JP3620683B2 - 半導体ウエーハの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハの製造方法、特に半導体シリコン鏡面ウエーハの製造方法における、スライス工程後に発生するウエーハのワレ、カケ、クラック等を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に半導体ウエーハの製造方法における主な工程としては、図２に流れ図を示すように、単結晶引上装置等によって育成された単結晶棒をスライスして薄円板状のウエーハを得るスライス工程Ａと、該スライス工程Ａで得られたウエーハの割れや欠けを防ぐためにその外周エッジ部を面取りする面取り工程Ｂと、面取りされたウエーハをラッピングしてこれを平坦化するラッピング工程Ｃと、面取りおよびラッピングされたウエーハ表面に残留する加工歪を除去するエッチング工程Ｄと、このウエーハの表面を鏡面状に研磨する鏡面研磨工程Ｅと、鏡面研磨されたウエーハを洗浄してこれに付着した研磨材や異物を除去する洗浄工程Ｆ、から成る。
そして、これらの工程はよりウエーハ精度を高めるために多段階に分けて行われたり、これらの工程に加えて、必要に応じ熱処理工程、洗浄工程が適宜行われたり、あるいは工程順が一部変更、省略されたりされる。
【０００３】
このうち単結晶棒をスライスするスライス工程Ａは、従来切断速度（生産性）、切断効率（歩留）、切断精度（品質）等の点から内周刃切断装置により行われるのが一般的であった。
【０００４】
ところが、近年半導体デバイスがより高集積化・高精度化されるのに伴い、半導体基板材料となるウエーハの大直径化が進むにつれて、上記内周刃切断装置も大型化してきたが、直径８インチあるいは１２インチ以上といった単結晶棒の切断が要求されるにいたり、内周刃切断装置では装置が大がかりなものになってしまう反面、切断速度も上がらず、特に強度上刃厚を厚くしなければならず、切断しろが相対的に多くなり、高価な半導体材料の切断歩留が低下するという問題がある。
【０００５】
そこで、近年半導体単結晶棒のスライスには、ワイヤソーが用いられる場合が多くなってきた。ワイヤソーであれば単結晶棒の直径にかかわらず、棒全体を一度に切断できるため、総合的にみた切断速度が速いし、細いワイヤを用いて切断するので、切断しろも小さくできる結果、歩留の向上も図れるからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようなワイヤソーを用いて単結晶棒をスライスすると、スライス工程後の工程、特にラップ工程においてウエーハにワレ、カケ、クラック等が発生しやすいという問題が生じている。
【０００７】
たとえば、従来工程で内周刃切断装置を用いて、直径８インチのシリコン単結晶棒を切断した場合には、ラッピング工程へ送られてからのワレ、カケ、クラック等の発生は、１０００枚に１枚程度のレベルで、ほとんど問題とならなかったのに対し、ワイヤソーを用いてスライスした場合には、直径８インチの単結晶棒の切断では、１００枚に１〜２枚、直径１２インチの単結晶棒の切断では、１００枚に５〜１０枚ものウエーハにおいてワレ、カケ、クラック等が生じ、直径が大きくなるほど高価になるにもかかわらず、ワレ、カケ、クラック等の発生率も高くなってしまうという、多大な損害を発生させている。
この場合、ワイヤソーでの単結晶径の差によるワレ、カケ、クラック等の発生率の相違は、ウエーハの厚さ／直径の比の違いの影響により、加工変質層の形成領域に差が生じていることも考えられる。
【０００８】
本発明はこのような問題に鑑みなされたもので、本発明の解決しようとする課題は、スライス工程後の工程において、スライス工程でうけた歪み、ダメージ起因のウエーハのワレ、カケ、クラック等の発生を防止することにある。
特に、ワイヤソーを用いて大直径の単結晶棒をスライスした場合のスライス工程後のワレ、カケ、クラック等を防止することによって、大直径単結晶棒を切断する場合のワイヤソーのもついわゆる高速切断、低切断しろという利点を生かし、高生産性、高歩留で大直径ウエーハを得ることができる半導体ウエーハの製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも半導体単結晶棒をスライスして、薄円板状の半導体ウエーハを得る工程を有する半導体ウエーハの製造方法において、該スライスされた半導体ウエーハを次工程に送る前にエッチングする、ことを特徴とする半導体ウエーハの製造方法である。
