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JP2002517090A - エッチング後のアルカリ処理法 - Google Patents

エッチング後のアルカリ処理法

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JP2002517090A
JP2002517090A JP2000551429A JP2000551429A JP2002517090A JP 2002517090 A JP2002517090 A JP 2002517090A JP 2000551429 A JP2000551429 A JP 2000551429A JP 2000551429 A JP2000551429 A JP 2000551429A JP 2002517090 A JP2002517090 A JP 2002517090A
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aqueous bath
aluminum
alkaline
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、エッチングされた半導体ウエハの表面からアルミニウム汚染物を除く方法に関する。この方法は、最初に、アルミニウムを含有するラッピング用スラリーで半導体ウエハをラッピングして、ウエハをエッチングし、最後に、アルカリ成分および界面活性剤を含んでなる水性浴にウエハを浸漬することによって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 (技術分野) 本発明は、一般には半導体ウエハの清浄化方法に関する。より詳細には、本発
明は、ウエハがエッチングされた後、単結晶の半導体ウエハの表面に存在し得る
アルミニウム汚染物を除く方法に関する。
【0002】 (背景技術) 集積回路の製造において使用される半導体ウエハは、単結晶のシリコンインゴ
ットから薄いウエハを切断することによって製造される。切断後、ウエハはラッ
ピングを受け、実質的に均一な厚さにされる。次いで、ウエハは、キズを除いて
、滑らかな表面を得るためにエッチングされる。従来の半導体ウエハ形成処理に
おける最終工程は、反射能が大きく、キズのない表面がウエハの少なくとも一方
の面に作製されるポリッシング工程である。集積回路の製造が行われるのはこの
ポリッシングされた面に対してである。
【0003】 ラッピング工程の後、ウエハは、典型的には、ラッピンググリット(例えば、
アルミナ)、有機残留物、金属汚染物および他のタイプの粒子状不純物のような
ものを除くために清浄化しなけれならない。清浄化処理が効果的でない場合、ウ
エハの表面は、これらの不純物で汚染されている(すなわち、「汚れ」ている)
。集積回路が、これらの不純物で汚れているウエハの表面で製造された場合、そ
のような回路の品質および性能は大きく低下し得る。高品質および高性能を保証
するために、ウエハは、典型的には、明光照明または蛍光照明のいずれかのもと
でウエハを肉眼で調べることによって汚れについて検査される。
【0004】 半導体ウエハを汚す汚染は、典型的には、ウエハ製造工程のいずれかに由来す
る。例えば、ラッピング操作において、ラッピンググリットは多量の酸化アルミ
ニウム(アルミナ)を含んでなる。アルミナの硬度および粒子形状に原因して、
アルミナはラッピング適用に特に適している。しかし、アルミナを使用する結果
、(イオン性および粒子性の両方の形態で)アルミニウム汚染物がウエハ表面に
付着し得ることになる。さらに、ラッピング操作の後、ウエハは極めて粗いため
、アルミニウム汚染物がウエハ表面の裂け目に捕捉され得るようになる。化学的
なエッチング処理または清浄化処理などのその後の操作は、このような汚染を十
分に除去し得ない。さらに、このようなその後の操作のいずれかで熱を使用する
ことは、粒子をより強くウエハ表面に付着させることによりアルミニウムの汚染
問題を大きくする。ポリッシング操作は、数ミクロンのウエハ表面を除くことに
よってウエハ上のアルミニウム汚染を減らすことができるが、ウエハのポリッシ
ングされていない裏側は依然として汚染されたままである。この裏側の汚染が除
