半導体ウェハの製造方法
【課題】半導体ウェハの裏面の定義されたかつ有利な特性を有する半導体ウェハを提供すること
【解決手段】ａ） シリコン棒をウェハに切断することにより半導体ウェハを準備する工程、ｂ） 前記半導体ウェハのエッジを丸めることで、前記半導体ウェハは前面及び裏面が平坦な面とエッジ領域で丸められかつ傾斜する面とを有する工程、ｃ） 前記半導体ウェハの前面及び裏面を研磨し、前記前面の研磨は、研磨パッド中に固定された砥粒を有していない研磨パッドを使用する化学機械的研磨を有し、前記半導体ウェハの裏面の研磨は、それぞれ研磨パッド中に結合された研磨材料を有する研磨パッドを使用してかつ前記半導体ウェハの裏面に研磨圧力を加える３つの工程で行い、第１の工程では、固体を有していない研磨剤を前記研磨パッドと前記半導体ウェハの裏面との間に導入し、第２及び第３の工程では研磨材料を有する研磨剤を導入し、第１の及び第２の工程の８〜１５ｐｓｉの研磨圧力を、第３の工程では０．５〜５ｐｓｉに低下させる工程を有する半導体ウェハの製造方法
【解決手段】ａ） シリコン棒をウェハに切断することにより半導体ウェハを準備する工程、ｂ） 前記半導体ウェハのエッジを丸めることで、前記半導体ウェハは前面及び裏面が平坦な面とエッジ領域で丸められかつ傾斜する面とを有する工程、ｃ） 前記半導体ウェハの前面及び裏面を研磨し、前記前面の研磨は、研磨パッド中に固定された砥粒を有していない研磨パッドを使用する化学機械的研磨を有し、前記半導体ウェハの裏面の研磨は、それぞれ研磨パッド中に結合された研磨材料を有する研磨パッドを使用してかつ前記半導体ウェハの裏面に研磨圧力を加える３つの工程で行い、第１の工程では、固体を有していない研磨剤を前記研磨パッドと前記半導体ウェハの裏面との間に導入し、第２及び第３の工程では研磨材料を有する研磨剤を導入し、第１の及び第２の工程の８〜１５ｐｓｉの研磨圧力を、第３の工程では０．５〜５ｐｓｉに低下させる工程を有する半導体ウェハの製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、第一に、３００ｍｍ以上の直径を有する、特に４５０ｍｍの直径を有するウェハの次世代技術の半導体ウェハの研磨に特に関する。現在、３００ｍｍの直径を有する研磨されたか又はエピタキシャル被覆された半導体ウェハは、電子工業における最も要求の高い適用のために使用される。４５０ｍｍの基板直径を有するシリコンウェハは開発途上である。
【０００３】
電子工業において、マイクロプロセッサ又はメモリチップのような素子の製造のためにより大きな基板がなぜ求められるのかという本質的理由は、約束された莫大な経済的利点にある。以前から、半導体工業においては提供可能な基板面積を中心に据えるか又は換言すると、一つの基板に収納することができる素子、つまりロジックチップ又はメモリチップの数がどれくらい多いかが問題となることが通常である。このことは、素子製造元の多数の加工工程は全体の基板に向けられているが、基板の構造化のための個々の工程、つまり後に個々のチップになる素子構造体の作成、及び従って２つのグループの加工工程のための製造コストが特に基板サイズにより決定されるという事実に関連している。この基板サイズは、素子１個あたりの製造コストに著しく大きく影響を及ぼし、従って、常に経済的に重要である。
【０００４】
しかしながら、この基板直径の拡大は、今までに知られていない、一部では完全に新しい大きな技術的問題を伴う。
【０００５】
結局は、全ての加工工程が、純粋に機械的なもの（鋸断、研削、ラッピング）でも、化学的なもの（エッチング、洗浄）でも、又は化学機械的なもの（ポリシング）でも、熱的プロセス（エピタキシー、アニーリング）でも、部分的に、このために使用される機器及び装置（設備）に関しても全面的な修正が必要である。
【０００６】
本願発明は、ウェハがメモリチップの製造を予定している場合には最後の本質的な加工工程として、又は原則として、ウェハが近年のマイクロプロセッサの製造のためのいわゆるエピウェハとして使用されることを予定している場合には前記ウェハのエピタキシーに先行する最後から２番目の本質的な加工工程として半導体ウェハの研磨に焦点を当てる。
【０００７】
発明者は、４５０ｍｍウェハの研磨プロセスも本質的に変更を必要とすることを知見した。次に、新規研磨プロセスの定義のために考察の対象に入れられた先行技術における公知の研磨法を記述する。これは、主に、両面研磨（ＤＳＰ）及び化学機械研磨（ＣＭＰ）の通常使用された方法の改良を伴い、前記方法は一方では一次研磨として研磨剤を供給しながら研磨パッドを用いた半導体ウェハの両面の研磨（ＤＰＳ工程）を有し、他方では軟質の研磨パッドを用いた前面（デバイス側）だけの仕上研磨、いわゆる最終研磨（ＣＭＰ工程）を有するが、しかしながら比較的新しいいわゆる「固定砥粒研磨」（ＦＡＰ）技術でもあり、この技術の場合には前記半導体ウェハを研磨パッド中に結合された研磨剤を含有する研磨パッド（固定砥粒研磨パッド）で研磨する。このようなＦＡＰ研磨パッドを使用する研磨工程は以後省略してＦＡＰ工程と称する。
【０００８】
ＤＳＰの他に、先行技術では、欠陥を除去しかつ表面粗さを低減するために常にいわゆるＣＭＰ研磨が必要である。ＣＭＰの場合にはＤＳＰの場合よりも軟質の研磨パッドが使用される。さらに、前記半導体ウェハの片面、つまり後に素子を作成すべき面だけをＣＭＰで研磨される。この先行技術は仕上研磨も述べている。ＣＭＰ法は、例えばUS 2002-0077039並びにUS 2008-0305722に開示されている。
【０００９】
WO 99/55491 A1は、第１のＦＡＰ研磨工程と、引き続く第２のＣＭＰ研磨工程を有する二段階の研磨法が記載されている。ＣＭＰの場合に、前記研磨パッドは固定された研磨剤を含有しない。ここでは研磨剤はＤＳＰ工程の場合と同様に懸濁液の形でシリコンウェハと研磨パッドとの間に導入される。このような二段階研磨法は、特に、ＦＡＰ工程が基板の研磨された表面に残したスクラッチを除去するために使用される。
【００１０】
EP 1 717 001 A1は、表面にまだ素子構造物が作成されていない半導体ウェハの研磨のためにＦＡＰ工程が使用されることの例である。このような半導体ウェハの研磨は、第１に、特に平坦でかつできる限り低いマイクロラフネス及びナノトポロジーを有する少なくとも片面を作成することである。
【００１１】
US2002/00609967 A1は、電子素子の製造の間のトポグラフィー表面の平坦化するためのＣＭＰ法に関する。ＦＡＰ研磨パッドの使用の場合の低い除去速度の欠点を緩和する努力が何よりも重要である。まず研磨を研磨剤懸濁液と共にＦＡＰ研磨パッドを用いて行い及び引き続き研磨剤溶液と共にＦＡＰ研磨パッドを用いて行う研磨工程の順序が提案される。この場合、この一連の工程は、前記材料除去速度を高めるために適切に選択される。均質な組成を有する材料のウェハ、例えば半導体ウェハの前記研磨は、ここには開示されていない。
【００１２】
同様にWO 03/074228 A1も、電子素子の製造の間のトポグラフィー表面を平坦化する方法を開示している。この場合に前記発明のキーポイントはＣＭＰ法における終点認識である。周知のように、前記終点認識は、材料が研磨を全く意図していない領域から除去される前に、前記研磨とそれと共に材料除去とが即座に完了することを必要とする。このために、銅層の研磨のための二段階法が提案される。第１の段階ではＦＡＰ研磨パッドを用いて研磨し、その際、場合により研磨剤は遊離砥粒を含有するか又は含有しない。同様にＦＡＰ研磨パッドを用いて研磨される第２の研磨工程では、それに対して遊離砥粒を有する研磨剤を使用することが重要である。
【００１３】
ドイツ国特許出願のDE 102 007 035 266 A1は、一つの研磨工程で固体として固定されていない研磨材料を含有する研磨剤懸濁液が基板と研磨パッドとの間に導入され、第２の研磨工程では前記研磨剤懸濁液は固体を含有しない研磨剤溶液に代えられることが異なるＦＡＰ型の２つの研磨工程を有するシリコン材料からなる基板を研磨する方法を記載する。
【００１４】
研磨剤の表現は、以後、研磨剤懸濁液及び研磨剤溶液について包括する用語として用いられる。
【００１５】
半導体ウェハ、特に３００ｍｍ以上の直径を有する半導体ウェハ（この場合、特に４５０ｍｍの直径を有する半導体ウェハが挙げられる）の製造との関連で、ハンドリング特性、前記システム間の半導体ウェハの装置間の輸送性、前記プロセス順序での貯蔵特性、支持特性及び最終的にプロセス特性がますます重要となっている。このことは、半導体ウェハの更なる加工にも、ウェハ製造元のユーザのサイドで半導体素子を作成するためのプロセスにおいても通用する。
【００１６】
