(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハを結晶から分離し、半導体ウェーハの前面および裏面から材料を切除する連続加工工程で処理する、半導体ウェーハを製造する方法であり、以下の加工工程：
機械的加工工程、
半導体ウェーハを酸化し、半導体ウェーハの前面からフッ化水素を含有するガス状エッチング剤を用いて２０〜７０℃の温度で材料を切除するエッチング工程、および半導体ウェーハの前面を研磨する研磨工程
を有し、その際半導体ウェーハの前面を研磨する加工工程が全体として５μｍ以下である材料の切除を生じる、半導体ウェーハを製造する方法。
【請求項２】
機械的加工工程を除いた半導体ウェーハの前面の加工工程が、全体として２５μｍ以下である半導体ウェーハの前面の材料の切除を生じる請求項１記載の方法。
【請求項３】
機械的加工工程を除いた半導体ウェーハの裏面の加工工程が全体として２５μｍ以下である半導体ウェーハの裏面の材料の切除を生じる請求項１記載の方法。
【請求項４】
半導体ウェーハの前面をガス状エッチング剤を用いて３０〜７０℃の温度で処理する請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ガス状エッチング剤が酸化剤を含有する請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
ガス状エッチング剤がイソプロパノールを含有する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
ガス状エッチング剤が水を含有する請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
加工工程が、液相中のエッチング工程、ガス状エッチング剤でのエッチング工程、切除研磨として行われる両面研磨および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
加工工程が、半導体ウェーハの前面または前面と裏面の微細研削工程、液相中のエッチング工程、ガス状エッチング剤でのエッチング工程、切除研磨として行われる両面研磨および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
加工工程が、液相中のエッチング工程、半導体ウェーハの前面または前面と裏面の微細研削工程、ガス状エッチング剤でのエッチング工程、切除研磨として行われる両面研磨および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
加工工程が、半導体ウェーハの前面または前面と裏面の微細研削工程、ガス状エッチング剤でのエッチング工程、切除研磨として行われる両面研磨および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
加工工程が、半導体ウェーハの前面または前面と裏面の微細研削工程、ガス状エッチング剤でのエッチング工程および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
加工工程が、ガス状エッチング剤でのエッチング工程、切除研磨として行われる両面研磨および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
加工工程が、ガス状エッチング剤でのエッチング工程、液相中のエッチング工程、切除研磨として行われる両面研磨および前面の光沢研磨の連続工程を有する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
ガス状エッチング剤を用いて半導体ウェーハの裏面から材料を切除する請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、半導体ウェーハを結晶から分離し、一連の加工工程にかけることにより研磨した半導体ウェーハを製造する方法である。
【背景技術】
【０００２】
研磨した半導体ウェーハの製造は半導体ウェーハを結晶、例えばシリコンからなる結晶から分離した後に、一連の加工工程を必要とし、前記工程は目的により大きく２つの群に分けることができる。形を形成する加工工程（ウェーハ加工工程）および平滑化加工工程である。形を形成する加工工程は特に半導体ウェーハに仕上げた縁部および平らで平行な互いに向かい合う面により特徴付けられる形を与えることを目的とする。これらの面の少なくとも１つ、一般に前面は引き続く処理経過でなお少ない粗さを有し、従って電子回路を製造するための基板としてきわめて適した研磨した状態にする。形を与える加工工程には半導体ウェーハの縁部の仕上げのほかに特にラッピングおよび面の研削が属する。最後の２つの機械的加工工程は一緒に使用し、研削に続いてラッピングするか、または２つの加工工程の一方のみを行うようにして使用できる。