JP2001237194A - 半導体ウエハの高温高圧処理方法及び当該方法に用いられる酸化防止体 - Google Patents
半導体ウエハの高温高圧処理方法及び当該方法に用いられる酸化防止体Info
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Abstract
高温高圧のガス雰囲気下で処理を行う半導体ウエハの高
温高圧処理方法において、ウエハ支持具に半導体ウエハ
と酸化防止体を混在して支持させて、高温高圧処理を行
う。酸化防止体は、酸素が内部に拡散し易い性質を有す
る材料から形成され、かつ半導体ウエハと平面視同形の
プレート状に形成されている。
Description
温高圧処理方法及び当該方法に用いられる酸化防止体に
関するものである。
uが脚光を集めており、その成膜方法として電解メッキ
が主流となっている。一方、配線の微細化が着実に進め
られており、0.18μレベルが実用化され、さらに
0.15μ、0.13μあるいはさらに一層の微細化が
試みられている。ところが、微細化にともなって、配線
膜中のホールと呼ばれる穴の奥まで確実に埋め込むこと
が困難になっており、配線内部に大小のボイド等の欠陥
が生ずることがあり、ボイドのない健全な配線膜を形成
する方法として高圧の利用が注目されている。
ation of HIP to ULSI Fabrications(A Challenge to S
ub-Quater Micron World)」(1999),Proc,Int.Conf.On H
IP Beijing,Chinese MRS,p276-281,T.Fujikawa et.al等
に詳しく記載されている。上述のプロセスは、通常アル
ゴンガスを圧力媒体とし、例えば電解メッキで成膜され
たCuの健全化のためには、350℃以上の温度と12
0MPa以上の圧力が必要とされている。
998%のアルゴンガス中には0.2ppm程度の酸素や
2ppm程度の水分が含まれている。圧力が120MPaの場
合には、例えばその酸素量は大気圧のアルゴンガスに約
0.02%の酸素が含まれているのに相当する。そのた
め、かかる高圧雰囲気で350℃まで加熱すると、アル
ゴンガス中の酸素、水分などによって、Cu膜の表面が
工業的に有害なレベルまで酸化されることが判明した。
体ウエハの表面が黒紫色に変色し光沢を失っている場合
があり、本発明者らがこの表面を成分分析したところ、
大量の酸素が検出された。このため、変色の原因は酸化
であることが判明した。なお、半導体ウエハの破面をS
EM観察したところ、Cu配線膜はボイドの全く観察さ
れない健全なものであった。半導体ウエハの表面が酸化
されると硬度が変化し、後工程であるCMP(表面を平
坦化するための化学機械研磨)工程で膜厚の変動要因と
なる。これは、高価な半導体チップの生産歩留まりに多
大の悪影響を与える。また、酸化汚染が著しい場合に
は、電気的な特性自体に悪影響を与えることもある。
ハの表面を酸化汚染させないことは極めて重要である。
高温高圧処理時のウエハ表面酸化を防止するには、例え
ば、99.9999%の超高純度アルゴンガスを使用す
ることも考えられる。しかし、99.9999%のアル
ゴンガスは99.998%のアルゴンガスと比較して約
7倍にも達する価格であり、高温高圧処理時のコストを
著しく増大させてしまう。
も、高温高圧処理毎に若干の不純物がアルゴンガス中に
蓄積されるため、アルゴンガスをリサイクル使用するこ
とが困難で、資源の無駄使いとなりさらにコストアップ
の要因となる。本発明は、このような問題に鑑みてなさ
れたものであって、超高純度のガスでなくとも半導体ウ
エハの表面汚染を防止できる高温高圧処理方法とその方
法に用いる酸化防止体を提供することを目的とする。
み、次の技術的手段を採用した。すなわち、本発明の特
徴は、半導体ウエハを圧力容器内に装填して、高温高圧