【００１０】
このように、スライスされた半導体ウエーハを次工程に送る前にエッチングすることによって、スライスで受けたウエーハのダメージを除去し、その上で次工程に送ることによって、ウエーハのワレ、カケ、クラック等の発生を防止することができる。
【００１１】
そしてこのように、スライスされた半導体ウエーハを次工程に送る前にエッチングすることは、近年のスライス工程で多用されている、半導体単結晶棒をワイヤソーによってスライスする場合において、後工程でワレ、カケ、クラック等が発生しやすいために特に有益である。
【００１２】
また、本発明に記載した発明は、前記薄円板状の半導体ウエーハを得る工程は、半導体シリコン単結晶棒をスライスして半導体シリコンウエーハを得るものである、ことを特徴とする半導体ウエーハの製造方法である。
このように、本発明は、近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、ますます大直径化が行われ、８インチあるいは１２インチ以上の半導体ウエーハが要求されているシリコンの切断において特に必要性が高い。
【００１３】
そしてこの場合、スライスされた半導体ウエーハを次工程に送る前に行うエッチングは、フッ酸と硝酸からなる混酸により行うのが好ましい。
酸によりエッチングをすれば、選択性がないために表面の歪み層、ダメージ層を一様に除去することができるし、フッ酸と硝酸からなる混酸をもちいれば発熱することも少ないので、ヒートショックによるウエーハの割れが発生するといった新たな問題を起こすこともないからである。
【００１４】
以下、本発明につき製造する半導体ウエーハとしてシリコン単結晶ウエーハである場合を例として更に詳細に説明する。
まず、本発明の課題を解決するために、従来の内周刃切断装置で切断したウエーハと、ワイヤソーで切断したウエーハとでは、ワイヤソーで切断したウエーハの方が本当に割れやすいのか、実際にウエーハの強度を３点曲げ試験により測定してみたところ、ワイヤソーで切断したウエーハの方が強度が低く、割れ易いことが判明した。
【００１５】
この理由は、必ずしも明らかではないが、一般的にスライス工程で用いられる内周刃切断装置における内周刃のダイヤモンド砥粒径は＃３２５（平均粒径５０〜７０μｍ）で、ワイヤソーで用いられる遊離砥粒は＃６００（平均粒径２０μｍ）である。そして、切断されたウエーハの表面に存在するクラック層の深さは、前者で１５〜６０μｍ、後者で１０〜３０μｍ程度である。
【００１６】
このように表面クラック層の深さが浅いにもかかわらず、ワイヤソーによって切断したウエーハの方が割れ易いことから、スライス工程後に発生しているワレ、カケ、クラック等は、単に表面クラック層の深さによるものではなく、いわゆる歪み層（応力漸移層）等の検知しがたい加工変質層が存在するものと考えられる。すなわち、切断時の状況から、内周刃切断装置では、クラック層は深いが、歪み層（応力漸移層）は浅く、ワイヤソーではその逆で、クラック層が浅くとも、歪み層（応力漸移層）が深いために、スライス工程後の外圧により、クラック・クロークラックが派生し、ワレ、カケ、クラック等が生じるものと考えられる。
【００１７】
そこで、本発明者は、このようなスライス工程で発生したダメージ層（クラック層＋歪み層）の一部又は全てをエッチングにより除去し、ウエーハ強度を高めた後に、ラップ工程等の次工程にウエーハを送ることでウエーハのワレ、カケ、クラック等の発生を防止することを発想し、本発明を完成させたものである。
【００１８】
すなわち、従来半導体ウエーハ表面のダメージ層の除去は、主に面取り工程Ｂ、ラッピング工程Ｃの後に行われる、エッチング工程Ｄで行われていたが、本発明ではスライス工程Ａの直後にエッチング工程を挿入することによって、スライス切断により発生した表面のダメージ層の一部又は全てを除去するのである。
【００１９】
したがって、本発明による半導体ウエーハの製造方法は、図１に示すような工程フローとなり、従来の工程フローに対して、スライス工程Ａと面取り工程Ｂとの間に、スライスによる歪みを除去するためのエッチング工程Ｘが挿入された形となる。
【００２０】
この場合、このエッチング工程Ｘは、スライス工程で発生するダメージ層の一部又は全てを除去するためのものであるから、次工程に送る前に、すなわちスライス工程直後に行われる必要があるが、その後の面取り工程Ｂ、ラッピング工程Ｃ、鏡面研磨工程Ｅ等についは、前述の通り、適宜必要に応じて、工程の精度を高めるために多段階に分けて行われたり、これらの工程に加えて、熱処理工程、洗浄工程が行われたり、あるいは工程順が一部変更、省略されたりされることがあるのは当然で、本発明は図１に示した工程フローに限定されるものではない。