特に、前記半導体ウェハの裏面はこの場合に重大な基準であり、特に多様なハンドリングシステム、特に前記半導体ウェハと接触する装置は前記半導体ウェハの裏面の特別な特性を必要とする。このような装置は、例えばチャック、つまりウェハホルダであり、前記ウェハホルダは前記半導体ウェハを例えば真空吸引器を用いてその裏面で固定し、前面側が加工、例えば研削される。前記半導体ウェハをそのエッジ領域で固定するシステムの場合も、前記半導体ウェハを裏面のエッジ領域で保持して、前記半導体ウェハの変形を排除できることが重要である。特に、４５０ｍｍの直径を有する次世代の半導体ウェハの場合には、前記ウェハ裏面の特性及び前記ウェハのエッジの特性がこのために重要である。
【００１７】
他方で、前記半導体ウェハの裏面は、例えばボックス（ＦＯＵＰ、ＦＯＳＢ）中での輸送の際の又は所定の作成プロセス（例えば被覆室、炉プロセス等）における貯蔵又は組立の間の支持面である。輸送、搭載又は被覆プロセス中での前記半導体ウェハの制御できないスリップは回避することができる。
【００１８】
最後に、次のことが、ウェハ製造元による前記プロセス実施の他に顧客サイドでも挙げられる：
ここでは加工されるべきウェハの裏面の特性がプロセス工程の成果自体に大きな影響を与える素子製造の場合に特に重要である。このことは、例えば全ての種類の炉プロセスに通用する。設けられる層、例えば酸化物層の付着は、表面特性に特に本質的に依存し、特に、被覆すべき表面の反射率の程度のために、前記表面の放熱及び吸収挙動、ひいては吸収された熱放射の程度及び例えば長いか又は短い被覆時間の形のプロセス実施自体が関与する。前記ウェハ裏面の特性はこれに関して過去においておろそかにされたため、発明者はここでは商業的な必要性があると見た。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】US 2002-0077039
【特許文献２】US 2008-0305722
【特許文献３】WO 99/55491 A1
【特許文献４】EP 1 717 001 A1
【特許文献５】US2002/00609967 A1
【特許文献６】WO 03/074228 A1
【特許文献７】DE 102 007 035 266 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
この記載された問題から、本発明の課題設定、つまり半導体ウェハの裏面の定義されたかつ有利な特性を有する半導体ウェハを提供するという課題設定が生じる。
【００２１】
この場合、ウェハ裏面が研磨機で完全にポリ心されかつウェハ前面がそれに応じて他の研磨機で研磨されるかどうか、又は前記研磨が１つの同じ研磨機で行われるかどうかは重要ではない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の課題は、
ａ） シリコン棒をウェハに切断することにより半導体ウェハを準備する工程、
ｂ） 前記半導体ウェハのエッジを丸めることで、前記半導体ウェハは前面及び裏面が平坦な面とかつエッジ領域で丸められた傾斜する面とを有する工程、
ｃ） 前記半導体ウェハの前面及び裏面を研磨し、前記前面の研磨は、研磨パッド中に固定された砥粒を有していない研磨パッドを使用する化学機械的研磨を有し、前記半導体ウェハの裏面の研磨は、それぞれ研磨パッド中に結合された研磨材料を有する研磨パッドを使用してかつ前記半導体ウェハの裏面に研磨圧力を加える３つの工程で行い、第１の工程では、固体を有していない研磨剤を前記研磨パッドと前記半導体ウェハの裏面との間に導入し、第２及び第３の工程では研磨材料を有する研磨剤を導入し、第１の及び第２の工程の８〜１５ｐｓｉの研磨圧力を、第３の工程では０．５〜５ｐｓｉに低下させる工程を有する半導体ウェハの製造方法によって解決される。
【００２３】
前記解決策により、裏面の定義された表面粗さを有する半導体ウェハが提供される。
【００２４】
当業者には、一次研磨（両面研磨、ＤＳＰ）及び仕上研磨（化学機械的研磨、ＣＭＰ）のような両方の慣用の研磨法により、前面及び裏面が比較的狭く制限された範囲内の表面粗さを有する半導体ウェハが生じることは公知である。
【００２５】
表面粗さを測定するために、２５０μｍフィルタを用いて（２５０μｍより大きな空間波長＝波むら−データ、Chapman Technical Note-TG-1, Rev-01-09参照）Chapman Surface Profiler MP 2000を使用する場合には、ＤＳＰ研磨された半導体ウェハの前面についても裏面についても、３〜６オングストロームの平均表面粗さＲaが見られる。
【００２６】
発明者は、ウェハ裏面についてこのような低い粗さが常に有利であるとは限らず、前記半導体ウェハの裏面の粗さについて、慣用の研磨技術を用いて可能な範囲よりも広い範囲を使用することが望ましいことを知見した。
【００２７】
このことをＦＡＰ研磨が可能であることが判明した。ＦＡＰを用いて、３〜４５オングストロームのChapmanによる（２５０μｍフィルタを用いて）平均表面粗さＲaを作成できる。これは、ＤＳＰ／ＣＭＰにより可能な範囲よりも１０倍大きな範囲をカバーする。８０μｍフィルタ、３０μｍフィルタ及び１０μｍフィルタを用いた相応する粗さデータは、図１及び２に見ることができる。
【００２８】
従って、本発明にとって、半導体ウェハの裏面の所望な定義された粗さを提供するために、半導体ウェハの裏面の研磨をＦＡＰによって行うことが本質的である。
【００２９】
このためには、多様なタイプの研磨機、例えばApplied Materials Inc.社の「Reflection」タイプの３プレート片面研磨機又はPeter Wolters社の「Apollo」タイプの２プレート研磨機又はStrasbaugh社の「nHance (6EG)」タイプの１プレート研磨機が適している。
【００３０】
工程ｃ）における前面の研磨により、有利に前記半導体ウェハの前面の平坦な面では０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaが生じる。
【００３１】
その裏面の平坦な面では、２５０μｍ以下の空間波長に関して表して、前記半導体ウェハは有利に０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３２】
有利に、前記半導体ウェハは、工程ｃ）に引き続き、更なる工程ｄ）においてその前面がエピタキシャル被覆される。
【００３３】
エピタキシャル被覆されたシリコンウェハの場合に、このために、エピタキシャル反応器中で、１つ以上のシリコンウェハを加熱源を用いて、有利に上側及び下側の加熱源を用いて例えばランプ又はランプバンクを用いて加熱し、引き続き、ケイ素化合物を有するソースガス（シラン）、キャリアガス（例えば水素）及び場合によるドーピングガス（例えばジボラン）からなるガス混合物にさらす。
【００３４】
エピタキシャル層は、通常ではＣＶＤ法（chemical vapor deposition）により堆積され、ソースガスとしてシラン、例えばトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3、ＴＣＳ）を前記シリコンウェハの表面に供給し、そこで６００〜１２５０℃の温度で元素のケイ素と揮発性副生成物とに分解し、エピタキシャル成長するシリコン層が前記シリコンウェハ上に形成される。
【００３５】
前記方法の実施の後に、前記半導体ウェハは、２５０μｍ以下の空間波長に関して表してそれぞれ、前面の平坦な面で０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、かつ裏面の平坦な面で０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３６】
前面も裏面も前記エッジ近傍で丸められた面を有し、この面は有利に０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３７】
前記半導体ウェハにエピタキシャル被覆が設けられる場合、２５０μｍ以下の空間波長に関して表してそれぞれ、前記前面の平坦な面は０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、前記裏面の平坦な面は０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３８】
前記前面の傾斜する丸められた面は、有利に０．５〜６ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、裏面の傾斜する丸められた面は０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３９】
特に、裏面の平坦な面の表面粗さＲa（ＢＳ）と裏面の傾斜した丸められた面Ｒa（ＢＳ＿エッジ）との間の差異は、研磨された半導体ウェハでも、エピタキシャル被覆された半導体ウェハでも有利に−１．７〜４ｎｍ、さらに特に有利に０．８〜１．８ｎｍである。
【００４０】
本発明は、ウェハ裏面のラフネスが幅広い範囲で適切に調節でき、それにより現在の及び将来の顧客の要求に関してより柔軟性を保証することができる。