面の研削は粗い研削工程および細かい研削工程に分かれる。粗い研削の場合は材料を一緒に粗く、急速に切除し、高い粗さおよび結晶格子に深く達する損傷が残る。細かい研削の場合は反対の状態になる。更に研削が半導体ウェーハの一方の面に限定されるかまたは半導体ウェーハの両方の面を含む。両面を研削する場合は、これは相前後してまたは１つの工程で実施できる。達成される形の尺度であり、例えば厚さの変動によりまたは包括的な平坦度により示される、形を与える加工工程の終了時に達成されるウェーハの形は、一般に引き続く面を平滑にする加工工程によりもはや向上できない。形の形成の後に達成される形状は引き続く加工工程により劣化するという問題が存在する。
【０００３】
形を与える加工工程の進行中に半導体ウェーハの表面に近い領域が損傷するので、引き続く平滑にする加工工程は損傷した領域を除去することを目的とする。この加工工程には特にエッチング工程および研磨工程が属する。エッチングの場合は、例えば半導体ウェーハをエッチング剤に浸漬し、場合によりエッチング剤を循環することにより液状エッチング剤を半導体ウェーハに導入する。そのために、例えばＫＯＨを含有するアルカリｐＨ値を有する液状エッチング剤は、形を与える加工工程の後に達成される半導体ウェーハの形状をほとんど損なわないことが知られている。しかし表面の粗さの増加を生じる欠点を有する。更にしばしば微量の金属により半導体ウェーハの汚染源を形成する。酸性ｐＨを有する液状エッチング剤、例えばＨＦおよびＨＮＯ３の混合物を有するエッチング剤はこの欠点を示さないが、アルカリエッチング剤より性能が低く、これは形状の維持に関係する。従ってアルカリ性および酸性反応エッチング剤を順次使用し、それぞれの利点を組合せ、それぞれの欠点を少ない程度に使用することがすでに提案された。
【０００４】
ＨＦを気体の状態で、一般に蒸気として、半導体ウェーハに導入し、半導体ウェーハに存在する酸化物を水およびＳｉＦ４の形成下に溶解することによる、気相エッチングにより半導体ウェーハを薄くする方法が記載される（特許文献１参照）。酸化物を形成するために、Ｏ３のような酸化剤が必要であり、酸化剤は半導体ウェーハのＨＦで処理すべき表面に導入する。この過程をＨＦと酸化剤を同時に導入するように時間的に形成することができる。気相エッチングの特別の利点はエッチング剤の消費量が液体エッチング剤を使用する場合より著しく少なく、エッチング後に液状エッチング剤を使用して行われる半導体ウェーハの洗浄があまり激しくないかまたは完全に省くことができることにある。
【０００５】
電子回路の製造者が特に半導体ウェーハの前面に課する欠陥の不在および平坦度に関する要求は、エッチング工程だけを使用して満足するためには、要求が高い。むしろ少なくとも１つの研磨工程を行い、研磨工程を使用して損傷した結晶領域を除去し、少なくとも前面の粗さを減少することが必要である。ウェーハ面当たり少なくとも約１０μｍの材料の切除を有する半導体ウェーハの両面を把握する切除研磨（ストックポリッシング）が特に有利に適用され、これに続いて１μｍ未満の材料切除を有する前面に限定された光沢研磨（ミラーポリッシング）を行う。両面の切除研磨は同時に行われる両面研磨として行われ、または２つの相次いで行われる片面研磨工程を有する。研磨の有利な作用に対して、研磨がかなり高価な処理工程であり、高価な研磨剤および研磨布を消費し、切除研磨が形を与える加工工程により達成される半導体ウェーハの形状を不利に変化することが欠点である。更に研磨剤に含まれる微量の金属が半導体ウェーハの上および内部に到達し、その際この作用は研磨の時間に依存する。
【特許文献１】米国特許（ＵＳ−Ａ１）２００４／００２０５１３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、研磨した半導体ウェーハが製造者を満足する必要がある多くの要件および半導体ウェーハを使用する加工工程の部分的に逆行する作用を考慮して、半導体ウェーハの品質の要求に完全に適合し、同時に経済的である加工工程を見出すことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の対象は、半導体ウェーハを結晶から分離し、半導体ウェーハの前面および裏面から材料を切除する連続加工工程で処理し、以下の加工工程：
機械的加工工程、
半導体ウェーハを酸化し、半導体ウェーハの前面からフッ化水素を含有するガス状エッチング剤を用いて２０〜７０℃の温度で材料を切除するエッチング工程、および半導体ウェーハの前面を研磨する研磨工程を有し、その際半導体ウェーハの前面を研磨する加工工程が全体として５μｍ以下である材料の切除を生じる、半導体ウェーハを製造する方法である。
【０００８】