のガス雰囲気下で処理を行う半導体ウエハの高温高圧処
理方法において、酸素が内部に拡散し易い性質を有する
材料から形成された酸化防止体(酸素ゲッタ部材)を前
記圧力容器内に配置した状態で高温高圧処理を行うこと
を特徴とする。この場合、酸化防止体が圧力容器内の酸
素を取り込むので、圧力容器内の酸素が低減し、高温高
圧処理時に半導体ウエハの表面が酸化することが防止さ
れる。
若しくはチタン合金又はジルコニウム若しくはジルコニ
ウム合金が好ましい。また、複数の半導体ウエハを支持
可能に構成されたウエハ支持具に、半導体ウエハと当該
半導体ウエハと平面視略同形に形成されたプレート状の
酸化防止体とを混在して支持させた状態で高温高圧処理
を行うのが好適である。この場合、半導体ウエハをウエ
ハ支持具に支持させるときに、半導体ウエハとともに酸
化防止体をウエハ支持具に支持させればよいので、容易
に酸化防止体を圧力容器内に配置することができる。
ているのが好適である。また、本発明に係る酸化防止体
は、酸素が内部に拡散し易い性質を有する材料を、半導
体ウエハと平面視略同形のプレート状に形成してなるこ
とを特徴とする。このように、酸化防止体を半導体ウエ
ハと同形状にすることで、半導体ウエハと同様に酸化防
止体を取り扱える。すなわち、半導体ウエハを移送した
り支持したりする器具で酸化防止体を移送・支持するこ
と等が可能となり、その取り扱いが容易である。
れているのが好ましく、プレート両面のうちいずれか一
面の全体又は一部にコーティングが施されているのが好
ましい。酸化防止体を半導体ウエハと同様に取り扱う場
合には、半導体ウエハを移送・支持等する器具と接触す
ることが避けられない。この場合、酸化防止体がそのよ
うな器具と接触することで粉塵を発生することがある。
特に、チタン等の金属製の酸化防止体であると、半導体
ウエハが金属汚染されるおそれがある。コーティングを
施すことで、接触による粉塵発生が防止される。なお、
コーティングは、セラミックコーティングなど絶縁体の
コーティングが好ましい。
基づいて説明する。図1及び図2は、半導体ウエハの高
温高圧処理装置1を示している。この処理装置1は、半
導体ウエハ(Siウエハ)を高温高圧ガス雰囲気下でア
ニールするものであり、ウエハが収納される圧力容器2
と、ウエハハンドラ4とを含んでいる。圧力容器2は、
上下に開口を有する筒状本体6、上部開口を塞ぐ上蓋7
及び下部開口を塞ぐ下蓋8を備えている。また、図示は
省略したが、上下の蓋7,8に作用する軸方向の荷重を
支持するためのプレスフレームが設けられている。
れている。断熱構造体10は、金属製の倒立椀状部材を
隙間を設けて複数個重ね合わせた構造である。上蓋7に
は、高圧ガス導入孔34と、これとは独立に設けられた
高圧ガス排出孔35が設けられている。圧力容器2内に
導入されるガスは、ガス圧縮機(図示省略)からガス導
入孔34を通って供給される。また、圧力容器2内のガ
スは、ガス排出孔35を通って排出される。なお、圧力
媒体としてのガスは、通常アルゴンガスが使用される
が、温度圧力条件によっては窒素ガスその他の不活性ガ
スを使用することができる。
容器内部側開口部にネジ込むことによって固定されてお
り、導入孔34から供給される高圧ガスは断熱構造体1
0を貫通する孔を通じて断熱構造体の内側空間(処理
室)に導入される。前記下蓋8は、下蓋昇降アクチュエ
ータ41によって昇降自在とされており、下蓋8を上昇
させると圧力容器2の下部開口を塞ぐことができ、下蓋
8を下降させると圧力容器2の下部開口を開くことがで
きる。下蓋8の上には加熱用ヒータ13の電極等を収納
した金属製のシールドブロック11を介して内外2つの
ゾーン(ヒータ素子13a,13b)に分割されたヒー
タ13が設置されている。
支持するためのウエハ支持具(ボート)39が設けられ
ている。この支持具39は、石英製であり、ウエハ15
を上下方向に所定間隔をおいて複数支持することのでき