【００４１】
さらに、本発明は、研磨されたウェハの選択された生産物特性を用いる選択的プロセス管理が可能である。
【００４２】
本発明は、特に３００ｍｍ以上の直径を有する、さらに特に有利に４５０ｍｍの直径を有する研磨された及びエピタキシャル被覆されたウェハの加工及び作成に関する。
【００４３】
発明者は、所望の成果を達成するために、半導体ウェハの前面及び裏面の連続した研磨だけが適していることを知見した。キャリアプレートに保持された複数の半導体ウェハを同時にかつ両面研磨する今まで使用されていたバッチ式研磨法はこのためには不適当であり、枚葉型ウェハ加工に置き換る必要がある。
【００４４】
本発明による方法のシリコンウェハの裏面を研磨する第１の工程の場合の前記研磨剤溶液は、最も簡単な場合には、シリコン工業において使用するために必要な純度を有する水、有利に脱イオン水（ＤＩＷ）である。
【００４５】
しかしながら、前記研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）又はこれらの所望の混合物を含有することもできる。
【００４６】
炭酸カリウムを使用するのが特に有利である。
【００４７】
この場合、前記研磨剤溶液のｐＨ値は、有利に１０〜１２の範囲内であり、前記研磨剤溶液中の前記化合物の割合は、有利に０．０１〜１０質量％、特に有利に０．０１〜０．２質量％である。
【００４８】
前記研磨剤溶液は、さらに、１種以上の他の添加剤、例えば表面活性添加物、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、保存剤、殺生物剤、アルコール及び金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００４９】
前記半導体ウェハの裏面を研磨する第２の工程の場合に、砥粒を有する研磨剤が使用される。
【００５０】
前記研磨剤懸濁液中の研磨材料の割合は、有利に０．２５〜２０質量％、特に有利に０．２５〜１質量％である。
【００５１】
研磨材料粒子のサイズ分布は有利に単峰性を特徴とする。
【００５２】
この平均粒径は５〜３００ｎｍ、特に有利に５〜５０ｎｍである。
【００５３】
前記研磨材料は、基板材料を機械的に除去する材料からなり、有利にアルミニウム、セリウム又はケイ素の元素の酸化物の１種以上からなる。
【００５４】
コロイド分散性シリカを含有する研磨剤懸濁液を使用するのが特に有利である。
【００５５】
前記裏面の研磨の第２の工程の場合に、第１の工程とは反対に、有利に炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）のような添加剤は導入されない。
【００５６】
前記研磨剤懸濁液は、しかしながら、１種以上の他の添加剤、例えば表面活性添加物、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして機能する安定剤、保存剤、殺生物剤、アルコール及び金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００５７】
前記半導体ウェハを裏面研磨する第３の工程の場合に、同様に砥粒を有する研磨剤が使用される。
【００５８】
この研磨圧力は、第１及び第２の工程と比較して８〜１５ｐｓｉから０．５〜５ｐｓｉに低減される。
【００５９】
前記研磨剤懸濁液中の研磨材料の割合は、有利に０．２５〜２０質量％、特に有利に０．２５〜１質量％である。
【００６０】
研磨材料粒子のサイズ分布は有利に単峰性を特徴とする。
【００６１】
この平均粒径は５〜３００ｎｍ、特に有利に５〜５０ｎｍである。
【００６２】
前記研磨材料は、基板材料を機械的に除去する材料からなり、有利にアルミニウム、セリウム又はケイ素の元素の酸化物の１種以上からなる。
【００６３】
コロイド分散性シリカを含有する研磨剤懸濁液を使用するのが特に有利である。
【００６４】
前記裏面の研磨の第３の工程の場合に、第１の工程とは反対に、有利に炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）のような添加剤は導入されない。
【００６５】
前記研磨剤懸濁液は、しかしながら、１種以上の他の添加剤、例えば表面活性添加物、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして機能する安定剤、保存剤、殺生物剤、アルコール及び金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００６６】
基本的に、前記半導体ウェハは、研磨すべき端面を備えた「研磨ヘッド」を用いて研磨定盤上にある研磨パッドに押し付けられる。
【００６７】
研磨ヘッドは、前記基板を横方向で取り囲みかつ研磨の間に研磨ヘッドから滑ることを抑制するための「リテーナリング」を有する。
【００６８】
最近の研磨ヘッドの場合、前記研磨パッドとは反対側の前記半導体ウェハの面は弾性膜上に載せられ、前記弾性膜はかけられた研磨圧力を伝達する。前記膜はチャンバシステムの一部であり、前記システムはガスクッション又は液体クッションにより形成される。
【００６９】
また、研磨ヘッドは、膜の代わりに弾性支持体（バッキングパッド）を使用する場合でも用いられる。
【００７０】
前記基板の研磨は、前記基板と研磨パッドとの間に研磨剤を供給しながら及び研磨ヘッドと研磨定盤とを回転させながら実施される。
【００７１】
付加的に、前記研磨ヘッドは、研磨パッドを介した移動により動かすことができ、それにより研磨パッド面の広範囲な利用が達成される。
【００７２】
更に、本発明による方法は、単定盤式及び多定盤式の研磨装置でも同じように実施することができる。
【００７３】
有利に２枚、更に特に有利に３枚の研磨定盤及び研磨ヘッドを備えた多定盤式研磨装置の使用が有利である。
【００７４】
この場合、多様な研磨パッド及び多様な研磨剤を使用することもできる。
【００７５】
本発明による方法の場合に、研磨パッド中に結合した研磨材料を含有する研磨パッド（ＦＡＰパッド又はＦＡパッド）が３つの全ての裏面研磨工程のために使用される。
【００７６】
適当な研磨材料は、例えばセリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの元素の酸化物の粒子及び硬質材料、例えば炭化ケイ素、窒化ホウ素及びダイヤモンドの粒子が含まれる。
【００７７】
特に適した研磨パッドは、反復する微細構造が付与された表面トポグラフィーを有する。この微細構造（posts）は、例えば円柱状又は多角形の断面を有する柱状体の形又はピラミッド又は切頭ピラミッドの形を有する。
【００７８】
このような研磨パッドの詳細な記載は、例えばWO 92/13680 A1及びUS 2005/227590 A1に含まれている。
【００７９】
酸化セリウム粒子を有する研磨パッド（例えばUS6602117B1も参照）及び前記文献に記載された研磨パッドの使用が特に有利である。
【００８０】
使用されたＦＡＰ研磨パッドの粒度は有利に０．１μｍ以上及び１．０μｍ以下である。
【００８１】
上記の請求項に記載された範囲内の高い裏面の粗さが望ましい場合には、０．５〜１．０μｍの粒度を有するＦＡＰ布を使用するのが有利である。
【００８２】
低い裏面の粗さが望ましい場合には、有利に０．０１〜０．２５μｍの粒度を有するＦＡＰ布を使用するのが有利である。
【００８３】
０．１μｍよりも明らかに低いか又は１．０μｍよりも明らかに高い粒度を有するＦＡＰの使用は望ましい成果が得られない。
【００８４】
さらに、半導体ウェハのエッジ研磨を中心で回転するチャック上で有利に実施し、前記半導体ウェハと、前記チャックに対して傾斜されかつ固定砥粒を有する研磨パッドを有する中心で回転する研磨ドラムとを一緒に運行し、固体を含有しない研磨剤溶液を連続的に供給しながら前記半導体ウェハと前記研磨ドラムとを相互に押し付ける。
【００８５】
工程ｂ）の実施の後に、前記半導体ウェハは丸められたエッジを有する（慣用のエッジ研削法を用いて作成される）。
【００８６】
前記半導体ウェハは、工程ｃ）の前又は後で、固定砥粒を有するあまり圧縮性でない硬質な研磨パッドが表面に貼り付けられた研磨ドラムを用いて、アルカリ性溶液を供給しながら研磨される。
【００８７】
有利に、引き続き、第２の工程において、同じ研磨パッドで、シリカゾル、例えばＳｉＯ2約１質量％を有するGlanzox 3900を供給しながら平滑化工程を行う。
【００８８】
前記エッジ研磨の場合に、前記方法の工程ｃ）による前面研磨及び裏面研磨と同じ研磨剤溶液及び研磨剤懸濁液が有利である。
【００８９】
同様のことが、この使用された研磨パッドにも通用する。
【００９０】
特に、エッジ研磨の場合にも、０．１μｍ〜１．０μｍのサイズの粒子の形の砥粒を含有する研磨パッドの使用が有利である。
【００９１】