【００２１】
そして、本発明は半導体シリコン単結晶棒をスライスして、薄円板状の半導体シリコンウエーハを得る工程であるスライス工程を、ワイヤソーによって行う場合に特に有益である。
【００２２】
これは、従来の例えば内周刃切断装置によるスライスにおいても、後工程でウエーハのワレ、カケ、クラック等は発生しているのであるから、本発明は当然に内周刃切断装置によって半導体単結晶棒をスライスする場合にも適用可能であり、効果を奏するものではあるが、前述のようにワイヤソーによってスライスした場合の方が、歪み層（応力漸移層）が深いためにウエーハ強度が低く、後工程でのウエーハのワレ、カケ、クラック等が発生しやすいからである。
【００２３】
そして、ワイヤソーは近年の大直径半導体単結晶棒のスライスに不可欠となりつつあることから、特にワイヤソーによって大直径半導体単結晶棒をスライスした場合に、本発明のように次工程にウエーハを送る前にエッチングして、ダメージ層の一部又は全てを除去することによってウエーハ強度を回復させた後に、次工程に送るようにすればよい。
【００２４】
この場合、エッチング条件としては、その半導体ウエーハのダメージ層の一部又は全てを除去し、次工程以降でスライス起因のワレ、カケ、クラック等が発生しないようにするために、数μｍ以上エッチングできるものとすれば良く、エッチング液（エッチャント）、その濃度、組成、温度、時間等の条件を適宜選択してエッチングしろを調整すれば良い。
【００２５】
たとえば、半導体シリコン単結晶ウエーハで言えば、シリコンは酸でもアルカリでもエッチングできることは良く知られている。アルカリエッチングは、例えばＫＯＨあるいはＮａＯＨを使用し、液温５０〜８５℃、濃度３０〜８５重量％程度で行えば良い。
ただし、アルカリエッチングは、半導体シリコン単結晶ウエーハでは、選択性を示し、結晶面の露出によりウエーハ強度が弱まることがあるので、このような選択性のない酸によるエッチングの方が望ましい。
【００２６】
また、酸エッチングは、例えばフッ酸と硝酸と酢酸からなる混酸、１：（２〜３）：（１〜１．５）の組成（体積比）のもの、あるいはフッ酸と硝酸からなる混酸、１：（６〜１０）の組成（体積比）のものを使用し、液温２０〜５０℃、反応時間は、組成との関係で、１０秒〜５分の幅広い範囲で選択することができる。
【００２７】
ここで、シリコンの酸エッチングは、通常フッ酸と硝酸と酢酸からなる混酸で行われることが多いが、スライス直後のウエーハをこの液でエッチングすると、発熱によるヒートショックのため、ウエーハが割れる現象が生じることがあることがわかった。したがって、本発明で用いるエッチング液としては、発熱の少ない、フッ酸と硝酸からなる混酸を用いるのが最も望ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２９】
【実施例】
以下、本発明の実施例、比較例をあげる。
（実施例１、比較例）
本発明により、実際にウエーハの強度がどのくらい改善されるのか測定してみることにした。
測定試料としては、直径８インチのシリコン単結晶棒をワイヤソーでスライスし洗浄しただけのもの（試料１）、これに本発明にかかるフッ酸と硝酸からなる混酸（体積比１：８）によるエッチングにより表面１０μｍをエッチング除去したもの（試料２）、同じく表面２０μｍをエッチング除去したもの（試料３）、さらに比較として内周刃切断装置によりスライスし洗浄しただけのもの（試料４）、直径１２インチのシリコン単結晶棒をワイヤソーでスライスし洗浄しただけのもの（試料５）、図２に示したような従来のウエーハ製造工程をすべて経た後の直径８インチシリコン単結晶鏡面ウエーハ（試料６）、を用意した。
【００３０】
ウエーハ強度の測定は、３点曲げ試験によりウエーハの破壊強度を測定した。測定法としては、ＪＩＳのＲ１６０１−１９８１ファインセラミックの曲げ強さ試験方法によるものとした。
【００３１】
これらの結果を図３に示した。
図３から明らかなように、ワイヤソーでスライスしたウエーハ（試料１、試料５）は、内周刃切断装置でスライスウエーハ（試料４）より強度が低いことがわかる。そして、その傾向は８インチより１２インチの方がより著しい。