るものである。支持具39は、ウエハ15の周縁部の複
数箇所をウエハの下面(裏面)から支持するための突起
39aを上下方向に複数備えており、各突起39aの上
にウエハを載せることでウエハ15を支持することがで
きる。ウエハ15を支持具39に載せたり降ろしたりす
る作業は、ウエハハンドラ(移送手段)4によって行わ
れる。ウエハハンドラ4は、水平面方向に回転及び伸縮
し、かつ上下方向にも可動なアーム30と、アーム30
の先端に設けられたハンド26とを備えている。ウエハ
ハンドラ4は、このハンド26で、ウエハ15を下から
すくいあげるように持ち上げて移送する。
うには、まず、配線膜(Cu配線膜)を形成した半導体
ウエハ15と、酸素活性が高く、酸素が内部に拡散し易
い材料からなる酸化防止体16とを準備する。酸化防止
体(ゲッタープレート)16は、支持具39によって支
持される半導体ウエハ15と同径に形成した円形状プレ
ートである。すなわち、平面視においてウエハ15と防
止体16とは同形状である。なお、防止体16の材料と
して、ここでは純チタンを用いている。また、防止体1
6には鏡面研磨処理が施されており、パーティクルの発
生を防止している。
酸化防止体16を一枚用意し、これらのウエハ15と防
止体16をハンドラ4にて、支持具39に載置する。ま
ず、酸化防止体16を支持具39の最上段に載置し、続
いて10枚の半導体ウエハを酸化防止体16の下に一枚
ずつ順番に載置する。続いて、下蓋8を上昇させて支持
具39を処理室内に装入する。そして圧力容器内2を1
0Paレベルまで真空排気する。しかる後に処理室内に
99.998%のアルゴンガスを1MPaまで装填し、そ
の後大気に放出するアルゴンパージを2回繰り返す。
る空気は百万分の一程度まで低減される。すなわち、酸
素量として約0.2ppmレベルとなる。この後、供給加
圧して最高120MPaまで加圧するとともに、ヒータ1
3に通電して350℃まで加熱し、350℃×120MP
aの条件で15分間保持し、高温高圧処理を行う。この
とき、処理室内の酸素は酸化防止体16に固溶して減少
し、ウエハ15が酸化することが防止される。したがっ
て、処理後の半導体ウエハ15表面は変色せず、処理前
と同等の光沢を示す。また、酸化防止体16は、支持具
39の最上段に設置されているが、この部分の温度が最
も高くなり、防止体16は効率良く酸素を取り込む。
て降温し、アルゴンガスを排出減圧し、処理室内を大気
圧に戻す。その後、下蓋8を下降させ、ウエハ15を圧
力容器2から取り出し、ハンドラ4によって支持具39
から取り外す。酸化防止体16は、繰り返し使用が可能
であるので、再度使用する場合には、支持具39から取
り外さずにそのままにしておくことができる。ただし、
酸化防止体16は、繰り返し使用により徐々に酸素の吸
収体(ゲッター)としての能力が低下していく(酸化す
る)ので、あらかじめ決められた処理回数を過ぎたら、
酸化防止体16を交換することが必要である。この交換
も、ウエハハンドラ4によって、ウエハ15の移送と同
様に行うことができる。
16を処理室に配置して高温高圧処理を行うので、半導
体ウエハ15の酸化が防止される。また、酸化防止体1
6が処理される半導体ウエハ15と略同寸法であるの
で、半導体ウエハ15を扱うウエハハンドラ4(ロボッ
ト)で同様に扱うことができる。なお、半導体ウエハ1
5のサイズとしては、6インチものや、現在主流の8イ
ンチ(200mm)や、将来主流となる12インチ(30
0mm)のもの等があり、処理される半導体ウエハ15
が、例えば8インチであれば、酸化防止体16も径が8
インチの円形プレートとする。
5と同程度が好ましいが、支持具39で支持可能で、ハ
ンドラ4で扱うことができればウエハ15と異なってい
てもよい。防止体16がウエハ15より薄ければ特に問
題はない。ここでは、ウエハ15の厚さが0.75mmで