前記粒子は、有利にセリウム、アルミニウム、ケイ素及びジルコニウムの元素の酸化物からなるグループから選択される。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明により加工された直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェハの裏面の粗さ値を示す。
【図２】本発明により加工された半導体ウェハの粗さ値を示す。
【実施例】
【００９３】
この試験は、Strasbaugh Inc.社の「nHance 6EG」のタイプの研磨装置で実施した。
【００９４】
Strasbaugh Inc.社のこの研磨装置は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、半導体ウェハを完全に自動的に加工する研磨ヘッドとを有する。前記研磨ヘッドは、一般的に取り付けられかつ「バッキングパッド」で被覆されている固定されたベースプレートを有し、かつ可動のリテーナリングを有する。研磨の間に前記半導体ウェハを浮遊させるエアクッションは、前記ベースプレート中の穿孔を通して、２つの同心の圧力区域：内側の圧力区域及び外側の圧力区域中に設定することができる。前記の可動のリテーナリングは圧縮空気ベローズによって圧力をかけることができるため、前記研磨パッドを前記半導体ウェハとの接触の際にプリテンションがかけられ、前記半導体ウェハを平坦に維持することができる。
【００９５】
全ての試験において前記研磨工程１は、Ｋ2ＣＯ3溶液（０．２質量％）を用いた一次研磨工程であった。
【００９６】
第２の研磨工程を、Glanzox 3900*（１質量％）を用いてＫ2ＣＯ3なしでかつ一般に前記工程１と同じ研磨圧力で実施した。
【００９７】
Glanzox 3900*は、フジミインコーポレーテッド社（日本）の、濃縮液として提供される研磨剤懸濁液の商品名である。この希釈されていない溶液はｐＨ１０．５を有し、３０〜４０ｎｍの平均粒径を有する約９質量％のコロイド状ＳｉＯ2を含有する。
【００９８】
第３の研磨工程はGlanzox 3900（１質量％）を供給しながらＫ2ＣＯ3なしでかつ部分工程１及び２の場合よりも低い研磨圧力で行った。
【００９９】
場合により、工程３の後に、界面活性剤又は界面活性剤＋ＤＩＷ（脱イオン水）を供給しながら低圧研磨工程を続ける。
【０１００】
０．１〜１μｍの多様な粒度を有するＦＡＰ研磨パッドを用いて試験を行った。
【０１０１】
図面で示した試験の場合、例えばUS 6602117 B1に記載されているような研磨パッド中に固定された酸化セリウム砥粒を有する研磨パッドを使用した。
【０１０２】
前記平均粒度は０．５μｍであった。
【０１０３】
前面の化学機械的研磨のために典型的な一次研磨用研磨パッドを使用した。このために、例えばRohm & Haas社のSUBA（登録商標）系列の研磨パッド、例えばSUBA（登録商標） 1250（一次研磨用研磨パッド）又はRodel（登録商標）のSPM 3100のような典型的なＣＭＰ研磨パッド（仕上研磨用研磨パッド）が適している。
【０１０４】
図１は、本発明により加工された直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェハの裏面の粗さ値を示す。１５の試験を多様な研磨条件下で行った。１．３〜４．５ｎｍの粗さ値が見られた（２５０μｍフィルタ）。
【０１０５】
試験１〜９は、Ｋ2ＣＯ3溶液（０．２質量％）を用いた一次研磨工程、引き続きＫ2ＣＯ3の供給なしでの研磨剤溶液（Glanzox 3900）を使用した第２の研磨及び最初の２つの研磨の場合よりも低い研磨圧力でのＫ2ＣＯ3の供給なしでのGlanzox 3900を用いた第３の研磨を含む。
【０１０６】
最初の２つの工程の場合の研磨圧力はそれぞれ７〜１３ｐｓｉであり、第３の研磨工程の場合では０．５〜２ｐｓｉである。
【０１０７】
試験１０〜１３は、さらにＤＩＷを供給しながらの研磨工程を含む。
【０１０８】
図２は、同様に、本発明により加工された半導体ウェハの粗さ値を示す。
【０１０９】
この場合、０．３〜約１．７ｎｍの粗さ値が見られた（２５０μｍフィルタ）。
【０１１０】
ここでも、全ての試験は、１０〜１３ｐｓｉの研磨圧力でＫ2ＣＯ3溶液を供給しながらの一次研磨、１０〜１３ｐｓｉの研磨圧力でGlanzox 3900を供給しながらの第２の研磨工程及び０．５〜３．５ｐｓｉの研磨圧力で第３の研磨工程を含む。試験１４〜２０の場合に、研磨剤流量は、最初の２つの工程の場合に３０００〜５０００ｍｌ／ｍｉｎ、第３の工程の場合に３５０ｍｌ／ｍｉｎであった。試験１の場合では、しかしながら、前記研磨剤流量は第２の研磨工程で１００ｍｌ／ｍｉｎであった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、第一に、３００ｍｍ以上の直径を有する、特に４５０ｍｍの直径を有するウェハの次世代技術の半導体ウェハの研磨に特に関する。現在、３００ｍｍの直径を有する研磨されたか又はエピタキシャル被覆された半導体ウェハは、電子工業における最も要求の高い適用のために使用される。４５０ｍｍの基板直径を有するシリコンウェハは開発途上である。
【０００３】
電子工業において、マイクロプロセッサ又はメモリチップのような素子の製造のためにより大きな基板がなぜ求められるのかという本質的理由は、約束された莫大な経済的利点にある。以前から、半導体工業においては提供可能な基板面積を中心に据えるか又は換言すると、一つの基板に収納することができる素子、つまりロジックチップ又はメモリチップの数がどれくらい多いかが問題となることが通常である。このことは、素子製造元の多数の加工工程は全体の基板に向けられているが、基板の構造化のための個々の工程、つまり後に個々のチップになる素子構造体の作成、及び従って２つのグループの加工工程のための製造コストが特に基板サイズにより決定されるという事実に関連している。この基板サイズは、素子１個あたりの製造コストに著しく大きく影響を及ぼし、従って、常に経済的に重要である。
【０００４】
しかしながら、この基板直径の拡大は、今までに知られていない、一部では完全に新しい大きな技術的問題を伴う。
【０００５】
結局は、全ての加工工程が、純粋に機械的なもの（鋸断、研削、ラッピング）でも、化学的なもの（エッチング、洗浄）でも、又は化学機械的なもの（ポリシング）でも、熱的プロセス（エピタキシー、アニーリング）でも、部分的に、このために使用される機器及び装置（設備）に関しても全面的な修正が必要である。
【０００６】
本願発明は、ウェハがメモリチップの製造を予定している場合には最後の本質的な加工工程として、又は原則として、ウェハが近年のマイクロプロセッサの製造のためのいわゆるエピウェハとして使用されることを予定している場合には前記ウェハのエピタキシーに先行する最後から２番目の本質的な加工工程として半導体ウェハの研磨に焦点を当てる。
【０００７】
発明者は、４５０ｍｍウェハの研磨プロセスも本質的に変更を必要とすることを知見した。次に、新規研磨プロセスの定義のために考察の対象に入れられた先行技術における公知の研磨法を記述する。これは、主に、両面研磨（ＤＳＰ）及び化学機械研磨（ＣＭＰ）の通常使用された方法の改良を伴い、前記方法は一方では一次研磨として研磨剤を供給しながら研磨パッドを用いた半導体ウェハの両面の研磨（ＤＰＳ工程）を有し、他方では軟質の研磨パッドを用いた前面（デバイス側）だけの仕上研磨、いわゆる最終研磨（ＣＭＰ工程）を有するが、しかしながら比較的新しいいわゆる「固定砥粒研磨」（ＦＡＰ）技術でもあり、この技術の場合には前記半導体ウェハを研磨パッド中に結合された研磨剤を含有する研磨パッド（固定砥粒研磨パッド）で研磨する。このようなＦＡＰ研磨パッドを使用する研磨工程は以後省略してＦＡＰ工程と称する。
【０００８】
ＤＳＰの他に、先行技術では、欠陥を除去しかつ表面粗さを低減するために常にいわゆるＣＭＰ研磨が必要である。ＣＭＰの場合にはＤＳＰの場合よりも軟質の研磨パッドが使用される。さらに、前記半導体ウェハの片面、つまり後に素子を作成すべき面だけをＣＭＰで研磨される。この先行技術は仕上研磨も述べている。ＣＭＰ法は、例えばUS 2002-0077039並びにUS 2008-0305722に開示されている。
【０００９】
WO 99/55491 A1は、第１のＦＡＰ研磨工程と、引き続く第２のＣＭＰ研磨工程を有する二段階の研磨法が記載されている。ＣＭＰの場合に、前記研磨パッドは固定された研磨剤を含有しない。ここでは研磨剤はＤＳＰ工程の場合と同様に懸濁液の形でシリコンウェハと研磨パッドとの間に導入される。このような二段階研磨法は、特に、ＦＡＰ工程が基板の研磨された表面に残したスクラッチを除去するために使用される。
【００１０】
EP 1 717 001 A1は、表面にまだ素子構造物が作成されていない半導体ウェハの研磨のためにＦＡＰ工程が使用されることの例である。このような半導体ウェハの研磨は、第１に、特に平坦でかつできる限り低いマイクロラフネス及びナノトポロジーを有する少なくとも片面を作成することである。
