(57)【要約】【課題】デバイス構造を形成した半導体デバイスプロセスの後工程において、所定の表面処理を施して、ゲッタリングシンク層を設けることにより、良好な抗折強度を維持しつつ、シリコンウェーハ裏面からデバイス活性領域への重金属の拡散を有効に抑制することができる、シリコンウェーハ及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】裏面研削工程の粗研削として、♯320〜♯2000の研削砥石を用いてウェーハの厚さを120μm程度まで研削した後、♯8000〜♯24000の研削砥石を用いて仕上げ研削を行う。裏面研削後、加工変質層を化学機械研磨法又は乾式研磨法により研磨する。その際、加工変質層の膜厚が100nm以下になることが好ましい。以上の研削及び研磨により、シリコンウェーハ裏面に残存している加工変質層が、良好な抗折強度をもつゲッタリングシンク層として形成させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス構造が形成されたシリコンウェーハの裏面に、良好な抗折強度をもつゲッタリングシンク層を設けるように所定の表面処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【請求項２】
前記所定の表面処理は、前記シリコンウェーハの裏面を所定のウェーハの厚さまで研削して、前記裏面に加工変質層を形成する工程と、前記加工変質層を所定の膜厚に制御するため、所定の研磨方法により研磨を行う工程とで構成され、所定膜厚の加工変質層が前記ゲッタリングシンク層である請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項３】
前記裏面研削により薄厚化した所定のシリコンウェーハの厚さは、100μm以下である請求項２記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項４】
前記加工変質層の所定の膜厚は、100nm以下である請求項２又は３記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項５】
前記所定の研磨方法は、化学機械研磨法又は乾式研磨法である請求項２、３又は４記載のシリコンウェーハの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の方法により製造されたシリコンウェーハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウェーハ及びその製造方法に関し、より詳細には、半導体デバイスプロセスの前工程を完了したシリコンウェーハ製造の後工程で、良好な抗折強度を維持しつつ、不純物混入した重金属のデバイス形成領域への拡散を抑制した薄厚シリコンウェーハの製造技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話及びデジタルスチルカメラのような電子機器等の技術の発展に伴い、これら機器へ内蔵する半導体デバイスパッケージの薄厚化が伸展している。パッケージを薄厚化するためには、半導体デバイスチップの薄厚化が必須であり、現在多くの薄厚化されたデバイスチップが製造されている。
【０００３】
半導体デバイスプロセスは、デバイス構造を形成する前工程と、裏面研削等を行う後工程とに大別されている。半導体デバイスプロセスでの問題点としては、シリコンウェーハ中へ好ましくない不純物である重金属の混入が挙げられる。重金属が混入した場合、ポーズタイム不良、リテンション不良、接合リーク不良、及び酸化膜の絶縁破壊といったデバイスの電気特性に著しい悪影響をもたらす。このため、シリコンウェーハの表面側のデバイス形成（活性）領域に重金属が拡散するのを抑制するため、ゲッタリング法を採用するのが一般的である。
【０００４】
従来のゲッタリング法としては、シリコンウェーハ内部の微小欠陥をゲッタリングシンク（捕獲領域）として利用する、いわゆるＩＧ法と、ウェーハのデバイス形成面とは反対の面（裏面）にサンドブラスト法等を用いて機械的歪みを与えたり、多結晶シリコン膜を堆積させる、いわゆるＥＧ法が知られている。
【０００５】
上記した従来のゲッタリング法は、半導体デバイスプロセスの前工程（デバイス作製工程）についてのものがほとんどであって、拡散した重金属を除去するには、600℃以上で熱処理することが必要である。一方、後工程においては、熱処理温度がせいぜい300℃程度であるため、重金属を十分に除去することが困難である。
【０００６】
また、後工程において、重金属のウェーハ内への拡散を抑制する方法としては、例えば、特許文献１及び２に記載されているような、ウェーハ裏面に加工変質層（加工歪層）をゲッタリングシンク層とする方法が挙げられる。スライス後のウェーハ裏面の研削と研磨を調整することで、ウェーハの裏面に加工変質層を残存させ、残存した加工変質層をゲッタリングシンク層としてゲッタリングを行うというものである。
【特許文献１】特開２００５−３１１０２５号公報
【特許文献２】特開２００５−７２１５０号公報
【０００７】
しかしながら、加工変質層は転位等の結晶欠陥で構成されるため、加工変質層の膜厚が大きくなるほど結晶欠陥の存在により脆性破壊が生じやすく、シリコンウェーハの抗折強度が低下する問題があった。このため、良好な抗折強度を保つためには、加工変質層を除去する必要があるが、この場合には、後工程において重金属のウェーハ内の拡散を抑制することができない。
【０００８】
