JP2002532898A - 後表面損傷を組み込む半導体ウエハの処理法 - Google Patents

後表面損傷を組み込む半導体ウエハの処理法

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JP2002532898A JP2000588795A JP2000588795A JP2002532898A JP 2002532898 A JP2002532898 A JP 2002532898A JP 2000588795 A JP2000588795 A JP 2000588795A JP 2000588795 A JP2000588795 A JP 2000588795A JP 2002532898 A JP2002532898 A JP 2002532898A
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Abstract

(57)【要約】 単結晶インゴットからスライスされる半導体ウエハの処理法が、ウエハの前表面および後表面をラッピングして、ウエハの厚みを減少させて、ウエハの平坦度を向上させることを含んで成る。前表面を微細研削にかけて、前表面の損傷を減少させ、一方、後表面の損傷をそのまま維持する。前表面および後表面を同時に研磨して、ウエハの平坦度を向上させ、前表面および後表面のウエハ損傷を減少させる。後表面に残っているウエハ損傷は、前表面のウエハ損傷より多い。後表面に残っているウエハ損傷は、ゲッタリングを助長する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は一般に半導体ウエハの処理法に関し、特に外部ゲッタリンングのため
に後表面損傷を有する比較的平坦なウエハを製造する半導体ウエハの処理法に関
する。
【0002】 (背景技術) 半導体ウエハは一般に、次の手順におけるウエハの正確な配列のために1つま
たはそれ以上の平面を有するようにトリムされ研磨されるシリコンインゴットの
ような単結晶インゴットから製造される。次に、インゴットを、個々のウエハに
スライスし、各ウエハを多くの処理操作にかけて、ウエハの厚みを減少させ、ス
ライス操作によって生じた損傷を除去して、高反射性の表面を形成する。一般に
、各ウエハの周囲縁を丸くして、さらなる処理の間のウエハ損傷のリスクを減少
させる。次に、ウエハの前表面および後表面においてラッピング操作(検査スラ
リー法)を行って、ウエハの厚みを減少させ、スライス操作によって生じた損傷
を除去する。化学エッチング操作または荒研削操作を行って、厚みを減少させ、
損傷を除去することもできる。
【0003】 ラッピング操作の終了後に、各ウエハの単面または両面を一般に、研磨パッド
、コロイドシリカスラリー(研磨スラリー)、および化学エッチング剤を使用し
て研磨して、前の操作によって生じた表面の損傷を除去し、ウエハが平面である
ことを確実にする。次に、各ウエハの後表面に損傷を生じさせて、外部ゲッタリ
ング部位を与えるのが好ましい場合が多い。一般に、各ウエハの後表面を、加圧
噴射のような研磨工程、またはポリシリコン付着工程にかけて、外部ゲッタリン
グ部位のために後表面に損傷を生じさせる。損傷を後表面に生じさせる際に、ウ
エハの前表面を保護しなければならない。次に、ウエハを洗浄し、前表面を仕上
研磨することもできる。最後に、ウエハを半導体チップにダイシングする顧客に
送達する前に、ウエハを検査する。
【0004】 完成ウエハは、いくつかの表面平坦度条件を満たさなければならない。そのよ
うなウエハは、例えば、電子ビーム石板印刷法または光石版印刷法によって、そ
れらに(またはそれらに付着した層に)回路を印刷するために特に平坦に研磨し
なければならない。電子ビームデリニエーター(delineator)または工学プリン
ターの焦点におけるウエハの平坦度は、電子ビーム石版印刷法および光石版印刷
法における均一映像に重要である。ウエハ表面の平坦度は、デバイス線幅容量(
device line width capability)、工程寛容度、歩留り、および処理量に直接的
に影響を与える。減少し続けるデバイスの形状寸法、および益々厳しくなるデバ
イス製造規格によって、半導体ウエハの製造者は、より平坦なウエハを製造する
