JP4817291B2 - 半導体ウェハの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＧＢＴ等のパワーデバイスの製造に用いられる半導体ウェハの製造方法に関する。

従来のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の製造方法においては、半導体ウェハのおもて面に半導体素子を形成し、そのおもて面にレジストを塗布し、レジスト上に耐酸性テープと除去フィルムを順に貼付し、耐酸性テープの側を吸引して半導体ウェハの裏面を研削し、研削後に除去フィルムを剥離しておもて面側の研削屑を取除き、半導体ウェハの側面および裏面の研削屑等を洗浄した後に、フッ酸および硝酸からなる混酸薬液に浸漬し、裏面をエッチングして研削歪等を除去し、剥離装置に裏面を吸引保持して耐酸性テープを剥離し、耐酸性テープを剥離した半導体ウェハの洗浄後に裏面に裏面電極等を形成し、半導体ウェハの裏面への研削屑の転写を防止している（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−１４５０８９号公報（第３頁段落００１３−第４頁段落００３３、第１図、第８図）

しかしながら、上述した従来の技術においては、半導体ウェハの裏面を研削し半導体ウェハの側面および裏面の研削屑等を洗浄した後に、裏面をエッチングし、再度洗浄した後に裏面に裏面電極等を形成しているため、純水等の洗浄では取除くことができない研削屑が裏面に多数残留するという問題がある。
つまり、裏面の研削工程（バックグラインド工程という。）において研削により生じたシリコンの研削屑が裏面に埋没した場合や、バックグラインド工程後の次工程への搬送工程において裏面を真空吸引でチャックしたときに裏面に付着している研削屑が半導体ウェハの裏面に押込まれた場合には、埋没した研削屑の周囲に気泡が付着しやすくなり、これが裏面のエッチング工程においてバリアになって、埋没した研削屑をエッチングによって取除くことが困難になるからである。

また、バックグラインド工程後の次工程への搬送工程において、裏面の真空吸引によるチャック時や搬送ベルトへの載置時に有機系の異物が付着する場合があり、その有機系の異物が裏面のエッチング工程においてバリアになって、チャック跡やベルト跡が半導体ウェハの裏面に残留してしまうという問題がある。
発明者の評価試験によれば、バックグラインド工程後に裏面のエッチング工程へ搬送した半導体ウェハの裏面を、フッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）の混酸薬液Ｂ液（エッチングレート４０μｍ／分）で３０μｍエッチングした場合に、１．８μｍ以上の研削屑等の異物が３０３２個／ウェハ残留し、チャック跡およびベルト跡が残留した例（図５に示す写真参照）が観察されている。

上記のような研削屑等の異物やチャック跡、ベルト跡が半導体ウェハの裏面に残留すると、その後のイオン注入工程における拡散層の欠落や裏面電極の形成における平面度の低下が生じ、半導体ウェハに形成した半導体素子の歩留りが低下することになる。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、半導体ウェハのバックグラインド工程後の裏面のエッチング工程において、研削屑等の異物やチャック跡、ベルト跡の残留を抑制して清浄な裏面を得る手段を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、半導体ウェハの製造方法が、
半導体ウェハの裏面を研削する工程と、前記研削を終えた半導体ウェハの裏面を、オゾン水からなる洗浄液で洗浄するオゾン水洗浄工程と、オゾン水洗浄工程を終えた半導体ウェハの裏面を、前記洗浄液が乾燥する前に、フッ酸と硝酸を含む混酸薬液でエッチングする薬液エッチング工程と、前記薬液エッチング工程を終えた半導体ウェハの裏面を、前記混酸薬液が乾燥する前に、オゾン水からなる洗浄液で洗浄するエッチング後のオゾン水洗浄工程と、を備え、前記エッチング後のオゾン水洗浄工程と前記薬液エッチング工程とを交互に複数回繰返すことを特徴とする。