前記方法は、半導体ウェーハの加工される面の平滑化に使用される加工工程として、少なくとも前面の気相エッチングを有する。気相エッチングが平滑な、粗さが減少した作用を発揮することは知られてなく、予想されないことであった。平滑作用は少ない量の材料を除去することによりすでに確認できる。特に切除研磨の前に存在する加工工程としての平滑化加工工程の列への気相エッチングの組み込みは品質を損なわずに半導体ウェーハの一方の面の全部の切除量の明らかな減少を可能にする。減少した全部の切除量は、特に全体として光沢研磨を含めて、５μｍ以下、特に２.５μ以下の半導体ウェーハの一方の面の材料を研磨しなければならないように切除研磨を短縮できることにより実現する。半導体ウェーハの面の平坦度の要求に応じて切除研磨を完全に省くことができる。平滑化のための気相エッチングの使用は前記の切除研磨で生じる問題を大部分回避することを可能にし、このために他の欠点を甘受しなくてよい。
【０００９】
気相エッチングは有利に湿った環境で、供給された水の存在で行われる。例えば水を、半導体ウェーハの処理すべき面に噴霧し、気相エッチングを開始する。選択的に酸化剤またはガス状エッチング剤または両方に、これらの物質が半導体ウェーハに達する前に、例えばこれらの物質に水を導入することにより水を添加することができる。有利にＯ３である酸化剤を、ガス状エッチング剤の前にまたはガス状エッチング剤と一緒に、半導体ウェーハの処理すべき面に導入する。純水の代わりに、オゾン含有水を半導体ウェーハの処理すべき面に供給することができる。供給されるガス状エッチング剤はＨＦのほかに１種以上の他の物質、例えばキャリアガス、例えばＮ２、水蒸気、またはＯ３を含有することができる。添加剤、例えばイソプロパノールを添加し、ウェーハ表面の湿潤を強化することができる。半導体ウェーハの気相エッチングは有利に個々のウェーハ処理の形で行い、この間に半導体ウェーハの前面または前面と裏面を同時にエッチングする。このために適した反応器は例えばすでに引用された米国特許２００４／００２０５１３号に記載されている。しかし複数の半導体ウェーハを同時に気相エッチングで処理することができ、その際片面および両面の処理から選択する。
【００１０】
気相エッチングは２０〜７０℃の温度で実施し、その際少なくとも半導体ウェーハ、供給されたエッチング剤または供給された水をこの温度にする。３０〜７０℃の温度範囲が有利であり、それはこれより低い温度では処理される面の平滑化が遅く行われ、これより高い温度では平滑化作用が実現せず、処理される面の粗さが高まるからである。４０℃の温度が特に有利である。
【００１１】
気相エッチングは有利に複数の部分工程からなり、これらの初めと終わりに、同様に有利に半導体ウェーハの処理される面を水で洗浄する、短い洗浄工程が存在してもよい。有利に１〜２０回、特に５〜１０回繰り返される、この部分工程は、例えば半導体ウェーハの処理すべき面に水を噴霧し、ＨＦまたはＯ３を含有するガス状エッチング剤を半導体ウェーハの処理すべき面に供給し、これらの面を所定の作用時間の経過後に水で洗浄することからなる。水、ＨＦおよび酸化剤の供給に関することの代わりにもちろん前記の選択案を使用することができる。
【００１２】
本発明は気相エッチングを使用して、半導体ウェーハの目的の形状および半導体ウェーハの処理される面の目的平坦度を達成するために、他の平滑加工工程の使用により必要とされる材料の切除を最小にするように、気相エッチングにより処理されるウェーハ面を平滑にすることを目的とする。この目的は、使用される機械的加工工程を除くすべての加工工程の全部の切除がウェーハ面で２５μｍ以下であり、これから切除を省いた材料の切除が５μｍ以下である場合に、達成されるとみなされる。全部の材料切除の気相エッチングを省いた割合は、気相エッチングの前の半導体ウェーハの処理すべき面を示す粗さに依存する。例えばラッピング工程の後に行われる気相エッチングは、所定の平滑化を生じるために、微細研削後に行われる気相エッチングより高い材料の切除を必要とする。半導体ウェーハの一方の面の気相エッチングにより生じた材料の切除は有利に０.１〜４μｍ、特に１〜２μｍである。米国特許２００４／００２０５１３号で理解されるような半導体ウェーハの薄さはこの場合は実現されない。
【００１３】
液相中のエッチングの際に生じた材料の切除は有利に２〜５０μｍ、特に５〜１５μｍである。アルカリ性ｐＨ値または酸性ｐＨ値を有する液体エッチング剤を使用できる。ＨＦおよびＨＮＯ３の混合物を含有する酸性ｐＨ値を有する液体エッチング剤およびＫＯＨを含有するアルカリ性反応エッチング剤が特に有利である。同様にアルカリ性反応エッチング剤でまずエッチングし、その際有利に１〜４μｍ、特に有利に２〜３μｍ材料を切除し、引き続き場合により水での中間洗浄工程の後に、酸性反応エッチング剤でエッチングし、その際１０〜１５μｍ材料を切除するような順序で、エッチング剤を組み合わせて使用することが有利である。
【００１４】