かれていないことは、このことにより、最終製品の性能を低下させ得る汚れを生
じさせ得る。
【0005】 これまでに非常に多くの方法が、ウエハをラッピングした後、シリコンウエハ
の表面に付着しているアルミニウム汚染物を削減または除去するために提案され
ている。しかし、一般に、これらの方法は、集積回路の性能および品質の低下を
防止するのに十分な量の汚染物を費用効果的かつ効率的に除くことができないた
めに好ましくない。
【0006】 例えば、超音波エネルギーを洗浄浴に導くことによってウエハ表面の粒子濃度
を効果的に減らすことが開示されている(例えば、Erk他の米国特許第5,5
93,505号を参照のこと)。しかし、超音波エネルギーの使用に関連する費
用により、このタイプの方法は、アルミニウム汚染物をウエハから除く費用が大
きくなる。さらに、超音波エネルギーに長く曝すことによって、ウエハの結晶格
子に対する損傷が生じ得る。
【0007】 アルミニウム汚染物を除くために使用されている別の清浄化技術では、酸化性
の清浄化溶液が用いられる(例えば、SC−1、水酸化アンモニウム、過酸化水
素および水を1:1:5の比で含んでなる溶液)。一般に、この技術は、ウエハ
の表面を親水性にする(例えば、酸素末端化する)ので、好ましくない。酸化ア
ルミニウムは、酸化アルミニウムがこの状態にあるとき、ウエハ表面と反応し、
すなわち、シリコン−アルミニウム酸化物を形成することが知られている。アル
ミニウムおよびシリコンがこのような安定相を形成した場合、アルミニウムをウ
エハ表面から除くことは極めて困難である。
【0008】 従って、エッチングされたシリコンウエハの表面からアルミニウム汚染物を安
価で効率的に除き、超音波エネルギーの使用を必要としない方法が依然として求
められている。
【0009】 (発明の開示) 従って、本発明の目的には、超音波エネルギーの使用を必要としない、半導体
ウエハの表面からアルミニウム汚染物を除く方法を提供すること;ウエハがエッ
チングされた後、半導体ウエハの表面からアルミニウム汚染物を除く方法を提供
すること;および半導体ウエハの表面からアルミニウム汚染物を安価で効率的に
除く方法を提供することが含まれる。
【0010】 従って、簡単に記載すると、本発明は、エッチングされた半導体ウエハの表面
からアルミニウム汚染物を除く方法に関する。この方法は、最初に、半導体ウエ
ハを、アルミニウムを含有するラッピング用スラリーでラッピングして、ウエハ
をエッチングし、最後に、アルカリ成分および界面活性剤を含んでなる水性浴に
ウエハを浸漬することによって行われる。
【0011】 本発明の他の目的および特徴は、本発明中下記において一部は明らかであり、
一部が指摘されている。
【0012】 シリコンウエハがラッピング操作から取り出された後、ラッピング用スラリー
がウエハ表面に残っている。特に、このラッピング用スラリーは、ウエハの表面
に付着し得る酸化アルミニウム(例えば、アルミナ)を含有している。本発明の
方法により、このアルミニウム汚染物が、ウエハがエッチングされた後、アルカ
リ成分および界面活性剤を含んでなる水性の清浄化溶液にウエハを浸すことによ
ってシリコンウエハの表面から除かれる。
【0013】 特定の理論にとらわれるものではないが、アルカリ浴によりアルミニウム汚染
物が半導体ウエハから除去され得る能力は、部分的には、ウエハ表面における酸
化シリコンの存在に依存していると考えられる。経験的に、酸化シリコンがウエ
ハ表面に存在していない場合(すなわち、ウエハの表面が疎水性である場合、あ
るいは水素末端化されている場合)、アルミニウム汚染物がより容易に除かれる
ことが明らかにされている。酸化アルミニウムは、酸化シリコンとの安定相(例
えば、Al23・(SiO2x)を、これらの2つの物質が接触しているとき、
pH値にかかわらず形成すると考えられる。従って、酸化シリコンがウエハ表面
に存在していない場合、酸化アルミニウムは安定相を形成することができず、ア
ルミニウム汚染物の除去が容易になる。
【0014】 下記の一連の反応によって、酸化剤を含まないアルカリ浴により、どのように
疎水性の表面(すなわち、酸素末端をほとんど有しない表面)が生じるかが説明