ことを要求されている。より平坦なウエハを得るために、二面研磨が最良の方法
とされている。
【0005】 しかし、平坦度は、ゲッタリングを助長するために後表面損傷を形成する従来
の方法によって否定的な影響をうける。半導体ウエハを処理する従来の方法は、
二面研磨後に、損傷を生じさせて、ウエハの後表面にゲッタリング部位を与える
工程を必要とする。このゲッタリング工程の後に、処理損傷(processed damage
)を除去するために、ウエハの前表面における追加の研磨工程が必要とされる。
この追加工程はウエハの平坦度をかなり低下させる。追加工程は、処理および取
扱を増やし、前表面が損傷されるのを防止するために特別な予防措置を必要とす
るので、コストが高くなる。
【0006】 (発明の開示) 本発明の目的は、各ウエハを形成するのに必要な処理を減少させる、単結晶イ
ンゴットからスライスされた半導体ウエハの処理法を提供し;比較的平坦なウエ
ハを製造するそのような方法を提供し;ゲッタリング部位を有するウエハを製造
するそのような方法を提供し;および、ウエハ処理における使用においてコスト
の低いそのような方法を提供することである。
【0007】 一般に、単結晶インゴットからスライスされており、前表面および後表面なら
びに周囲縁を有する半導体ウエハを処理する本発明の方法は、ウエハの前表面お
よび後表面をラッピングして、ウエハの厚みを減少させ、ウエハの平坦度を向上
させることを含んで成る。ラッピング工程は、前表面および後表面に損傷を生じ
る。該方法は、ウエハの前表面を微細研削して、ラッピングによって生じた前表
面の損傷を減少させ、ウエハの厚みも減少させることをさらに含んで成る。微細
研削工程の間に、後表面の損傷がそのままに維持される。研磨スラリーを使用し
てウエハの前表面および後表面を同時に研磨して、ウエハの平坦度を向上させ、
前表面および後表面のウエハ損傷を減少させる。研磨後に後表面に残るウエハ損
傷は、前表面におけるウエハ損傷より多い。後表面に残るウエハ損傷は、ゲッタ
リングを助長する。
【0008】 本発明の他の態様において、半導体ウエハの処理法が、ウエハの前表面および
後表面をラッピングして、ウエハの厚みを減少させ、ウエハの平坦度を向上させ
ることを含んで成る。ラッピング工程は、前表面および後表面に損傷を生じる。
該方法は、前表面より少ないウエハ材料が後表面から除去されるように、ウエハ
の前表面および後表面を同時に研磨することをさらに含んで成る。後表面に残る
ウエハ損傷は、前表面のウエハ損傷より多い。後表面に残るウエハ損傷は、ゲッ
タリングを助長する。
【0009】 本発明の他の目的および利点は、下記の詳細な説明から明らかである。
【0010】 図1は、二面研磨操作の前に、微細研削操作を前表面において行う半導体ウエ
ハの好ましい処理法を例示している。この方法は、ゲッタリング部位のために後
表面に損傷を有するウエハを生じるが、ゲッタリング部位を与えるために後表面
に損傷を生じさせる後表面処理工程を必要としない。言い換えれば、前表面にお
いて行われない工程は、後表面においても行われない。
【0011】 例えば従来の内径鋸または従来のワイヤ鋸を使用して、半導体ウエハを単結晶
インゴットからスライスして、所定の初期厚みを得る。スライスされたウエハは
一般にディスク形および凸形であり、周囲縁ならびに向き合う前表面および後表
面を有する。便宜上、前表面は、最終的にデバイスが印刷される面とする。各ウ
エハの初期厚みを所望の最終厚みよりかなり厚くして、ウエハを損傷させるかま
たは破損させるリスクを伴わずにウエハの厚みを減少する次の処理操作を可能に
する。例えば、初期厚みは約800〜950ミクロンであり、最終厚みは約70
0〜750ミクロンである。
【0012】 スライスした後、ウエハを超音波洗浄にかけて、スライス操作によってウエハ
に付着した研磨粒子および屑を除去する。ウエハの周囲縁は、従来のエッジグラ
インダー(図示せず)によって型出しし(例えば、丸くする)、さらなる処理の
間のウエハの縁のチッピングまたは破損のリスクを減少させる。
【0013】 次に、従来のラッピング装置(図示せず)にウエハを配置して、前表面および
後表面をラッピングして、ウエハの厚みを減少させ、ウエハの平坦度を向上させ