これにより、本発明は、オゾン水洗浄工程において半導体ウェハの裏面に埋め込まれた研削屑をオゾン水により形成される酸化膜により持ち上げることができ、薬液エッチング工程において酸化膜を剥離するときに研削屑を容易に除去ことができると共に酸化膜が剥離された半導体ウェハの裏面をエッチングすることができ、半導体ウェハの裏面の研削屑等の異物やチャック跡、ベルト跡の残留を抑制して清浄な裏面を得ることができるという効果が得られる。

以下に、図面を参照して本発明による半導体ウェハの製造方法の実施例について説明する。

図１、図２は実施例の半導体ウェハの製造方法を示す説明図である。
図１、図２において、１はシリコン（Ｓｉ）からなる半導体ウェハであり、そのおもて面１ａには複数の半導体素子（本実施例ではＩＧＢＴ）のアノード電極となる表面電極３が形成されている。
５は保護部材としての保護テープであり、一般的なバックグラインド用の片面接着テープであって、半導体ウェハ１のおもて面１ａにその接着層により貼付され、バックグラインド工程（後述する工程Ｐ３）における半導体ウェハ１のおもて面１ａの表面電極３等への研削屑の付着や損傷を防止する機能を有している。

７はスピンエッチング装置であり、回転テーブル８に載置した半導体ウェハ１のおもて面１ａ側を真空吸引により保持し、半導体ウェハ１を回転させながらその裏面１ｂの中心部に滴下ノズル９からエッチング用の薬液を滴下させ、薬液を遠心力により半径方向に拡散させて裏面１ｂをエッチングする装置である。
本実施例のスピンエッチング装置７には、オゾン水を滴下させるためのオゾン水滴下ノズル９ａとフッ酸と硝酸の混酸薬液Ｄ液（エッチングレート１０μｍ／分）を滴下させるための薬液滴下ノズル９ｂとの２本の滴下ノズル９がそれぞれ回転テーブル８の中心部の上方に設けられている。

以下に、図１、図２にＰで示す工程に従って本実施例の半導体ウェハの製造方法について説明する。
Ｐ１（図１）、半導体ウェハ１のおもて面１ａに複数の半導体素子の所定の部位に電気的に接続する表面電極３等を形成した半導体ウェハ１を準備する。
Ｐ２（図１）、大気圧雰囲気中で半導体ウェハ１のおもて面１ａ側に押圧ローラ等を用いて保護テープ５を貼付し、貼付した保護テープ５を半導体ウェハ１の大きさに切断して半導体ウェハ１の全面に保護テープ５を貼付する。

Ｐ３（図１、バックグラインド工程）、おもて面１ａ側に保護テープ５が貼付された半導体ウェハ１を、半導体ウェハ１を遊嵌する有底の嵌合穴を形成した図示しない研削冶具に保護テープ５の側から挿入して取付け、半導体ウェハ１の裏面１ｂを自転しながら公転するグラインダ上に載置し、保護テープ５を嵌合穴の底面で押圧しながらグラインダにより半導体ウェハ１の裏面１ｂを研削して所定の厚さ（本実施例では１８０μｍ）の半導体ウェハ１を形成する。

このとき、グラインダにより研削された半導体ウェハ１のシリコンからなる研削屑が半導体ウェハ１の裏面１ｂに埋没する。
Ｐ４（図１）、剥離用テープを保護テープ５上に貼付し、その剥離用テープにより保護テープ５を半導体ウェハ１のおもて面１ａから剥離する。このとき保護テープ５に付着した研削屑等が同時に除去される。

そして、保護テープ５を剥離した半導体ウェハ１の裏面１ｂを吸引によりチャックして搬送ベルトによりスピンエッチング装置７へ搬送する。
Ｐ５（図２、オゾン水洗浄工程）、スピンエッチング装置７の回転テーブル８に半導体ウェハ１のおもて面１ａ側を保持し、回転テーブル８を回転させて回転している半導体ウェハ１の裏面１ｂの中心部にオゾン水滴下ノズル９ａから洗浄液として２０ｐｐｍの濃度のオゾン水を所定の洗浄時間、例えば３０秒間供給し、オゾン水を遠心力により半径方向に拡散させて裏面１ｂを洗浄する。

