸：５ｗｔ％、硝酸：５ｗｔ％、硫酸：８９ｗｔ％、水：１ｗｔ％）により２４℃で５０秒間の粗エッチング処理をした。
その後、該試料ウェーハをリンス、乾燥させた。当該試料ウェーハの裏面の中心部分の表面状態を測定した結果、平均表面粗度Ｒａは０．２３μｍであった。その表面状態の拡大写真を図３（ａ）に示す。
精エッチング処理工程では、スピンエッチング装置（三益半導体工業（株）製、商品名：ＭＳＥ−２０００）を用い、回転速度を１４００ｒｐｍに設定して、上記粗エッチング処理後の試料ウェーハを鏡面化処理用薬液（フッ酸：５ｗｔ％、硝酸：４０ｗｔ％、硫酸：２０ｗｔ％、燐酸：１５ｗｔ％、水２０ｗｔ％）により２４℃で１０秒間の精エッチング処理をした後、該試料ウェーハをリンス、乾燥させた。この１０秒間の精エッチング処理工程を１２回繰り返して実施し、各工程後の試料ウェーハの裏面の中心部分の表面状態を測定した。その結果を表１に示す。また、この１０秒間の精エッチング処理工程を３回実施（合計３０秒間）後の当該試料ウェーハの裏面の中心部分の写真を図３（ｂ）に、６回実施（合計６０秒間）後の当該ウェーハの裏面の中心部分の写真を図３（ｃ）に、１２回実施（合計１２０秒間）後の当該試料ウェーハの裏面の中心部分の写真を図３（ｄ）に示す。
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表１に示した如く、精エッチング処理の処理時間に応じてウェーハ裏面の平均表面粗度Ｒａが減少し、最大表面粗度Ｒｍａｘも減少していた。
さらに、１０秒間の精エッチング処理工程を１２回実施（合計１２０秒）した後の当該試料ウェーハに対し、上端部、右端部、下端部、左端部及び中央部の平均表面粗度Ｒａを測定した。その結果を表２に示す。
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表２に示した如く、いずれの測定部位でも平均表面粗度Ｒａのばらつきはなく、面内均一性は非常に優れていた。
（実験例２）
底面（裏面）がＢＧ面状態の試料ウェーハを用いた以外は実験例１と同様の条件により実験を行った。粗エッチング処理工程後（精エッチング処理工程前）の試料ウェーハの裏面の中心部分の粗面状態を測定した結果、平均表面粗度Ｒａは０．２３であった。当該試料ウェーハの裏面の中心部分の写真を図４（ａ）に示す。
精エッチング処理工程後の試料ウェーハの裏面の中心部分の表面状態を測定した結果を表３に示す。また、精エッチング処理３回実施（合計３０秒）後の当該ウェーハの裏面の中心部分の写真を図４（ｂ）に、６回実施（合計６０秒）後の当該ウェーハの裏面の中心部分の写真を図４（ｃ）に、１２回実施（合計１２０秒）後の当該ウェーハの裏面の中心部分の写真を図４（ｄ）に示す。
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表３に示した如く、精エッチング処理の処理時間に応じてウェーハ裏面の平均表面粗度Ｒａが減少していた。
さらに、１０秒間の精エッチング処理工程を１２回実施（合計１２０秒）した後の当該試料ウェーハに対し、上端部、右端部、下端部、左端部及び中央部の平均表面粗度Ｒａを測定した。その結果を表４に示す。
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表４に示した如く、いずれの測定部位でも平均表面粗度Ｒａのばらつきはなく、面内均一性は非常に優れていた。
【産業上の利用可能性】  以上述べた如く、本発明のウェーハの粗面処理方法によれば、平均表面粗度Ｒａを所望の数値に容易に制御することが可能であり、面内均一性に優れ、且つ電気的特性の向上と機械的強度の向上が両立したウェーハの粗面処理方法を提供することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2005036629.tif 000014
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