このため、後工程において、重金属のウェーハ内への拡散を抑制しつつ、良好な抗折強度をもつシリコンウェーハを製造した事例は現状では見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、デバイス構造を形成した半導体デバイスプロセスの後工程において、所定の表面処理を施して、ゲッタリングシンク層を設けることにより、良好な抗折強度を維持しつつ、シリコンウェーハ裏面からデバイス活性領域への重金属の拡散を有効に抑制することができる、シリコンウェーハ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）デバイス構造が形成されたシリコンウェーハの裏面に、良好な抗折強度をもつゲッタリングシンク層を設けるような、所定の表面処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
【００１１】
（２）前記所定の表面処理は、前記シリコンウェーハの裏面を所定のウェーハの厚さまで研削して、前記裏面に加工変質層を形成する工程と、前記加工変質層を所定の膜厚に制御するため、所定の研磨方法により研磨を行う工程とで構成され、所定膜厚の加工変質層が前項ゲッタリングシンク層である上記（１）記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１２】
（３）前記裏面研削により薄厚化した所定のシリコンウェーハの厚さは、100μm以下である上記（２）記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１３】
（４）前記加工変質層の所定の膜厚は、100nm以下である上記（２）又は（３）記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１４】
（５）前記所定の研磨方法は、化学機械研磨法又は乾式研磨法である上記（２）、（３）又は（４）記載のシリコンウェーハの製造方法。
【００１５】
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項記載の方法により製造されたシリコンウェーハ。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、デバイス構造を形成した半導体デバイスプロセスの後工程において、所定の表面処理を施して、ゲッタリングシンク層を設けることにより、良好な抗折強度を維持しつつ、シリコンウェーハ裏面からデバイス活性領域への重金属の拡散を有効に抑制することができる、シリコンウェーハ及びその製造方法を提供することが可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、この発明に従うシリコンウェーハの製造方法について図面を参照しながら説明する。
図１(a)〜(c)は、この発明の製造方法によってシリコンウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。
【００１８】
この発明に従うシリコンウェーハの製造方法は、半導体デバイスプロセスの後工程、具体的にはデバイス構造が形成されたシリコンウェーハの裏面にゲッタリングシンク層を設けるように所定の表面処理を施すことにある。前記所定の表面処理は、前記シリコンウェーハの裏面を所定のウェーハの厚さまで研削して、前記裏面に加工変質層を形成する工程と、前記加工変質層を所定の膜厚に制御するため、所定の研磨方法により研磨を行う工程とで構成され、所定膜厚の加工変質層がゲッタリングシンク層であることが好ましい。従来の半導体デバイスプロセスの後工程においては、シリコンウェーハを所定の厚さに減厚するため、研削や研磨を行うのが一般的であり、特に研削中に、シリコンウェーハが重金属で汚染される危険性がある。また、研削すると、ウェーハ裏面に加工変質層が生じることが知られており、従来は、その後に行われる化学機械研磨（CMP）等により加工変質層を完全に除去していた。しかしながら、発明者らが鋭意検討を行ったところ、この加工変質層の膜厚を制御し、積極的に加工変質層を残存させることで、重金属のゲッタリング層としての作用を有すること、及びある程度の膜厚であれば、抗折強度が低下することなく維持できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１９】
ゲッタリングシンク層を上記加工変質層とする場合の製造方法の一例を以下で説明する。
前工程としては、常法に従って行えばよい。その後行う後工程として、まず裏面研削工程を行う。裏面研削工程は、例えば図１(a)に示すように、粗研削として、♯320〜♯2000の研削砥石を用い、例えば750μmの厚さのウェーハを100〜120μm程度まで裏面を粗研削した後、♯8000〜♯24000の研削砥石を用いて、所定のウェーハ厚さ、好適には100μm以下になるまで仕上げ研削を行う（図１(b)）。研削工程終了時のシリコンウェーハの厚さが100μmよりも厚いと、デバイスチップのパッケージ厚を1mm以下に設計できなくなり、薄厚化の点で好ましくないからである。
【００２０】
本発明では、上記裏面研削により、加工変質層を形成する。その後、裏面研削により生成した加工変質層を、所定の膜厚、好適には100nm以下、より好適には70nm以下になるまで化学機械研磨（CMP）又は乾式研磨により研磨する（図１(c)）。加工変質層は転位などの結晶欠陥で構成されるため、加工変質層の膜厚が大きくなるほど結晶欠陥の存在による脆性破壊が生じやすく、その結果、十分な抗折強度を維持できなくなる恐れがあるからである。
【００２１】
以上の研削及び研磨により、シリコンウェーハ裏面に所定膜厚の加工変質層を形成し、この所定膜厚の加工変質層により、良好な抗折強度を具備しつつ、後工程で生じた重金属を捕獲することができる。
【００２２】
図２(a)〜(c)は、本発明の方法にて研削及び研磨して、裏面に所定膜厚の加工変質層を形成するまでのシリコンウェーハの断面変化を透過型電子顕微鏡（TEM）で観察したときの写真を一例として示す。図２(a)は、裏面研削前のシリコンウェーハの断面図、図２(b)は、♯360〜2000で粗研削した後のシリコンウェーハの断面図、図２(c)は、♯24000で仕上げ研削した後、乾式研磨により加工変質層の厚さを20nmに調整した後のシリコンウェーハの断面図を示したものである。また図３は、♯360〜2000で粗研削した後、化学機械研磨により加工変質層を完全に除去した従来のシリコンウェーハの断面図を示したものである。