【００１１】
US2002/00609967 A1は、電子素子の製造の間のトポグラフィー表面の平坦化するためのＣＭＰ法に関する。ＦＡＰ研磨パッドの使用の場合の低い除去速度の欠点を緩和する努力が何よりも重要である。まず研磨を研磨剤懸濁液と共にＦＡＰ研磨パッドを用いて行い及び引き続き研磨剤溶液と共にＦＡＰ研磨パッドを用いて行う研磨工程の順序が提案される。この場合、この一連の工程は、前記材料除去速度を高めるために適切に選択される。均質な組成を有する材料のウェハ、例えば半導体ウェハの前記研磨は、ここには開示されていない。
【００１２】
同様にWO 03/074228 A1も、電子素子の製造の間のトポグラフィー表面を平坦化する方法を開示している。この場合に前記発明のキーポイントはＣＭＰ法における終点認識である。周知のように、前記終点認識は、材料が研磨を全く意図していない領域から除去される前に、前記研磨とそれと共に材料除去とが即座に完了することを必要とする。このために、銅層の研磨のための二段階法が提案される。第１の段階ではＦＡＰ研磨パッドを用いて研磨し、その際、場合により研磨剤は遊離砥粒を含有するか又は含有しない。同様にＦＡＰ研磨パッドを用いて研磨される第２の研磨工程では、それに対して遊離砥粒を有する研磨剤を使用することが重要である。
【００１３】
ドイツ国特許出願のDE 102 007 035 266 A1は、一つの研磨工程で固体として固定されていない研磨材料を含有する研磨剤懸濁液が基板と研磨パッドとの間に導入され、第２の研磨工程では前記研磨剤懸濁液は固体を含有しない研磨剤溶液に代えられることが異なるＦＡＰ型の２つの研磨工程を有するシリコン材料からなる基板を研磨する方法を記載する。
【００１４】
研磨剤の表現は、以後、研磨剤懸濁液及び研磨剤溶液について包括する用語として用いられる。
【００１５】
半導体ウェハ、特に３００ｍｍ以上の直径を有する半導体ウェハ（この場合、特に４５０ｍｍの直径を有する半導体ウェハが挙げられる）の製造との関連で、ハンドリング特性、前記システム間の半導体ウェハの装置間の輸送性、前記プロセス順序での貯蔵特性、支持特性及び最終的にプロセス特性がますます重要となっている。このことは、半導体ウェハの更なる加工にも、ウェハ製造元のユーザのサイドで半導体素子を作成するためのプロセスにおいても通用する。
【００１６】
特に、前記半導体ウェハの裏面はこの場合に重大な基準であり、特に多様なハンドリングシステム、特に前記半導体ウェハと接触する装置は前記半導体ウェハの裏面の特別な特性を必要とする。このような装置は、例えばチャック、つまりウェハホルダであり、前記ウェハホルダは前記半導体ウェハを例えば真空吸引器を用いてその裏面で固定し、前面側が加工、例えば研削される。前記半導体ウェハをそのエッジ領域で固定するシステムの場合も、前記半導体ウェハを裏面のエッジ領域で保持して、前記半導体ウェハの変形を排除できることが重要である。特に、４５０ｍｍの直径を有する次世代の半導体ウェハの場合には、前記ウェハ裏面の特性及び前記ウェハのエッジの特性がこのために重要である。
【００１７】
他方で、前記半導体ウェハの裏面は、例えばボックス（ＦＯＵＰ、ＦＯＳＢ）中での輸送の際の又は所定の作成プロセス（例えば被覆室、炉プロセス等）における貯蔵又は組立の間の支持面である。輸送、搭載又は被覆プロセス中での前記半導体ウェハの制御できないスリップは回避することができる。
【００１８】
最後に、次のことが、ウェハ製造元による前記プロセス実施の他に顧客サイドでも挙げられる：
ここでは加工されるべきウェハの裏面の特性がプロセス工程の成果自体に大きな影響を与える素子製造の場合に特に重要である。このことは、例えば全ての種類の炉プロセスに通用する。設けられる層、例えば酸化物層の付着は、表面特性に特に本質的に依存し、特に、被覆すべき表面の反射率の程度のために、前記表面の放熱及び吸収挙動、ひいては吸収された熱放射の程度及び例えば長いか又は短い被覆時間の形のプロセス実施自体が関与する。前記ウェハ裏面の特性はこれに関して過去においておろそかにされたため、発明者はここでは商業的な必要性があると見た。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】US 2002-0077039
【特許文献２】US 2008-0305722
【特許文献３】WO 99/55491 A1
【特許文献４】EP 1 717 001 A1
【特許文献５】US2002/00609967 A1
【特許文献６】WO 03/074228 A1
【特許文献７】DE 102 007 035 266 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
この記載された問題から、本発明の課題設定、つまり半導体ウェハの裏面の定義されたかつ有利な特性を有する半導体ウェハを提供するという課題設定が生じる。
【００２１】
この場合、ウェハ裏面が研磨機で完全にポリ心されかつウェハ前面がそれに応じて他の研磨機で研磨されるかどうか、又は前記研磨が１つの同じ研磨機で行われるかどうかは重要ではない。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の課題は、
ａ） シリコン棒をウェハに切断することにより半導体ウェハを準備する工程、
ｂ） 前記半導体ウェハのエッジを丸めることで、前記半導体ウェハは前面及び裏面が平坦な面とかつエッジ領域で丸められた傾斜する面とを有する工程、
ｃ） 前記半導体ウェハの前面及び裏面を研磨し、前記前面の研磨は、研磨パッド中に固定された砥粒を有していない研磨パッドを使用する化学機械的研磨を有し、前記半導体ウェハの裏面の研磨は、それぞれ研磨パッド中に結合された研磨材料を有する研磨パッドを使用してかつ前記半導体ウェハの裏面に研磨圧力を加える３つの工程で行い、第１の工程では、固体を有していない研磨剤を前記研磨パッドと前記半導体ウェハの裏面との間に導入し、第２及び第３の工程では研磨材料を有する研磨剤を導入し、第１の及び第２の工程の８〜１５ｐｓｉの研磨圧力を、第３の工程では０．５〜５ｐｓｉに低下させる工程を有する半導体ウェハの製造方法によって解決される。
【００２３】
前記解決策により、裏面の定義された表面粗さを有する半導体ウェハが提供される。
【００２４】
当業者には、一次研磨（両面研磨、ＤＳＰ）及び仕上研磨（化学機械的研磨、ＣＭＰ）のような両方の慣用の研磨法により、前面及び裏面が比較的狭く制限された範囲内の表面粗さを有する半導体ウェハが生じることは公知である。
【００２５】
表面粗さを測定するために、２５０μｍフィルタを用いて（２５０μｍより大きな空間波長＝波むら−データ、Chapman Technical Note-TG-1, Rev-01-09参照）Chapman Surface Profiler MP 2000を使用する場合には、ＤＳＰ研磨された半導体ウェハの前面についても裏面についても、３〜６オングストロームの平均表面粗さＲaが見られる。
【００２６】
発明者は、ウェハ裏面についてこのような低い粗さが常に有利であるとは限らず、前記半導体ウェハの裏面の粗さについて、慣用の研磨技術を用いて可能な範囲よりも広い範囲を使用することが望ましいことを知見した。
【００２７】
このことをＦＡＰ研磨が可能であることが判明した。ＦＡＰを用いて、３〜４５オングストロームのChapmanによる（２５０μｍフィルタを用いて）平均表面粗さＲaを作成できる。これは、ＤＳＰ／ＣＭＰにより可能な範囲よりも１０倍大きな範囲をカバーする。８０μｍフィルタ、３０μｍフィルタ及び１０μｍフィルタを用いた相応する粗さデータは、図１及び２に見ることができる。
【００２８】
従って、本発明にとって、半導体ウェハの裏面の所望な定義された粗さを提供するために、半導体ウェハの裏面の研磨をＦＡＰによって行うことが本質的である。
【００２９】
このためには、多様なタイプの研磨機、例えばApplied Materials Inc.社の「Reflection」タイプの３プレート片面研磨機又はPeter Wolters社の「Apollo」タイプの２プレート研磨機又はStrasbaugh社の「nHance (6EG)」タイプの１プレート研磨機が適している。
【００３０】
工程ｃ）における前面の研磨により、有利に前記半導体ウェハの前面の平坦な面では０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaが生じる。
【００３１】
その裏面の平坦な面では、２５０μｍ以下の空間波長に関して表して、前記半導体ウェハは有利に０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３２】
有利に、前記半導体ウェハは、工程ｃ）に引き続き、更なる工程ｄ）においてその前面がエピタキシャル被覆される。
【００３３】