このとき、オゾン水により半導体ウェハ１のシリコン基板の裏面１ｂの表層が酸化されて２酸化珪素（ＳｉＯ_２）からなる酸化膜が形成され、酸化に伴う体積膨張により裏面１ｂに埋め込まれた研削屑が持ち上げられる。
また、チャック跡やベルト跡の要因となる有機系の異物は、オゾン水により酸化分解され、半径方向に拡散するオゾン水により洗い流される。

Ｐ６（図２、薬液エッチング工程）、所定の洗浄時間のオゾン水洗浄工程後に、オゾン水の供給を停止し、回転テーブル８上の半導体ウェハ１をそのままにし、オゾン水が乾燥する前に、回転している半導体ウェハ１の裏面１ｂの中心部に薬液滴下ノズル９ｂからフッ酸と硝酸の混酸薬液Ｄ液（エッチングレート１０μｍ／分）を所定のエッチング時間、例えば３０秒間供給し、混酸薬液を遠心力により半径方向に拡散させて裏面１ｂをエッチングする。

このとき、主にフッ酸の作用により裏面１ｂの表層に形成された酸化膜が剥離され、酸化膜の形成時に持ち上げられて酸化膜中に埋没している研削屑も同時に剥離され、半径方向に拡散する混酸薬液により洗い流される。
また、酸化膜が剥離された半導体ウェハ１のシリコン基板の裏面１ｂの表層が、主に硝酸の作用によりエッチングされ、裏面１ｂの表面を円滑にする。

そして、所定のエッチング時間の薬液エッチング工程後に、混酸薬液の供給を停止し、回転テーブル８上の半導体ウェハ１をそのままにし、混酸薬液が乾燥する前に、オゾン水滴下ノズル９ａから洗浄液としてオゾン水を供給し、上記の工程Ｐ５によるオゾン水洗浄工程および工程Ｐ６による薬液エッチング工程を交互に所定の回数、例えば６回繰返し、半導体ウェハ１の裏面１ｂに埋め込まれた研削屑等を除去しながら裏面１ｂをエッチングして研削による半導体ウェハ１の裏面１ｂのダメージ層を除去する。

これにより、半導体ウェハ１の裏面１ｂが所定の総エッチング量、例えば３０μｍエッチングされ、設定された厚さを有し、その裏面が鏡面に仕上げられた半導体ウェハ１が形成される。
その後に、半導体ウェハ１に残留した混酸薬液を純水またはオゾン水で洗浄し、半導体ウェハ１の裏面１ｂから所定のイオンを注入し、イオン注入層の活性化のためのアニールを行い、半導体ウェハ１の裏面１ｂにアノード電極となる裏面電極を形成してダイシングブレード等により半導体ウェハ１を個片に分割して本実施例の半導体素子を製造する。

上記のオゾン水洗浄工程および薬液エッチング工程による研削屑等の異物およびチャック跡やベルト跡の除去の効果を、オゾン水による洗浄時間と混酸薬液によるエッチング時間およびその繰返し回数を変数として評価した試験結果を図３に示す。
また、図３に示す試験結果を基に作成した総エッチング量と残留異物数との関係を図４に示す。

図３に示すように、本実施例のオゾン水洗浄工程および薬液エッチング工程を１回づつそれぞれ６０秒、合計１２０秒間行って総エッチング量を８μｍとした場合の半導体ウェハ１の裏面１ｂに残留する１．８μｍ以上の異物数（残留異物数という。）は、基準として示した混酸薬液Ｄ液で１８０秒間の裏面エッチングのみを行って総エッチング量を３０μｍとした場合（基準の場合という。）の残留異物数と同等であり、基準の場合に残留していたベルト跡が消失していることが判る。