る。ラッピング操作による厚みの減少は、ウエハスライス操作によって生じる損
傷も除去する。しかし、ラッピング工程は、ウエハスライス操作によって生じる
損傷と異なる性質の前表面および後表面における損傷(シグニチャー損傷)を生
じる。好適なラッピング装置は、Plainville, MAのPeter Wolters Corporation
によって製造されるPeter Wolters Model Nos. AC1400およびAC2000を包含する
。ラッピング装置は、5〜30ミクロン、好ましくは約15ミクロンの粒子寸法
を有するアルミナまたは炭化珪素のような研磨剤を含むスラリーを使用するのが
好ましい。ラッピング操作は、ウエハ材料の所定の厚みを除去し、例えば、約4
0〜120ミクロン、好ましくは約75〜85ミクロンがラッピング操作によっ
て除去される。ラッピング装置は、好ましくは3〜20ミクロン/分の速度で、
ウエハから材料を除去する。従来のラッピング装置の操作は当業者に明らかであ
り、従って詳しく説明しない。
【0014】 ラッピング操作が終了した後、ウエハを洗浄し、微細研削装置(図示せず)に
配置し、該装置によって、ウエハの前表面を微細研削操作にかけて、ラッピング
工程によって生じた前表面の損傷を減少させ、ウエハの厚みをさらに減少させる
。後表面の損傷は、微細研削操作の間に、そのまま維持される。微細研削装置は
、従来の垂直スピンドル円周研削装置であるのが好ましい。好適な微細研削装置
は、Santa Clara, CAのDisco Corporationによって商品名DFG 840で製造されて
いる。この装置は、研削砥石を回転させ、縦軸において上下に移動させることが
できる、各電動駆動スピンドルに取り付けた一対の研削砥石を有する。ウエハを
真空によって支持台のチャックに吸引し、ウエハの1つの面はチャックに接して
配置され、反対の面は向き合う関係において研削砥石の1つに向いている。
【0015】 研削砥石が電動スピンドルによって回転するとともに、スピンドルが縦軸に沿
って下降してウエハに接触して、ウエハの表面を研削する。スピンドルの縦軸は
、ウエハの中心からずれており、それによって、研削砥石の周囲部分だけがウエ
ハと接する。研削砥石がウエハと接している間に、ウエハがそれの中心のまわり
を回転して、ウエハの前表面の均一な研削を確実にする。研削装置に使用される
研削砥石は、シリコンを研削するのに好適な大きさおよび材料の粒子を含浸した
樹脂マトリックスを含んで成る当業者に既知のコップ形の樹脂結合ダイヤモンド
研削砥石であるのが好ましい。研削砥石の樹脂マトリックスに含浸される粒子の
平均寸法は、0.5〜7ミクロン、より好ましくは3〜5ミクロンであるのが好
ましい。
【0016】 ウエハの厚みを研削によって減少させるために、研削砥石をウエハに供給する
速度(もしくは研削速度とも称する)は、約1〜35ミクロン/分、より好まし
くは約15ミクロン/分である。微細研削操作は、少しの厚み、好ましくは5〜
20ミクロン、より好ましくは約10ミクロンをウエハから除去する。本発明の
範囲を逸脱せず、単一のスピンドルおよび研削砥石だけを有する研削装置を微細
研削操作に使用しうると理解すべきものとする。
【0017】 ラッピング工程〜研磨工程において、後表面に残る損傷が実質的に減少しない
のが好ましい。微細研削操作の後に、好ましくは当業者に既知の従来の化学エッ
チング操作によって、ウエハの前表面から粒状材料を除去する。この操作は、後
表面から損傷を除去するものではない。洗浄工程が少量以下のウエハ材料を除去
するように、稀釈エッチング溶液を使用する。一般に、エッチング操作は、約1
〜2ミクロンのウエハ材料を除去する。
【0018】 次に、ウエハを、両面が同時に研磨される従来の二面研磨操作(一般に「二面
研磨」または「DSP」と称される)にかけて、ウエハの平坦度を向上させ、前
表面および後表面のウエハ損傷を減少させる。前表面および後表面においてほぼ
同様にウエハの損傷を減少させるが、後表面に残るウエハ損傷が前表面における
ウエハ損傷より多い。後表面に残るウエハ損傷が、後表面におけるゲッタリング
を助長する。前記のAC1400またはAC2000機のような同じ装置を、ラッピング工程