エピタキシャル被覆されたシリコンウェハの場合に、このために、エピタキシャル反応器中で、１つ以上のシリコンウェハを加熱源を用いて、有利に上側及び下側の加熱源を用いて例えばランプ又はランプバンクを用いて加熱し、引き続き、ケイ素化合物を有するソースガス（シラン）、キャリアガス（例えば水素）及び場合によるドーピングガス（例えばジボラン）からなるガス混合物にさらす。
【００３４】
エピタキシャル層は、通常ではＣＶＤ法（chemical vapor deposition）により堆積され、ソースガスとしてシラン、例えばトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ3、ＴＣＳ）を前記シリコンウェハの表面に供給し、そこで６００〜１２５０℃の温度で元素のケイ素と揮発性副生成物とに分解し、エピタキシャル成長するシリコン層が前記シリコンウェハ上に形成される。
【００３５】
前記方法の実施の後に、前記半導体ウェハは、２５０μｍ以下の空間波長に関して表してそれぞれ、前面の平坦な面で０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、かつ裏面の平坦な面で０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３６】
前面も裏面も前記エッジ近傍で丸められた面を有し、この面は有利に０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３７】
前記半導体ウェハにエピタキシャル被覆が設けられる場合、２５０μｍ以下の空間波長に関して表してそれぞれ、前記前面の平坦な面は０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、前記裏面の平坦な面は０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３８】
前記前面の傾斜する丸められた面は、有利に０．５〜６ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、裏面の傾斜する丸められた面は０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する。
【００３９】
特に、裏面の平坦な面の表面粗さＲa（ＢＳ）と裏面の傾斜した丸められた面Ｒa（ＢＳ＿エッジ）との間の差異は、研磨された半導体ウェハでも、エピタキシャル被覆された半導体ウェハでも有利に−１．７〜４ｎｍ、さらに特に有利に０．８〜１．８ｎｍである。
【００４０】
本発明は、ウェハ裏面のラフネスが幅広い範囲で適切に調節でき、それにより現在の及び将来の顧客の要求に関してより柔軟性を保証することができる。
【００４１】
さらに、本発明は、研磨されたウェハの選択された生産物特性を用いる選択的プロセス管理が可能である。
【００４２】
本発明は、特に３００ｍｍ以上の直径を有する、さらに特に有利に４５０ｍｍの直径を有する研磨された及びエピタキシャル被覆されたウェハの加工及び作成に関する。
【００４３】
発明者は、所望の成果を達成するために、半導体ウェハの前面及び裏面の連続した研磨だけが適していることを知見した。キャリアプレートに保持された複数の半導体ウェハを同時にかつ両面研磨する今まで使用されていたバッチ式研磨法はこのためには不適当であり、枚葉型ウェハ加工に置き換る必要がある。
【００４４】
本発明による方法のシリコンウェハの裏面を研磨する第１の工程の場合の前記研磨剤溶液は、最も簡単な場合には、シリコン工業において使用するために必要な純度を有する水、有利に脱イオン水（ＤＩＷ）である。
【００４５】
しかしながら、前記研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）又はこれらの所望の混合物を含有することもできる。
【００４６】
炭酸カリウムを使用するのが特に有利である。
【００４７】
この場合、前記研磨剤溶液のｐＨ値は、有利に１０〜１２の範囲内であり、前記研磨剤溶液中の前記化合物の割合は、有利に０．０１〜１０質量％、特に有利に０．０１〜０．２質量％である。
【００４８】
前記研磨剤溶液は、さらに、１種以上の他の添加剤、例えば表面活性添加物、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして作用する安定剤、保存剤、殺生物剤、アルコール及び金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００４９】
前記半導体ウェハの裏面を研磨する第２の工程の場合に、砥粒を有する研磨剤が使用される。
【００５０】
前記研磨剤懸濁液中の研磨材料の割合は、有利に０．２５〜２０質量％、特に有利に０．２５〜１質量％である。
【００５１】
研磨材料粒子のサイズ分布は有利に単峰性を特徴とする。
【００５２】
この平均粒径は５〜３００ｎｍ、特に有利に５〜５０ｎｍである。
【００５３】
前記研磨材料は、基板材料を機械的に除去する材料からなり、有利にアルミニウム、セリウム又はケイ素の元素の酸化物の１種以上からなる。
【００５４】
コロイド分散性シリカを含有する研磨剤懸濁液を使用するのが特に有利である。
【００５５】
前記裏面の研磨の第２の工程の場合に、第１の工程とは反対に、有利に炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）のような添加剤は導入されない。
【００５６】
前記研磨剤懸濁液は、しかしながら、１種以上の他の添加剤、例えば表面活性添加物、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして機能する安定剤、保存剤、殺生物剤、アルコール及び金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００５７】
前記半導体ウェハを裏面研磨する第３の工程の場合に、同様に砥粒を有する研磨剤が使用される。
【００５８】
この研磨圧力は、第１及び第２の工程と比較して８〜１５ｐｓｉから０．５〜５ｐｓｉに低減される。
【００５９】
前記研磨剤懸濁液中の研磨材料の割合は、有利に０．２５〜２０質量％、特に有利に０．２５〜１質量％である。
【００６０】
研磨材料粒子のサイズ分布は有利に単峰性を特徴とする。
【００６１】
この平均粒径は５〜３００ｎｍ、特に有利に５〜５０ｎｍである。
【００６２】
前記研磨材料は、基板材料を機械的に除去する材料からなり、有利にアルミニウム、セリウム又はケイ素の元素の酸化物の１種以上からなる。
【００６３】
コロイド分散性シリカを含有する研磨剤懸濁液を使用するのが特に有利である。
【００６４】
前記裏面の研磨の第３の工程の場合に、第１の工程とは反対に、有利に炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）のような添加剤は導入されない。
【００６５】
前記研磨剤懸濁液は、しかしながら、１種以上の他の添加剤、例えば表面活性添加物、例えば湿潤剤及び界面活性剤、保護コロイドとして機能する安定剤、保存剤、殺生物剤、アルコール及び金属イオン封鎖剤を含有することができる。
【００６６】
基本的に、前記半導体ウェハは、研磨すべき端面を備えた「研磨ヘッド」を用いて研磨定盤上にある研磨パッドに押し付けられる。
【００６７】
研磨ヘッドは、前記基板を横方向で取り囲みかつ研磨の間に研磨ヘッドから滑ることを抑制するための「リテーナリング」を有する。
【００６８】
最近の研磨ヘッドの場合、前記研磨パッドとは反対側の前記半導体ウェハの面は弾性膜上に載せられ、前記弾性膜はかけられた研磨圧力を伝達する。前記膜はチャンバシステムの一部であり、前記システムはガスクッション又は液体クッションにより形成される。
【００６９】
また、研磨ヘッドは、膜の代わりに弾性支持体（バッキングパッド）を使用する場合でも用いられる。
【００７０】
前記基板の研磨は、前記基板と研磨パッドとの間に研磨剤を供給しながら及び研磨ヘッドと研磨定盤とを回転させながら実施される。
【００７１】
付加的に、前記研磨ヘッドは、研磨パッドを介した移動により動かすことができ、それにより研磨パッド面の広範囲な利用が達成される。
【００７２】
更に、本発明による方法は、単定盤式及び多定盤式の研磨装置でも同じように実施することができる。
【００７３】
有利に２枚、更に特に有利に３枚の研磨定盤及び研磨ヘッドを備えた多定盤式研磨装置の使用が有利である。
【００７４】
この場合、多様な研磨パッド及び多様な研磨剤を使用することもできる。
【００７５】
本発明による方法の場合に、研磨パッド中に結合した研磨材料を含有する研磨パッド（ＦＡＰパッド又はＦＡパッド）が３つの全ての裏面研磨工程のために使用される。
【００７６】
適当な研磨材料は、例えばセリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの元素の酸化物の粒子及び硬質材料、例えば炭化ケイ素、窒化ホウ素及びダイヤモンドの粒子が含まれる。