される: I (Si3Si−H)surf + OH- → (Si3SiO)surf - + H2、 II (Si3SiO)surf - + 3OH- → 3(Si−H)surf + SiO4 4-
【0015】 反応Iにおいて、ヒドロキシル基は酸化剤として作用して、(酸素末端化され
た)親水性表面のウエハが生じる。反応IIにおいて、ヒドロキシル基は除去剤
として作用して、(水素末端化された)疎水性の表面状態を有するウエハが生じ
る。従って、より速い段階によって、ウエハの表面状態が決定される。本発明の
方法において、反応IIは、反応Iよりも速い速度で進行し、それにより、疎水
性の表面状態を有するウエハが得られる。上記に議論されているように、この表
面状態は、ウエハ表面からのアルミニウム汚染物の除去を容易にする。あるいは
、酸化化学(すなわち、SC−1浴)が使用される場合、反応Iが、より速い段
階であり、それにより、親水性の表面状態を有するウエハが生じ、アルミニウム
汚染物の除去を妨げる。
【0016】 本発明の好ましい実施形態において、薄いウエハが単結晶のシリコンインゴッ
トから切断される。次いで、ウエハは、ウエハをラッピング用スラリーと接触さ
せることによってラッピングされ、ウエハは実質的に均一な厚さにされる。特に
、このラッピング用スラリーは、ウエハの表面に付着するラッピンググリット(
酸化アルミニウム)を含有している。
【0017】 ラッピングされたウエハは、次いで、この分野で広く知られている方法でエッ
チングされ、ウエハ表面の損傷が除かれ、滑らかなウエハ表面が得られる。酸性
エッチング剤がこのエッチング処理で利用されることが好ましい。典型的な酸性
エッチング剤には、酢酸、硝酸およびフッ化物酸(フッ化水素酸)が含まれる。
しかし、アルカリエッチング剤を含む他のタイプのエッチング剤もまた使用する
ことができる。典型的なアルカリエッチング剤には、水酸化カリウムおよび水酸
化ナトリウムが含まれる。アルカリエッチング液の温度は、好ましくは約90℃
よりも高く、アルカリ成分の濃度は、好ましくは約40パーセントよりも大きい
【0018】 エッチング処理の後、いくらかのアルミニウム汚染物がウエハ表面に残ってい
る。本発明の方法により、このアルミニウム汚染物が、ウエハを、エッチング液
から、アルカリ成分および界面活性剤を含んでなる水性浴に移すことによってウ
エハ表面から除かれる。ウエハは、本発明のアルカリ浴に浸される前に乾燥させ
ないことが好ましい。特定の理論にとらわれないが、エッチング処理の後、ウエ
ハをアルカリ浴に浸す前にウエハを乾燥させることは、アルミニウム汚染物をよ
り強固にウエハ表面に付着させることになると考えられる。
【0019】 アルカリ浴におけるウエハの滞留時間は、典型的には約2分〜約4分の範囲で
ある。しかし、滞留時間は、処理されるウエハにおけるアルミニウムの汚染レベ
ルに強く依存している。抵抗体またはこの分野で汎用される特定の他の加熱要素
が、好ましくは、浴温を約50℃〜約65℃の範囲内で維持することができるよ
うにアルカリ浴に取り付けられる。より好ましくは、温度は約55℃〜約65℃
の範囲である。これらの温度範囲は、アルカリ浴の温度が50℃〜65℃の間に
ある場合にはウエハ表面のわずかなエッチングが生じるために重要である。ウエ
ハ表面がわずかに切り取られることにより、アルカリ浴によって、ウエハ表面の
裂け目およびその他のところに存在するアルミニウム汚染物が除かれる。しかし
、アルカリ浴の温度は、65℃を超えることがないようにすることが好ましい。
なぜなら、65℃を超えると、アルカリ反応の進行が速くなりすぎ、そして強く
なりすぎ、領域が優先的にエッチングされ得るからである。
【0020】 アルカリ浴のpHは、アルミニウムが比較的高いpH値の溶液に溶解すること
が知られているので、重要である。従って、アルカリ浴のpHは、典型的には約
10〜約13の範囲である。しかし、好ましくは、アルカリ浴のpHは約11〜
約12である。
【0021】 所望するpHは、好適なアルカリ成分を選ぶことによって維持され得る。好適
なアルカリ成分には、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH
)および水酸化アンモニウム(NH4OH)が含まれる。これらのアルカリ溶液
はいずれも、アルカリ性条件でのウエハ清浄化剤としての使用に好適であること