つまり、本実施例のオゾン水洗浄工程を加えた裏面エッチングによれば、処理時間を２／３に短縮しても基準の場合に比べて同等以上の半導体ウェハ１の裏面１ｂの状態を得ることができる。
また、オゾン水洗浄工程および薬液エッチング工程をそれぞれ３０秒として３回繰返し、合計１８０秒間行って総エッチング量を１５μｍとした場合の半導体ウェハ１の裏面１ｂの残留異物数は、基準の場合の残留異物数の２５％以下であり、基準の場合に残留していたベルト跡が消失していることが判る。

つまり、本実施例のオゾン水洗浄工程を加えた裏面エッチングによれば、処理時間を同等にすれば基準の場合に比べて残留異物数を７５％以上低減した清浄な半導体ウェハ１の裏面１ｂの状態を得ることができる。
更に、オゾン水洗浄工程および薬液エッチング工程をそれぞれ３０秒として６回、またはそれぞれ６０秒として３回繰返し、合計３６０秒間行って総エッチング量を３０μｍとした場合の半導体ウェハ１の裏面１ｂの残留異物数は、基準の場合の残留異物数の６％以下であり、基準の場合に残留していたベルト跡が消失していることが判る。

つまり、本実施例のオゾン水洗浄工程を加えた裏面エッチングによれば、処理時間を２倍に延長すれば基準の場合に比べて残留異物数を９４％以上低減した非常に清浄な半導体ウェハ１の裏面１ｂの状態を得ることができる。
上記の結果を総エッチング量との関係で見てみると、図４に示すように１５μｍ以上の総エッチング量とすれば裏面の残留異物数を７５％以上低減した清浄な半導体ウェハ１を得ることができ、更に３０μｍ以上の総エッチング量とすれば、洗浄時間やエッチング時間および繰返し回数に関わらずに裏面の残留異物数を９４％以上低減した清浄な半導体ウェハ１を得ることができる。

この場合に、本実施例のオゾン水洗浄工程を加えた裏面エッチングにおける総エッチング量は３０μｍ以上とすることが望ましい。つまりバックグラインド工程における研削による半導体ウェハ１の裏面１ｂのダメージ層の除去と、裏面１ｂに残留する研削屑等の異物等の除去を同時に行って、ダメージ層が除去された非常に清浄な裏面１ｂを有する半導体ウェハ１を得ることができるからである。

このようにして製造された半導体ウェハ１は、研削屑等の異物やチャック跡、ベルト跡をオゾン水洗浄工程を加えた裏面エッチングにより除去するので、半導体ウェハ１の裏面１ｂに残留する異物等を大幅に低減することができ、その後のイオン注入工程における拡散層の欠落や裏面電極の形成における平面度の低下が生じることはなく、半導体ウェハ１に形成した半導体素子の歩留りを向上させることができる。

また、オゾン水洗浄工程後や薬液エッチング工程後に、オゾン水や混酸薬液が乾燥する前に薬液エッチング工程やオゾン水洗浄工程を開始するので、オゾン水や混酸薬液が乾燥したことによる異物の裏面１ｂへの固着を防止して、薬液エッチング工程やオゾン水洗浄工程の工程時間を短縮することができる。
更に、オゾン水洗浄工程と薬液エッチング工程とを交互に複数回繰返し、オゾン水洗浄工程において形成された酸化膜を薬液エッチング工程において全て剥離し、更にシリコン基板をエッチングして裏面１ｂに新たなシリコン面を露出させた状態で再度のオゾン水洗浄工程を行うので、オゾン水洗浄工程における酸化膜の形成を効率的に行うことができると共に、裏面１ｂに埋め込まれた研削屑等の異物を効率的に持ち上げることができる。