５μｍ以下の切除研磨により達成される材料の切除は有利に０〜５μｍ、特に３〜５μｍであり、これは同様に両面研磨により有利に達成され、その際半導体ウェーハの両面を同時に研磨する。最後に引き続く光沢研磨を行い、その際電子回路を製造するための土台を形成する半導体ウェーハの面、一般に前面を研磨する。光沢研磨の材料切除は１μｍ未満、有利に０.０５〜１μｍ、特に０.１〜０.３ｍである。
【００１５】
結晶から半導体ウェーハを分離後に行う、形を与える加工工程を考慮する場合は、少なくとも１つのラッピング工程または少なくとも１つの粗研削工程を含み、半導体ウェーハの両面を同時に研削する、連続加工工程またはラッピング工程と粗研削工程の組合せを有する工程が有利である。更に以下の連続加工工程が特に有利である。
ａ）液相中のエッチング工程、続く前記方法で行われる、少なくとも前面の気相エッチング、続く前記の材料の切除を有する切除研磨として行われる両面研磨、続く前記の材料の切除を有する前面の光沢研磨、
ｂ）半導体ウェーハの前面または両面の微細研削工程、続く列ａ）による加工工程、
ｃ）液相中のエッチング工程、続く半導体ウェーハの前面または両面の微細研削工程、続く前記方法で行われる、少なくとも前面の気相エッチング、続く前記の材料の切除を有する切除研磨として行われる両面研磨、続く前記材料切除を有する前面の光沢研磨、
ｄ）半導体ウェーハの前面または両面の微細研削、続く前記方法で行われる少なくとも前面の気相エッチング、続く前記材料切除を有する切除研磨として行われる両面研磨、続く前記材料の切除を有する前面の光沢研磨、
ｅ）半導体ウェーハの前面または両面の微細研削工程、続く前記方法で行われる少なくとも前面の気相エッチング、続く前記材料切除を有する前面の光沢研磨、
ｆ）前記方法で行われる少なくとも前面の気相エッチング、続く前記材料の切除を有する切除研磨として行われる両面研磨、続く前記材料の切除を有する前面の光沢研磨、
ｇ）前記方法で行われる少なくとも前面の気相エッチング、続く液相中のエッチング工程、続く前記材料の切除を有する切除研磨として行われる両面研磨、続く前記材料の切除を有する前面の光沢研磨。
【００１６】
本発明に含まれない連続加工工程により前面の気相エッチングが省かれ、気相エッチングを裏面の平滑化にのみ使用するが、前面は一般的な方法で加工する。この連続は例えばアルカリｐＨ値を有するエッチング剤を使用する液相中のエッチング工程、続く前記方法により行われる基板裏面の気相エッチング、続く前記材料切除を有する切除研磨として行われる両面研磨、前記材料切除を有する前面の光沢研磨を含む。
【００１７】
付加的に前記加工工程は半導体ウェーハの面の材料の切除を生じない、他の加工工程、例えば洗浄、精製工程、縁部の面取り、および縁部研磨工程、レーザー標識化の取り付け、および乾燥処理が本発明の方法に組み込まれていてもよい。この方法で製造される研磨された半導体ウェーハは直接基板として電子回路に使用するかまたはＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレーター）基板、エピタキシャル堆積層（エピ層）または張設層（ストレインドシリコン層）を有する基板のような基板に更に使用できる。
【００１８】
例１
直径３００μｍおよび面の粗さＲａ０.２３μｍを有する（試験測定装置、ペルトメーター、製造Ｈｏｍｍｅｌ社、で測定した、）シリコンからなるラッピングした半導体ウェーハを前記工程ａ）による加工工程で処理した。液相中のエッチング工程は酸性ｐＨ値を有するエッチング剤を使用して行い、エッチング面に１０μｍの材料の切除を生じた。引き続く気相エッチングを使用してエッチングされた前面から材料を２μｍ除去し、引き続く研磨により全部で更に５μｍのこの面を切除した。図１には連続加工工程での半導体ウェーハの前面の粗さＲａの変動がグラフで示される。
【００１９】
例２
直径３００ｍｍおよび微細研削面を有するシリコンからなる半導体ウェーハを前記工程ｃ）によりエッチングし、研磨した。図２には異なる材料切除での、微細研削後および気相エッチング後のチャップマンＭＰ２０００／１Ｐｒｏｆｉｌｅｒで測定したＲＭＳ粗さがグラフで示される。微細研削後にすでに低い粗さ（２７５ÅＲＭＳ、２５０μｍフィルター）により１μｍの材料の切除が平滑化（１７５ÅＲＭＳ、２５０μｍフィルター）を生じ、材料の切除の増加により気相エッチングにより更に増加しなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】連続加工工程での半導体ウェーハの前面の粗さＲａの変動を示す図である。
【図２】異なる材料切除での、微細研削後および気相エッチング後のチャップマンＭＰ２０００／１Ｐｒｏｆｉｌｅｒで測定したＲＭＳ粗さの図である。
【図１】
0004532521.tif 000002
【図２】
0004532521.tif 000003