およびDSP工程の両方に使用することができる。DSP装置は、回転板に配置
される研磨パッド、およびパッドとウエハの界面に供給されるアルカリ性コロイ
ドシリカスラリー(研磨スラリー)を有する。好適な研磨パッドは、Newark, DE
のRodel Corporationによって製造されるモデル番号H-2およびSuba 600を包含す
る。好適なスラリーは、SYTONの商品名で、E.I. du Pont de Nemours and Co.に
よって製造されている。DSP工程が約10〜30ミクロンのウエハ厚みを除去
するのが好ましい。約0.5〜3.5ミクロン/分、より好ましくは約0.5〜2ミ
クロン/分の速度で、その厚みを除去するのが好ましい。DSP工程は、前表面
からほぼ全ての損傷を除去し、一方、ゲッタリングのために後表面にいくらかの
量の損傷を残すのが好ましい。DSP工程において除去しなければならない厚み
は、ラッピング工程において生じる損傷の量に比例して一般に変化することが、
当業者に明らかである。
【0019】 後表面における損傷の量の測定法の1つの種類は、ウエハ表面における損傷部
位の密度を示す、「酸化誘導堆積欠陥」(OISF)のカウントである。一般に
、比較的高いOISFカウントは、ゲッタリングを助長する後表面において好ま
しい。本発明において、約15ミクロンのアルミナ粒子のような大きい粒子のラ
ッピング研磨剤を使用し、DSP工程において約6ミクロンのような比較的少量
のウエハ厚みを除去することによって、後表面のOISFカウントが増加する。
この関係は、下記の実施例から明らかである。一般的な適用における後表面の充
分なOISFカウントは、約10,000〜40,000カウント/cmである
が、必要とされる数は、用途および使用者の要求に応じてかなり変化する。
【0020】 DSP工程は、単面研磨法では得られない平坦度まで、ウエハを平坦にする。
全体的平坦度変動パラメーター(例えば、合計厚み変動(TTV))において、
または局部平坦度変動パラメーター(例えば、部位合計指数(STIR))にお
いて、ウエハを平坦度に関して特性決定することができる。全体的平坦度変動の
測定に使用されることが多いTTVは、ウエハの最大厚みと最少厚みの差である
。局部平坦度変動の測定に使用されることが多いSTIRは、ウエハの後表面に
平行であり、局部の中心において前表面と交わる基準平面からの、ウエハの小さ
い領域における表面の最大の正または負の偏りの合計である。ウエハの平坦度の
特性決定に関して、F. Shimura、Semiconductor Silicon Crystal Technology(
Academic Press 1989), p.191-195に詳しく記載されている。例えば、従来の研
磨半導体ウエハは一般に、約1.0μmを越えるTTV、および25mmx20mm
の部位において0.25μmを越えるSTIR(バックリファレンスセンターフ
ォーカス(back reference center focus))を有する。本発明におけるDSP
工程後のウエハの平均TTVおよびSTIRは、顕著に減少している。
【0021】 DSP工程後に、従来の研磨装置を使用して前表面を仕上研磨する。仕上研磨
工程は、前表面における損傷をかなり除去し、従って、前表面からの非鏡面反射
光を減少させる。DSP工程後に残っている掻ききずの深さに依存して、前表面
研磨工程において、一般に約0.1〜3ミクロンのウエハ厚みが除去される。し
かし、仕上研磨工程において過剰に材料を除去することによって、ウエハの平坦
度が減少させることが見い出された。前表面仕上研磨工程を省くことは、本発明
の範囲である。
【0022】 (実施例) それぞれ200mmの直径を有する15個のシリコン半導体ウエハを、図1に例
示され、第一実施態様として前記に説明した方法によって処理した。15μmの
粒子のラッピングスラリーを使用してラッピング操作を行って、約80ミクロン
(前表面および後表面において各40ミクロン)の材料を各ウエハから除去した
。次に、各ウエハの前表面を微細研削操作にかけて、さらに15〜17ミクロン
の厚みをウエハから除去した。次に、各ウエハをDSP操作にかけ、前表面およ
び後表面からほぼ同量を除去して、約5〜6ミクロンをウエハから除去した。D