このことは、図３に示すオゾン水洗浄工程および薬液エッチング工程をそれぞれ３０秒として６回、またはそれぞれ６０秒として３回繰返し、合計３６０秒間行って総エッチング量を３０μｍとした場合の半導体ウェハ１の裏面１ｂの残留異物数が、３回に比べて６回の繰り返しの方が２０％程度減少していることからも判る。
なお、本実施例においては、薬液エッチング工程における混酸薬液は、フッ酸と硝酸の混酸薬液Ｄ液（エッチングレート１０μｍ／分）として説明したが、フッ酸と硝酸との混合割合を変えた混酸薬液Ｂ液（エッチングレート４０μｍ／分）であってもよく、他の混酸薬液、例えば硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）を加えたものであってもよい。

以上説明したように、本実施例では、半導体ウェハのおもて面側に保護テープが貼付された半導体ウェハの裏面を研削し、研削を終えた半導体ウェハの裏面を、オゾン水洗浄工程においてオゾン水からなる洗浄液で洗浄し、このオゾン水洗浄工程を終えた半導体ウェハの裏面を薬液エッチング工程においてフッ酸と硝酸を含む混酸薬液でエッチングするようにしたことによって、オゾン水洗浄工程において半導体ウェハの裏面に埋め込まれた研削屑をオゾン水により形成される酸化膜により持ち上げることができ、薬液エッチング工程において酸化膜を剥離するときに研削屑を容易に除去ことができると共に酸化膜が剥離された半導体ウェハの裏面をエッチングすることができ、半導体ウェハの裏面の研削屑等の異物やチャック跡、ベルト跡の残留を抑制して清浄な裏面を得ることができる。

また、オゾン水洗浄工程と、前記薬液エッチング工程とを交互に複数回繰返すようにしたことによって、オゾン水洗浄工程において形成された酸化膜を薬液エッチング工程において全て剥離し、更に裏面をエッチングして新たなシリコン面を露出させた状態で再度のオゾン水洗浄工程を行うことができ、オゾン水洗浄工程における酸化膜の形成を効率的に行うことができると共に、裏面に埋め込まれた研削屑等の異物を効率的に持ち上げることができる。

更に、オゾン水洗浄工程後に、洗浄液であるオゾン水が乾燥する前に、薬液エッチング工程を開始するようにしたことによって、オゾン水の乾燥による異物の裏面への固着を防止することができ、薬液エッチング工程の工程時間の短縮を図ることができる。
更に、薬液エッチング工程後に、混酸薬液が乾燥する前に、オゾン水洗浄工程を開始するようにしたことによって、混酸薬液の乾燥による異物の裏面への固着を防止することができ、繰返し工程におけるオゾン水洗浄工程の工程時間の短縮を図ることができる。

実施例の半導体ウェハの製造方法を示す説明図 実施例の半導体ウェハの製造方法を示す説明図 実施例の研削屑等の除去効果の評価結果を示す表 実施例の総エッチング量と残留異物数との関係を示すグラフ 従来の裏面エッチング後の半導体ウェハの裏面を示す写真

符号の説明

１ 半導体ウェハ
１ａ おもて面
１ｂ 裏面
３ 表面電極
５ 保護テープ
７ スピンエッチング装置
８ 回転テーブル
９ 滴下ノズル
９ａ オゾン水滴下ノズル
９ｂ 薬液滴下ノズル

Claims (2)

1. 半導体ウェハの裏面を研削する工程と、
   前記研削を終えた半導体ウェハの裏面を、オゾン水からなる洗浄液で洗浄するオゾン水洗浄工程と、
   オゾン水洗浄工程を終えた半導体ウェハの裏面を、前記洗浄液が乾燥する前に、フッ酸と硝酸を含む混酸薬液でエッチングする薬液エッチング工程と、
   前記薬液エッチング工程を終えた半導体ウェハの裏面を、前記混酸薬液が乾燥する前に、オゾン水からなる洗浄液で洗浄するエッチング後のオゾン水洗浄工程と、を備え、
   前記エッチング後のオゾン水洗浄工程と前記薬液エッチング工程とを交互に複数回繰返すことを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
2. 請求項１において、
   前記薬液エッチング工程における半導体ウェハの裏面の総エッチング量が、３０μｍ以上であることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。