【００７７】
特に適した研磨パッドは、反復する微細構造が付与された表面トポグラフィーを有する。この微細構造（posts）は、例えば円柱状又は多角形の断面を有する柱状体の形又はピラミッド又は切頭ピラミッドの形を有する。
【００７８】
このような研磨パッドの詳細な記載は、例えばWO 92/13680 A1及びUS 2005/227590 A1に含まれている。
【００７９】
酸化セリウム粒子を有する研磨パッド（例えばUS6602117B1も参照）及び前記文献に記載された研磨パッドの使用が特に有利である。
【００８０】
使用されたＦＡＰ研磨パッドの粒度は有利に０．１μｍ以上及び１．０μｍ以下である。
【００８１】
上記の請求項に記載された範囲内の高い裏面の粗さが望ましい場合には、０．５〜１．０μｍの粒度を有するＦＡＰ布を使用するのが有利である。
【００８２】
低い裏面の粗さが望ましい場合には、有利に０．０１〜０．２５μｍの粒度を有するＦＡＰ布を使用するのが有利である。
【００８３】
０．１μｍよりも明らかに低いか又は１．０μｍよりも明らかに高い粒度を有するＦＡＰの使用は望ましい成果が得られない。
【００８４】
さらに、半導体ウェハのエッジ研磨を中心で回転するチャック上で有利に実施し、前記半導体ウェハと、前記チャックに対して傾斜されかつ固定砥粒を有する研磨パッドを有する中心で回転する研磨ドラムとを一緒に運行し、固体を含有しない研磨剤溶液を連続的に供給しながら前記半導体ウェハと前記研磨ドラムとを相互に押し付ける。
【００８５】
工程ｂ）の実施の後に、前記半導体ウェハは丸められたエッジを有する（慣用のエッジ研削法を用いて作成される）。
【００８６】
前記半導体ウェハは、工程ｃ）の前又は後で、固定砥粒を有するあまり圧縮性でない硬質な研磨パッドが表面に貼り付けられた研磨ドラムを用いて、アルカリ性溶液を供給しながら研磨される。
【００８７】
有利に、引き続き、第２の工程において、同じ研磨パッドで、シリカゾル、例えばＳｉＯ2約１質量％を有するGlanzox 3900を供給しながら平滑化工程を行う。
【００８８】
前記エッジ研磨の場合に、前記方法の工程ｃ）による前面研磨及び裏面研磨と同じ研磨剤溶液及び研磨剤懸濁液が有利である。
【００８９】
同様のことが、この使用された研磨パッドにも通用する。
【００９０】
特に、エッジ研磨の場合にも、０．１μｍ〜１．０μｍのサイズの粒子の形の砥粒を含有する研磨パッドの使用が有利である。
【００９１】
前記粒子は、有利にセリウム、アルミニウム、ケイ素及びジルコニウムの元素の酸化物からなるグループから選択される。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明により加工された直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェハの裏面の粗さ値を示す。
【図２】本発明により加工された半導体ウェハの粗さ値を示す。
【実施例】
【００９３】
この試験は、Strasbaugh Inc.社の「nHance 6EG」のタイプの研磨装置で実施した。
【００９４】
Strasbaugh Inc.社のこの研磨装置は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、半導体ウェハを完全に自動的に加工する研磨ヘッドとを有する。前記研磨ヘッドは、一般的に取り付けられかつ「バッキングパッド」で被覆されている固定されたベースプレートを有し、かつ可動のリテーナリングを有する。研磨の間に前記半導体ウェハを浮遊させるエアクッションは、前記ベースプレート中の穿孔を通して、２つの同心の圧力区域：内側の圧力区域及び外側の圧力区域中に設定することができる。前記の可動のリテーナリングは圧縮空気ベローズによって圧力をかけることができるため、前記研磨パッドを前記半導体ウェハとの接触の際にプリテンションがかけられ、前記半導体ウェハを平坦に維持することができる。
【００９５】
全ての試験において前記研磨工程１は、Ｋ2ＣＯ3溶液（０．２質量％）を用いた一次研磨工程であった。
【００９６】
第２の研磨工程を、Glanzox 3900*（１質量％）を用いてＫ2ＣＯ3なしでかつ一般に前記工程１と同じ研磨圧力で実施した。
【００９７】
Glanzox 3900*は、フジミインコーポレーテッド社（日本）の、濃縮液として提供される研磨剤懸濁液の商品名である。この希釈されていない溶液はｐＨ１０．５を有し、３０〜４０ｎｍの平均粒径を有する約９質量％のコロイド状ＳｉＯ2を含有する。
【００９８】
第３の研磨工程はGlanzox 3900（１質量％）を供給しながらＫ2ＣＯ3なしでかつ部分工程１及び２の場合よりも低い研磨圧力で行った。
【００９９】
場合により、工程３の後に、界面活性剤又は界面活性剤＋ＤＩＷ（脱イオン水）を供給しながら低圧研磨工程を続ける。
【０１００】
０．１〜１μｍの多様な粒度を有するＦＡＰ研磨パッドを用いて試験を行った。
【０１０１】
図面で示した試験の場合、例えばUS 6602117 B1に記載されているような研磨パッド中に固定された酸化セリウム砥粒を有する研磨パッドを使用した。
【０１０２】
前記平均粒度は０．５μｍであった。
【０１０３】
前面の化学機械的研磨のために典型的な一次研磨用研磨パッドを使用した。このために、例えばRohm & Haas社のSUBA（登録商標）系列の研磨パッド、例えばSUBA（登録商標） 1250（一次研磨用研磨パッド）又はRodel（登録商標）のSPM 3100のような典型的なＣＭＰ研磨パッド（仕上研磨用研磨パッド）が適している。
【０１０４】
図１は、本発明により加工された直径３００ｍｍのシリコン半導体ウェハの裏面の粗さ値を示す。１５の試験を多様な研磨条件下で行った。１．３〜４．５ｎｍの粗さ値が見られた（２５０μｍフィルタ）。
【０１０５】
試験１〜９は、Ｋ2ＣＯ3溶液（０．２質量％）を用いた一次研磨工程、引き続きＫ2ＣＯ3の供給なしでの研磨剤溶液（Glanzox 3900）を使用した第２の研磨及び最初の２つの研磨の場合よりも低い研磨圧力でのＫ2ＣＯ3の供給なしでのGlanzox 3900を用いた第３の研磨を含む。
【０１０６】
最初の２つの工程の場合の研磨圧力はそれぞれ７〜１３ｐｓｉであり、第３の研磨工程の場合では０．５〜２ｐｓｉである。
【０１０７】
試験１０〜１３は、さらにＤＩＷを供給しながらの研磨工程を含む。
【０１０８】
図２は、同様に、本発明により加工された半導体ウェハの粗さ値を示す。
【０１０９】
この場合、０．３〜約１．７ｎｍの粗さ値が見られた（２５０μｍフィルタ）。
【０１１０】
ここでも、全ての試験は、１０〜１３ｐｓｉの研磨圧力でＫ2ＣＯ3溶液を供給しながらの一次研磨、１０〜１３ｐｓｉの研磨圧力でGlanzox 3900を供給しながらの第２の研磨工程及び０．５〜３．５ｐｓｉの研磨圧力で第３の研磨工程を含む。試験１４〜２０の場合に、研磨剤流量は、最初の２つの工程の場合に３０００〜５０００ｍｌ／ｍｉｎ、第３の工程の場合に３５０ｍｌ／ｍｉｎであった。試験１の場合では、しかしながら、前記研磨剤流量は第２の研磨工程で１００ｍｌ／ｍｉｎであった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ） シリコン棒をウェハに切断することにより半導体ウェハを準備する工程、
ｂ） 前記半導体ウェハのエッジを丸めることで、前記半導体ウェハは前面及び裏面が平坦な面とエッジ領域で丸められかつ傾斜する面とを有する工程、
ｃ） 前記半導体ウェハの前面及び裏面を研磨し、前記前面の研磨は、研磨パッド中に固定された砥粒を有していない研磨パッドを使用する化学機械的研磨を有し、前記半導体ウェハの裏面の研磨は、それぞれ研磨パッド中に結合された研磨材料を有する研磨パッドを使用してかつ前記半導体ウェハの裏面に研磨圧力を加える３つの工程で行い、第１の工程では、固体を有していない研磨剤を前記研磨パッドと前記半導体ウェハのり面との間に導入し、第２及び第３の工程では研磨材料を有する研磨剤を導入し、第１の及び第２の工程の８〜１５ｐｓｉの研磨圧力を、第３の工程では０．５〜５ｐｓｉに低下させる工程
を有する半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
さらに、ｄ） 前記半導体の前面をエピタキシャル被覆する工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記研磨剤溶液は、前記半導体ウェハの裏面の研磨の最初の工程において脱イオン水（ＤＩＷ）を含有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）又はこれらの任意の混合物を含有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記研磨剤溶液のｐＨ値は１０〜１２であり、前記研磨剤溶液中の前記化合物の割合は０．０１〜１０質量％である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第２の研磨工程における研磨剤懸濁液は、アルミニウム、セリウム又はケイ素の元素の酸化物の１種以上の粒子を有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項７】