がこの分野で広く知られている界面活性剤(例えば、アニオン性界面活性剤、非
イオン性界面活性剤、またはアニオン性成分および非イオン性成分の両方を有す
る界面活性剤)と組み合わせて使用することができる。そのような界面活性剤は
、好ましくは、(Intersurface Dynamics of Bet
hel(アメリカ合衆国、コネチカット州)から市販されている)Vector
HTCである。
【0022】 別の好ましい実施形態において、アルカリ浴は、水酸化カリウムを、典型的に
は約0.5重量%〜約5重量%の範囲の濃度で含んでなる。好ましくは、濃度は
約0.5重量%〜約3重量%の範囲であり、より好ましくは約1重量%である。
アルカリ浴はまた、好ましくは(Intersurface Dynamics
of Bethel(アメリカ合衆国、コネチカット州)から市販されている
)Vector HTCである界面活性剤を含有する。浴における界面活性剤濃
度は約1容量%〜約5容量%の範囲であり、より好ましくは約1容量%〜約2容
量%の範囲であることが好ましい。
【0023】 界面活性剤を本発明のアルカリ浴に加えることの目的は、ウエハ表面の汚れを
防止することである。この目的は、界面活性剤が湿潤化剤として作用することに
よって達成される。上記の反応Iに示されているように、水素ガスがアルカリ反
応時に発生する。ウエハの表面が疎水性状態にある場合、水素の気泡がウエハの
表面に付着し得る。これにより、そのような部位における優先的なエッチングが
生じ、ウエハに欠陥をもたらす。界面活性剤成分は、ウエハに対する水溶液の表
面張力を低下させるように作用する。従って、湿潤化剤として作用することによ
って、界面活性剤はウエハ表面を親水性に保ち、それにより、水素の気泡がウエ
ハの表面に付着することを妨げる。
【0024】 関連して、非イオン性成分を含有する界面活性剤が選ばれた場合、アルカリ浴
の温度が65℃を超えないことが重要である。浴温が65℃よりも高くなった場
合、ミセルおよび泡が生じることがあり、これらは優先的なエッチングおよびウ
エハ表面に対する損傷を引き起こす。
【0025】 多くの場合、ウエハカセットが、一度に多数のウエハを処理するために使用さ
れる。カセットが使用された場合、シリコンウエハの特定の領域がカセットと常
に接触している。アルカリ浴が界面活性剤を含有する場合でさえ、カセットと接
触するウエハのこれらの領域は疎水性になり得る。ウエハとカセットとの接触点
における疎水性は、大きな反射能の材料が処理されている場合には特に問題にな
る。上記の反応Iに示されているように、水素ガスがアルカリ反応時に発生する
。この水素気泡はウエハの疎水性領域に付着して、ウエハ表面における優先的な
エッチングを生じさせ、従って汚れをもたらし得る。そのような疎水性領域、お
よび対応する汚れを除くために、ウエハカセット内で処理されているウエハを、
アルカリ浴に浸されているときに回転させることが好ましい。ウエハを回転させ
ることによって、ウエハの領域はどこも、ウエハカセットと常に接触した状態に
ならず、それにより、ウエハの表面全体が水素気泡から損傷されないままである
ことを保証する。
【0026】 アルミニウム汚染物のウエハ表面からの高まった除去が、米国特許第5,59
3,505号(Erk他)に開示されているような半浸漬工程を用いることによ
って達成され得る。気−液界面は、アルカリ液の表面で規定される。ウエハは、
一般にはウエハを直立姿勢で配向させて、ウエハの少なくとも一部が液体内にあ
り、気−液界面の下部にあるようにアルカリ浴に入れられる。ウエハは、浴に対
する往復運動で同時に回転させられ、その結果、ウエハの表面全体が浴の気−液
界面を繰り返し通過する。ウエハはまた、浴の液体レベルを上げ下げさせること
に従って回転させることができる。これによってもまた、ウエハの表面が気−液
界面を繰り返し通過する。最後に、さらに別の代替として、ウエハは浴に繰り返
し完全に浸し、次いで浴から完全に取り出すことができる。ウエハは、浸漬が連
続的に行われている限り連続的に回転させられる。再度、これによって、ウエハ
の表面が気−液界面を繰り返し通過する。上記の実施形態のすべてにおいて、ウ
エハの少なくとも一部が気−液界面を繰り返し通過する。