SP操作後に測定した1つのウエハの後表面のOISFカウントは、20,00
0/cmであった。
【0023】 第二実施態様 図2に示される本発明の第二実施態様において、微細研削工程を省く。この第
二実施態様においては、スライシング、超音波洗浄、縁型出し、およびラッピン
グを第一実施態様に記載のように行い、但し、ラッピング操作に使用される研磨
剤は約5〜約10ミクロンであるのが好ましい。そのようなより小さい粒子寸法
は、表面により少ない損傷を生じ、従ってDSP工程において除去しなければな
らないウエハ材料の量を減少させるので好ましい。次にウエハを洗浄し、次に第
一実施態様において記載した工程と同様のDSP工程にかけ、但し、後表面より
多くの材料を前表面から除去する。
【0024】 第二実施態様のDSP工程は、前表面からほぼ全ての損傷を除去し、一方、後
表面にいくらかの量の損傷を残すのが好ましい。後表面の損傷部位は、後表面に
おけるゲッタリングを助長する。後表面とかなり異なる量の材料を前表面から除
去するように、DSP装置を設定することができる。例えば、後表面と接する下
方研磨パッドの温度に対して、前表面と接する上方研磨パッドの温度を高くする
ことによって、この「差異除去」(differential removal)を行うことができる
。各研磨パッドの温度は、パッドと接する各プレートと熱連絡している循環水に
よって調節することができる。AC1400およびAC2000モデル研磨機は、上方プレー
トと連絡する循環水の温度を調節する調節システム、および下方プレートと連絡
する循環水の分離調節システムを有する。分離システムは、使用者が、下方研磨
パッドの温度に対して上方研磨パッドの温度を高くし、それによって後表面より
多くの材料を前表面から除去しうるようにする。代替的に、研磨パッドの回転速
度を調節することによっても、差異除去を行うことができる。例えば、下方研磨
パッドがウエハと同じ方向に、ほぼ同じ速度で動き、一方、上方研磨パッドがウ
エハと反対の方向に動くように、各研磨パッドに対するウエハの有効速度を変化
させることができる。これは、後表面より多くの材料を前表面から除去させる。
【0025】 DSP工程に続く工程は、第一実施態様と同様に行われる。ラッピング工程〜
DSP工程において、後表面の損傷が除去されないのが好ましい。ラッピング工
程〜DSP工程において、後表面を洗浄する以外に、後表面に処理を行わないの
がより好ましい。
【0026】 本明細書に記載するように、本発明の方法は、ウエハを仕上研磨操作まで処理
し、次に、ウエハを洗浄し、包装し、顧客に送達する。
【0027】 前記に鑑みて、本発明のいくつかの目的が達成され、他の有利な結果が得られ
ることが分かる。本発明は、ゲッタリング部位のために後表面に損傷を有する比
較的平坦なウエハを製造するのにかなり有効である。本発明は、後表面に損傷を
形成するのに必要とされる従来の処理工程を省く。一般にラッピングの際に両面
に形成される損傷が、処理の間に後表面において保存される。本発明は、後表面
を処理する際に、前表面を保護する必要がないので、処理時間を短縮させる。さ
らに、本発明は、二面研磨後に後表面損傷工程(これは平坦度を減少させる)を
行わないので、比較的平坦なウエハを生じる。DSP工程の前に後表面より多く
の損傷が前表面から除去されるので、損傷がウエハの後表面に「組み込まれる」
。従って、従来の処理工程が省かれ、得られるウエハは比較的平坦である。
【0028】 本発明または好ましいその実施態様の要素を導入する際に、「1つの」「その
」および「該」という語句は、1つまたはそれ以上の要素が存在することを意味
している。「含んで成る」「包含する」および「有する」という語句は、包括的
であることを意図し、記載されている要素以外に追加要素が存在しうることを意
味する。
【0029】 本発明は種々の改良を加えることができ、代替的形態をとることできるが、特
定の実施態様を例として示し、本明細書に詳細に記載した。しかし、開示されて
いる特定の形態に本発明を限定することを意図するものではなく、これに反して
、特許請求の範囲によって規定される本発明の意図および範囲に含まれる全ての