【００２３】
上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。例えば、本発明は研削及び研磨の仕方を制御することにより加工変質層を残存させゲッタリングシンク層を形成しているが、ウェーハ裏面に加工変質層と同様の皮膜構造をもつ膜を気相成膜法等の他の表面処理により形成してもよい。
【実施例】
【００２４】
（実施例１）
裏面研削装置にて、♯360の砥石と♯2000の砥石を順次用いて、厚さ720μmのシリコンウェーハの（図４(a)）の裏面を粗研削した。この粗研削後の、シリコンウェーハの厚さは440μm、加工変質層の膜厚は400nmであった（図４(b)）。次いで、♯24000の砥石で仕上げ研削した。この仕上げ研削後、シリコンウェーハの厚さは420μm、加工変質層の膜厚は70nmであった（図４(c)）。続いて、乾式研磨法により加工変質層の膜厚が95nmになるまで研磨した（図４(d)）。
【００２５】
（実施例２）
乾式研磨により、加工変質層の膜厚を87nmになるまで研磨した。その他の工程は、実施例１と同様である。
【００２６】
（実施例３）
乾式研磨により、加工変質層の膜厚を70nmになるまで研磨した。その他の工程は、実施例１と同様である。
【００２７】
（実施例４）
乾式研磨により、加工変質層の膜厚を20nmになるまで研磨した。その他の工程は、実施例１と同様である。
【００２８】
（比較例１）
乾式研磨により、加工変質層の膜厚を200nmになるまで研磨した。その他の工程は、実施例１と同様である。
【００２９】
（比較例２）
化学機械研磨（CMP）により、加工変質層がなくなくなるまで研磨した。その他の工程は、実施例１と同様である。
【００３０】
（評価方法）
その後、評価のために作製した各シリコンウェーハに対して、スピンコートによりNi汚染溶液を1×1012atoms/cm2表面に塗布し、熱処理炉に投入し900℃で30分窒素中にて拡散熱処理する強制汚染処理を行った。実施例１〜４並びに比較例１及び２で作製した各供試ウェーハについて、ライトエッチングを行い、ウェーハ裏面のシャローピットを光学顕微鏡観察することで、加工変質層のゲッタリング能力の有無を評価した。また、加工変質層の膜厚に対する抗折強度についても測定し、併せて評価した。
なお、ゲッタリング能力の有無はウェーハ裏面の加工変質層に現れるシャローピットにより確認することができる。シャローピットとは、ウェーハ表面を選択エッチングした際に主に金属汚染が原因で発生する微小ピットのことであり、加工変質層部にシャローピットが多く存在していれば、それだけウェーハ中に拡散していた重金属を捕獲するゲッタリングシンクとしての役目を果たしていることがわかる。
また、シリコンウェーハの抗折強度は、３点曲げ測定法により測定した。測定条件は、市販されている精密万能試験機を用い、破壊荷重を20kgf未満、試験速度を0.05mm/min以上500mm/min以下、破壊応力を500MPa以下で行った。
評価結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
表１の結果から、実施例１〜５及び比較例１はいずれもゲッタリング能力を有しており、加工変質層がゲッタリングシンクとして働いていることを示している。一方、比較例２は、ウェーハ中にゲッタリングシンク層がないことからバルク中にほとんどのNiが存在していた。また、加工変質層の膜厚が薄くなるほど抗折強度は大きくなっており、厚さが420μmでのシリコンウェーハで必要な抗折強度は500MPa以上必要であるが、実施例１〜４はいずれも適している。また、乾式研磨の変わりに化学機械研磨により、加工変質層の膜厚を100nmにした場合についても、ゲッタリング能力と抗折強度について評価したが、上述した乾式研磨の場合と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
この発明によれば、デバイス構造を形成した半導体デバイスプロセスの後工程において、所定の表面処理を施して、ゲッタリングシンク層を設けることにより、良好な抗折強度を維持しつつ、シリコンウェーハ裏面からデバイス活性領域への重金属の拡散を有効に抑制することができる、シリコンウェーハ及びその製造方法を提供することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の製造方法によってシリコンウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートであって、(a)は粗研削、(b)は仕上げ研削、及び(c)は研磨のイメージを示す。
【図２】この発明の方法により得られたウェーハの断面を、TEM（透過型電子顕微鏡）により観察した写真であって、(a)は研削前の状態、(b)は♯360〜2000で粗研削した後の状態、(c)は♯24000で仕上げ研削した後、乾式研磨により加工変質層の膜厚を20nmに制御したときの状態を示す。
【図３】従来のシリコンウェーハの断面を、TEM（透過型電子顕微鏡）により観察した写真であって、化学機械研磨により加工変質層を完全に除去した状態を示す。
【図４】実施例１及び比較例２の研削・研磨によるシリコンウェーハの断面変化を説明するための図であって、(a)は研削前の状態、(b)は粗研削後の状態、(c)は仕上げ研削後の状態、及び(d)は化学機械研磨により加工変質層の膜厚を制御したときの状態（実施例１）、また(e)は化学機械研磨により加工変質層を完全に除去したときの状態（比較例２）を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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