【0027】 本発明のさらなる実施形態において、アルカリ浴は連続的にろ過され、再循環
される。この特徴は、アルカリ液からアルミニウム汚染物を除去することを助け
、アルミニウム汚染物がウエハ表面に再び堆積しようないようにする。好ましく
は、再循環システムは、約2分毎に1回の浴循環率の能力を有する。ろ過システ
ムによってアルミニウム汚染物がアルカリ液から十分に除かれることを保証する
ために、フィルターの目は約0.1ミクロン〜約0.3ミクロンの範囲であり、
より好ましくは約0.2ミクロンであることが好ましい。
【0028】 好ましくは、ウエハは、アルカリ浴から取り出された後で濯がれる。脱イオン
(DI)水、加熱されたDI水、またはオゾン化水のいずれかでウエハを濯ぐこ
とによって、ウエハ表面に界面活性剤により残留する有機残留物が都合よく除か
れる。これらの濯ぎ液の中で、オゾン化水が、その強力な酸化性のために好まし
い。そのような水溶液におけるオゾン濃度は、好ましくは約2ppm〜約5pp
mの範囲であり、好ましくは約3ppm〜約4ppmの範囲である。
【0029】 濯ぎ工程は、好ましくは、ウエハを、アルカリ浴から、ポリプロピレンで構成
された濯ぎ槽に移動させるロボットアームを使用することによって行われる。オ
ーバーフロー浴を利用することが好ましいが、ウエハは、急速浸漬濯ぎまたはこ
の分野で知られている任意の他の技術を使用して濯ぐことができる。
【0030】 本発明は下記の実施例によって例示される。下記の実施例は、例示するためだ
けであり、本発明の範囲、または本発明が実施され得る方法を限定するものとし
て見なしてはならない。
【0031】 (実施例) 本発明の方法の有効性を明らかにするために、エッチング後のシリコンウエハ
の38の試料をアルミニウム汚染物について分析した。エッチング後のウエハの
最初の21の試料は清浄化方法で処理しなかった。これらの試料におけるウエハ
表面のアルミニウム濃度を下記の図1に示す。
【0032】 続いて、12の試料を本発明の方法に従ってアルカリ清浄化浴で処理した。ウ
エハカセットを使用して、ウエハを輸送した。エッチング処理から湿ったまま、
ウエハを、アニオン性界面活性剤を含む浴に4分間浸した。界面活性剤の組成物
はKOHを含み、従って、さらなるKOHを浴に加えなかった。清浄化処理を行
っている間、ウエハをこの分野で知られている手段で回転させた。浴の得られた
pHは約10.5であった。さらに、浴は約65℃の温度で維持された。
【0033】 次いで、ウエハを、アルカリ浴から、水を含むオーバーフロー濯ぎ浴にロボッ
トで移し、濯ぎ浴中にウエハを約3分間置いた。濯ぎ浴の温度は約20℃であっ
た。ウエハ表面の得られたアルミニウム濃度を下記の図1に示す。
【0034】 エッチング後のウエハの最後の5つの試料もまた、本発明に従って、アルカリ
清浄化浴で処理した。再び、ウエハカセットを使用して、ウエハを輸送した。エ
ッチング処理から湿ったまま、ウエハを、水酸化カリウムおよびVector
HTC界面活性剤を含んでなる浴に4分間浸した。清浄化処理を行っている間、
ウエハをこの分野で知られている手段で回転させた。浴の水酸化カリウム濃度は
約0.5%であり、浴の界面活性剤濃度は約1%であった。浴の得られたpHは
約12.5であった。さらに、浴は約65℃の温度で維持された。
【0035】 次いで、ウエハを、アルカリ浴から、水を含むオーバーフロー濯ぎ浴にロボッ
トで移し、濯ぎ浴中にウエハを約3分間置いた。濯ぎ浴の温度は約20℃であっ
た。ウエハ表面の得られたアルミニウム濃度を下記の図1に示す。
【0036】 図1から容易に理解されるように、本発明の方法を実施することによって、シ
リコンウエハの表面におけるアルミニウム濃度のレベルを劇的に低下させること
ができる。 上記より、本発明のいくつかの目的が達成されていることが理解される。
【0037】 様々な変化が、本発明の範囲から逸脱することなく上記の方法において可能で
あるので、上記の説明に含まれるすべての事項は、例示として理解されるもので
あり、限定の意味で理解されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ウエハ表面の得られたアルミニウム濃度を示すグラフ。