あるのに対し、酸化防止体16の厚さは0.5mmとし
ている。また、本実施形態では、半導体ウエハ15と金
属製の酸化防止体16とを1つのウエハハンドラ4で扱
い、1つの支持具39(ボート)に載置する。半導体デ
バイスは、金属汚染を嫌うため、ウエハハンドラ4のハ
ンド26や支持具39の突起(スロット部)39aが金
属製の酸化防止体16と接触するのを避ける場合には、
酸化防止体16の裏面(下面)16aの全体をセラミッ
クコーティングしておく。また、裏面16aを部分的に
コーティングしてもよい。部分的なコーティングは、ハ
ンド26や突起(スロット部)39aが触れる部分(酸
化防止体の外縁部分)やその近傍に施しておけばよい
(図3参照)。
れるものではない。例えば、上記実施形態では、酸化防
止体16を支持具39の最上部に配置したが、上下方向
に載置された半導体ウエハ15の上下方向中央位置に置
くこともできる。また、必要に応じて、最上部と最下部
の二カ所に配置する、あるいは、場合によっては半導体
ウエハ15と酸化防止体16とを上下方向に交互に配置
することもできる。すなわち、半導体ウエハ15中に酸
化防止体16が混在していればよい。いずれの配置であ
っても、ハンドラ4によって容易に行える。
体16にあっては、その形状は限定されない。特に、酸
化防止体16を支持具39以外の位置に配置する場合に
は、他の形状であってもよい。酸化防止体16の形状・
配置が異なっても酸化防止効果に関しては実施形態と同
様である。
容器内の酸素を取り込むので、圧力容器内の酸素が低減
し、高温高圧処理時に半導体ウエハの表面が酸化するこ
とが防止される。また、本発明に係る酸化防止体によれ
ば、処理される半導体ウエハと同形状に形成されている
ため、半導体ウエハと同様に容易に取り扱うことができ
る。
積層状態を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 半導体ウエハを圧力容器内に装填して、
高温高圧のガス雰囲気下で処理を行う半導体ウエハの高
温高圧処理方法において、 酸素が内部に拡散し易い性質を有する材料から形成され
た酸化防止体を前記圧力容器内に配置した状態で高温高
圧処理を行うことを特徴とする半導体ウエハの高温高圧
処理方法。 - 【請求項2】 複数の半導体ウエハを支持可能に構成さ
れたウエハ支持具に、 半導体ウエハと、 当該半導体ウエハと平面視略同形に形成されたプレート
状の酸化防止体と、を混在して支持させた状態で高温高
圧処理を行うことを特徴とする請求項1記載の半導体ウ
エハの高温高圧処理方法。 - 【請求項3】 前記半導体ウエハはCu成膜されている
ことを特徴とする請求項1又は2記載の高温高圧処理方
法。 - 【請求項4】 酸素が内部に拡散し易い性質を有する材
料を、半導体ウエハと平面視略同形のプレート状に形成
してなることを特徴とする半導体ウエハの高温高圧処理
方法に用いられる酸化防止体。 - 【請求項5】 鏡面研磨処理が施されていることを特徴
とする請求項4記載の半導体ウエハの高温高圧処理方法
に用いられる酸化防止体。 - 【請求項6】 プレート両面のうちいずれか一面の全体
又は一部にコーティングが施されていることを特徴とす
る請求項4又は5記載の半導体ウエハの高温高圧処理方
法に用いられる酸化防止体。 - 【請求項7】 チタン又はチタン合金からなることを特
徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の半導体ウエハ
の高温高圧処理方法に用いられる酸化防止体。 - 【請求項8】 ジルコニウム又はジルコニウム合金から
なることを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の
半導体ウエハの高温高圧処理方法に用いられる酸化防止
体。
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