前記研磨剤懸濁液はコロイド分散性シリカである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記研磨パッドは、固定された研磨材料を、セリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの元素の酸化物の粒子の形で又は炭化ケイ素、窒化ホウ素及びダイヤモンドのような硬質材料から選択された粒子の形で含有する、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】
研磨パッド中に結合された前記研磨材料の粒度は０．１μｍ以上でかつ１．０μｍ以下である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
研磨された前面と、研磨された裏面と、丸められかつ研磨されたエッジとを有し、前面及び裏面では平坦な面を有しかつエッジ領域では傾斜する丸められた面を有し、双方とも２５０μｍ以下の空間波長に関して表して、前面の平坦な面では０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し並びに背面の平坦な面では０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項１記載の方法により製造された半導体ウェハ。
【請求項１１】
前面及び裏面の丸められた面は、０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項１０記載の半導体ウェハ。
【請求項１２】
研磨されかつエピタキシャル被覆された前面と、研磨された裏面と、丸められかつ研磨されたエッジとを有し、前面及び裏面では平坦な面を有しかつエッジ領域では傾斜する丸められた面を有し、双方とも２５０μｍ以下の空間波長に関して表して、エピタキシャル被覆された前面の平坦な面では０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し並びに背面の平坦な面では０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項２記載の方法により製造された半導体ウェハ。
【請求項１３】
前面の傾斜する丸められた面では０．５〜６ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、裏面の傾斜する丸められた面では０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項１２記載の半導体ウェハ。
【請求項１】
ａ） シリコン棒をウェハに切断することにより半導体ウェハを準備する工程、
ｂ） 前記半導体ウェハのエッジを丸めることで、前記半導体ウェハは前面及び裏面が平坦な面とエッジ領域で丸められかつ傾斜する面とを有する工程、
ｃ） 前記半導体ウェハの前面及び裏面を研磨し、前記前面の研磨は、研磨パッド中に固定された砥粒を有していない研磨パッドを使用する化学機械的研磨を有し、前記半導体ウェハの裏面の研磨は、それぞれ研磨パッド中に結合された研磨材料を有する研磨パッドを使用してかつ前記半導体ウェハの裏面に研磨圧力を加える３つの工程で行い、第１の工程では、固体を有していない研磨剤を前記研磨パッドと前記半導体ウェハのり面との間に導入し、第２及び第３の工程では研磨材料を有する研磨剤を導入し、第１の及び第２の工程の８〜１５ｐｓｉの研磨圧力を、第３の工程では０．５〜５ｐｓｉに低下させる工程
を有する半導体ウェハの製造方法。
【請求項２】
さらに、ｄ） 前記半導体の前面をエピタキシャル被覆する工程を有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記研磨剤溶液は、前記半導体ウェハの裏面の研磨の最初の工程において脱イオン水（ＤＩＷ）を含有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記研磨剤溶液は、化合物、例えば炭酸ナトリウム（Ｎａ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化アンモニウム（ＮＨ4ＯＨ）、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）又はこれらの任意の混合物を含有する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記研磨剤溶液のｐＨ値は１０〜１２であり、前記研磨剤溶液中の前記化合物の割合は０．０１〜１０質量％である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
第２の研磨工程における研磨剤懸濁液は、アルミニウム、セリウム又はケイ素の元素の酸化物の１種以上の粒子を有する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項７】
前記研磨剤懸濁液はコロイド分散性シリカである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記研磨パッドは、固定された研磨材料を、セリウム、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウムの元素の酸化物の粒子の形で又は炭化ケイ素、窒化ホウ素及びダイヤモンドのような硬質材料から選択された粒子の形で含有する、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】
研磨パッド中に結合された前記研磨材料の粒度は０．１μｍ以上でかつ１．０μｍ以下である、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
研磨された前面と、研磨された裏面と、丸められかつ研磨されたエッジとを有し、前面及び裏面では平坦な面を有しかつエッジ領域では傾斜する丸められた面を有し、双方とも２５０μｍ以下の空間波長に関して表して、前面の平坦な面では０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し並びに背面の平坦な面では０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項１記載の方法により製造された半導体ウェハ。
【請求項１１】
前面及び裏面の丸められた面は、０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項１０記載の半導体ウェハ。
【請求項１２】
研磨されかつエピタキシャル被覆された前面と、研磨された裏面と、丸められかつ研磨されたエッジとを有し、前面及び裏面では平坦な面を有しかつエッジ領域では傾斜する丸められた面を有し、双方とも２５０μｍ以下の空間波長に関して表して、エピタキシャル被覆された前面の平坦な面では０．０５〜０．２ｎｍの平均表面粗さＲaを有し並びに背面の平坦な面では０．３〜４．５ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項２記載の方法により製造された半導体ウェハ。
【請求項１３】
前面の傾斜する丸められた面では０．５〜６ｎｍの平均表面粗さＲaを有し、裏面の傾斜する丸められた面では０．５〜２ｎｍの平均表面粗さＲaを有する、請求項１２記載の半導体ウェハ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−９７４７（Ｐ２０１１−９７４７Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１４２４９３（Ｐ２０１０−１４２４９３）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４２４９３（Ｐ２０１０−１４２４９３）
【出願日】平成２２年６月２３日（２０１０．６．２３）
【出願人】（５９９１１９５０３）ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト (223)
【氏名又は名称原語表記】Ｓｉｌｔｒｏｎｉｃ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｎｎｓ−Ｓｅｉｄｅｌ−Ｐｌａｔｚ ４， Ｄ−８１７３７ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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