改良物、同等物、および代替物を包含するものであると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 半導体ウエハを処理する本発明の第一の実施態様の方法の流れ図
である。
【図2】 第二の実施態様の方法の流れ図である。
【手続補正書】
【提出日】平成13年6月19日(2001.6.19)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),CN,JP,K R,SG Fターム(参考) 3C043 BA09 CC02 3C058 AA07 AA09 CB01 CB02 CB05 DA02 DA17 DA18

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単結晶インゴットからスライスされ、前表面および後表面な
    らびに周囲縁を有する半導体ウエハの処理法であって、該方法が、 (a) ウエハの前表面および後表面をラッピングして、ウエハの厚みを減少
    させて、ウエハの平坦度を向上させるラッピング工程であって、該ラッピング工
    程が前表面および後表面に損傷を生じる工程; (b) ウエハの前表面を微細研削して、ラッピング工程後に残っている前表
    面の損傷を減少させ、後表面の損傷をそのまま維持する工程;および (c) 研磨スラリーを使用してウエハの前表面および後表面を同時に研磨し
    て、ウエハの平坦度を向上させ、前表面および後表面のウエハ損傷を減少させ、
    後表面に残っているウエハ損傷が前表面のウエハ損傷より多く、後表面に残って
    いるウエハ損傷がゲッタリングを助長する工程; を順に含んで成る方法。
  2. 【請求項2】 ラッピングから、研磨を含めて研磨までのウエハの処理にお
    いて、前表面において行わない工程を後表面においても行わない請求項1に記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 ラッピング工程〜研磨工程において、ウエハの後表面の損傷
    を実質的に減少させない請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 ウエハの前表面を仕上研磨して、非鏡面反射光を減少させる
    工程をさらに含んで成る請求項2に記載の方法。
  5. 【請求項5】 3〜20ミクロン/分の材料除去速度でラッピング工程を行
    う請求項2に記載の方法。
  6. 【請求項6】 ラッピング工程に使用されるラッピングスラリーが、5〜3
    0ミクロンの粒子寸法を有するアルミナ研磨材料を含む請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 ラッピング工程が、ウエハの厚みを約40〜120ミクロン
    で減少させ、研削工程がウエハの厚みを約5〜20ミクロンでさらに減少させ、
    同時研磨工程がウエハの厚みを約10〜30ミクロンでさらに減少させる請求項
    6に記載の方法。
  8. 【請求項8】 単結晶インゴットからスライスされ、前表面および後表面な
    らびに周囲縁を有する半導体ウエハの処理法であって、該方法が、 (a) ウエハの前表面および後表面をラッピングして、ウエハの厚みを減少
    させて、ウエハの平坦度を向上させるラッピング工程であって、該ラッピング工
    程が前表面および後表面に損傷を生じる工程;および (b) 前表面より少ないウエア材料が後表面から除去されるようにウエハの
    前表面および後表面を同時に研磨する工程であって、後表面に残っているウエハ
    損傷が前表面のウエハ損傷より多く、後表面に残っているウエハ損傷がゲッタリ
    ングを助長する工程; を順に含んで成る方法。
  9. 【請求項9】 ラッピング工程〜研磨工程において、ウエハの後表面の損傷
    を減少させない請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 後表面より高い温度で前表面を研磨することによって、前
    表面より少ないウエハ材料が後表面から除去される請求項9に記載の方法。
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