一方、このようなスライス直後のウエーハにエッチングしろ１０μｍ、２０μｍの軽いエッチングを施すと（試料２、試料３）、ウエーハ強度が回復することがわかる。
したがって、本発明のようにスライス工程後にウエーハをエッチングした後に次工程に送るものとすれば、ウエーハの強度が回復しているために、ワレ、カケ、クラック等が発生しにくいものとなることがわかる。
【００３２】
（実施例２）
上記のように本発明によって、ウエーハ強度の改善ができることが確認されたので、実際に図１に示した工程フローのウエーハ製造方法によって、直径８インチと直径１２インチのシリコン単結晶ウエーハを製造するランニングテストを行った。スライス工程は、ワイヤソーによる切断とし、スライス工程後のエッチングは、フッ酸と硝酸からなる混酸（体積比１：８）によって、エッチングしろは１０μｍとした。
【００３３】
その結果として、直径８インチ１００００枚を製造して、ウエーハのワレ、カケ、クラック等は約０．１％しか発生せず、従来のワイヤソーによる切断では１〜２％発生していたことから考えると、著しい改善が見られた。また、直径１２インチ１００枚を製造して、ウエーハのワレ、カケ、クラック等の発生は１％であった。これも、従来のワイヤソーによる切断では５〜１０％発生していたことから考えると、著しい改善ができた。
【００３４】
なお、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。
【００３５】
例えば、上記実施形態においては、スライスして製造するウエーハにつき半導体シリコンの場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれには限定されず、他の半導体材料、特にＧａＡｓ，ＧａＰ，ＩｎＰ等の化合物半導体単結晶棒をスライスして半導体ウエーハを製造する場合であっても、本発明の製造方法が適用可能であることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体ウエーハの製造方法では、半導体単結晶棒のスライス後に、エッチング工程を挿入することによって、スライス後のウエーハ強度を回復することができる。したがって、スライス工程後の工程において、スライス工程でうけた歪み起因のウエーハのワレ、カケ、クラック等の発生を防止することができる。
特に、スライス後ウエーハ強度の低下が著しい、ワイヤソーを用いて大直径の単結晶棒をスライスした場合に、そのウエーハ強度の回復をすることができるので、スライス工程後のワレ、カケ、クラック等を防止するのに有効である。したがって、大直径単結晶棒を切断する場合のワイヤソーのもつ高速切断、低切断しろという利点を生かすことができ、高生産性、高歩留で大直径ウエーハを得ることができる。
【００３７】
さらに本発明の副次的効果として、スライス工程後にエッチングすることにより、その後に行われるラッピング工程に送られるウエーハの厚さが相対的に薄くなり、ラップ取りしろを減少できる結果、ラッピング時間が２０〜４０％改善できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体ウエーハの製造方法の概略工程を示した流れ図の一例である。
【図２】従来の半導体ウエーハの製造方法の概略工程を示した流れ図の一例である。
【図３】実施例１、比較例における、ウエーハ強度の測定結果図である。
【符号の説明】
Ａ…スライス工程、 Ｂ…面取り工程、
Ｃ…ラッピング工程、 Ｄ…エッチング工程、
Ｅ…鏡面研磨工程、 Ｆ…洗浄工程、
Ｘ…本発明にかかるエッチング工程。

Claims (2)

1. 少なくとも半導体シリコン単結晶棒をスライスして、直径８インチ以上である薄円板状の半導体シリコンウエーハを得る工程を有する半導体ウエーハの製造方法において、前記薄円板状の半導体シリコンウエーハを得る工程は、半導体シリコン単結晶棒をワイヤソーによってスライスするものであり、該スライスされた半導体シリコンウエーハを次工程に送る前にエッチングし、次工程である面取り工程に送り、その後ラッピング工程、エッチング工程、鏡面研磨工程、洗浄工程を行うことを特徴とする直径８インチ以上の半導体ウエーハの製造方法。
2. 前記スライスされた半導体シリコンウエーハを次工程に送る前に行うエッチングは、フッ酸と硝酸からなる混酸により行う、ことを特徴とする請求項１に記載した半導体ウエーハの製造方法。

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