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリコンウエハの表面からアルミニウム汚染物を除く方法で
    あって、 シリコンウエハを、アルミニウムを含有するラッピング用スラリーを使用して
    ラッピングすること; ラッピングされたシリコンウエハをエッチングすること;および エッチングされたウエハを、アルカリ成分および界面活性剤を含んでなるpH
    値が少なくとも約10の水性浴に浸漬すること を含んでなる方法。
  2. 【請求項2】 アルカリ成分は水酸化カリウムである請求項1に記載の方法
  3. 【請求項3】 水性浴は約0.5重量%〜約3重量%の範囲の水酸化カリウ
    ム濃度を有する請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 水性浴は約1重量%〜約2重量%の範囲の界面活性剤濃度を
    有する請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】 水性浴は約55℃〜約65℃の温度に加熱される請求項1に
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 水性浴は約10.5〜約12.5の範囲のpH値を有する請
    求項1に記載の方法。
  7. 【請求項7】 ウエハは約2分間〜約4分間の範囲の時間にわたって水性浴
    に浸される請求項1に記載の方法。
  8. 【請求項8】 ウエハは、アルカリ浴に浸される前に湿潤状態に保たれる請
    求項1に記載の方法。
  9. 【請求項9】 ウエハは、アルカリ浴から取り出された後、ウエハに存在し
    得る有機残留物を除くために濯がれる請求項1に記載の方法。
  10. 【請求項10】 濯ぎ工程は、オゾン化水を含んでなる水性浴にウエハを浸
    漬することを含んでなる請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】 濯ぎ浴は約2ppm〜約5ppmの範囲のオゾン濃度を有
    する請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 ウエハは、水性浴に浸されている間において回転させられ
    る請求項1に記載の方法。
  13. 【請求項13】 ウエハは、ウエハの少なくとも一部が水性浴の気−液界面
    を繰り返し通過するように回転させられる請求項1に記載の方法。
  14. 【請求項14】 シリコンウエハの表面からアルミニウム汚染物を除く方法
    であって、 シリコンウエハを、アルミニウムを含有するラッピング用スラリーを使用して
    ラッピングすること; ラッピングされたシリコンウエハをエッチングすること; エッチングされたウエハを、アルカリ成分および界面活性剤を含んでなるpH
    値が少なくとも約10の水性浴に浸して、アルミニウム汚染物を除くこと;およ
    び 処理されたウエハを、ウエハに存在し得る有機残留物を除くために濯ぐこと を含んでなる方法。
  15. 【請求項15】 濯ぎ工程は、オゾン化水を含んでなる水性浴にウエハを浸
    漬することを含んでなる請求項14に記載の方法。
  16. 【請求項16】 濯ぎ浴は約2ppm〜約5ppmの範囲のオゾン濃度を有
    する請求項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 シリコンウエハの表面からアルミニウム汚染物を除く方法
    であって、 シリコンウエハを、アルミニウムを含有するラッピング用スラリーを使用して
    ラッピングすること; ラッピングされたシリコンウエハをエッチングすること; エッチングされたウエハを、アルカリ成分および界面活性剤を含んでなるpH
    値が少なくとも約10の水性浴に浸して、アルミニウム汚染物を除くこと;およ
    び エッチングされたウエハを、水性浴に浸されている間において回転させること
    を含んでなる方法。
  18. 【請求項18】 ウエハは、ウエハの少なくとも一部が水性浴の気−液界面
    を繰り返し通過するように回転させられる請求項17に記載の方法。
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