JP2004527115A - ルテニウムシリサイド処理方法 - Google Patents
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Abstract
本発明はルテニウムシリサイドを処理する方法を含む。一つの実施例では、ルテニウムシリサイド処理方法は、以下の処理過程を順番に有する。ルテニウムシリサイド（２４，２６）が半導体基板の表側と裏側上に形成される。裏側ルテニウムシリサイドは、基板裏側から少なくとも幾らかのルテニウムシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性溶液に晒される。その後、基板裏側は、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に晒される。その次に、基板裏側は、水溶性フッ化水素酸含有溶液に晒される。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルテニウムシリサイドの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭのメモリセル密度が増すにつれ、セル領域を減らしつつ十分高い蓄積容量を維持するための努力が行われている。そして、さらにセル領域を減らすことを目的とした努力が行われている。セル容量を増加する一つの方法は、セル構造技術によるものである。そのような技術には、トレンチ又はスタック式キャパシタ等の３次元又は立体的セルキャパシタが含まれる。さらに、形状サイズがどんどん小さくなることに伴い、セル誘電体、セル構造体のための改良された材料の開発が重要となってきている。
【０００３】
高密度集積メモリデバイスには、スタック又はトレンチ構造の３次元キャパシタのための非常に薄い誘電体フィルムが要求される。この要件以上を満たすためには、キャパシタ誘電体厚は、ＳｉＯ２等価厚で２．５ｎｍ以下となるであろう。五酸化タンタル、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛ジルコニウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等の化学気相堆積（ＣＶＤ）高ｋ誘電体材料が、その目的のためのセル誘電体層を構成するものと考えられている。これらの材料の誘電率は、典型的には、従来のＳｉ３Ｎ４に基づくキャパシタ誘電体層の誘電率よりも３倍又はそれ以上の値である。しかしながら、これらの誘電体層に関連した一つの欠点は、望ましくない漏れ電流特性があることである。したがって、これらの材料は本来的に高い絶縁特性を有しているが、堆積すると、過度の漏れ電流のために、典型的には受け入れ難い結果を生ずることになる。
【０００４】
そのような欠点は、典型的には、層を酸化条件にさらすことによって克服することができる。しかしながら、残念ながら、そうすると、下部電極（典型的には、金属−絶縁体−金属形式のキャパシタでは金属）とその下の下部電極接続部（典型的にはポリシリコン）との中間又は間にＳｉＯ２層が形成される傾向がある。
【０００５】
この問題の解決に指向した一つの従来技術は下部シリコン材料と金属電極の間に、例えばルテニウムシリサイド等の導電性バリア層を形成することである。ルテニウムシリサイドバリア層を形成するための好ましい技術は、ＣＶＤ法である。しかしながら、ＣＶＤ処理は、通常、ウェーハの端部及び裏側上にもルテニウムシリサイドを堆積してしまう。この過度のルテニウムシリサイドは後の工程で除去されればよい。つまり、過度のルテニウムシリサイドは、ルテニウムシリサイドを基板面の前面側上に形成した後で、そしてウェーハを更に次の処理工程に進めるある段階において、基板面から除去されることが好ましい。残念ながら、ルテニウムシリサイドは、現在、化学エッチングによっての基板からの除去が非常に難しい物質である。したがって、これまでは、半導体基板の裏側からルテニウムシリサイドを、その後の蓄積という重大なリスクを排除又は減少させるために、有効的に好ましい低いレベルまで除去することが非常に困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許番号第５，９６２，７１６号明細書
【特許文献２】
米国特許出願番号第０９／１４１，２４０号明細書
【発明の開示】
【０００７】
本発明はルテニウムシリサイドの処理方法を含むものである。一つの実施例では、ルテニウムシリサイド処理方法は、半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する工程を含む。裏側のルテニウムシリサイドは、そこから少なくとも幾らかのルテニウムシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性用溶液に晒される。その後、基板裏側は、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に晒される。その後、基板裏側は、水溶性フッ化水素酸含有溶液に晒される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願発明の開示は、科学技術の発展・促進を立法目的とする米国特許法に則ってなされるものである（第１条第８項）。
【０００９】
図１には、参照番号１０で示される処理中の半導体ウェーハ片が示されている。半導体ウェーハ片１０は、表側面１４及び裏側面１６を有したバルク単結晶シリコン基板１２を含む。本明細書において、用語“半導体基板”又は“半導電性基板”は、半導電性ウェーハ（単体又はその上に他の材料を有する組合体）等のバルク半導体材料、及び半導電性材料層（単体又は他の材料を含む組合体）に限定されることなく、半導電性材料を有する如何なる構成をも意味するものと定義される。用語“基板”は、上記の半導電性基板に限られることなく、これを含む如何なる支持構造体を意味するものである。また、本願明細書において、用語“層”は、特に表示されている場合を除き、単一のもの及び複数のものを含むものである。
【００１０】
例えばボロフォスフォシリケイトグラスからなる電気的絶縁層１８が、基板の表側面１４上に形成されている。層１８を貫通して基板１２までコンタクト用開口２０が形成されている。例えばポリシリコン及びバリア層である導電性材料２２が開口２０内に設けられ、該導電性材料２２は、絶縁層１８の最も外側の面より僅かに落ち込むように処理されることが好ましい。こうすることにより、本発明の特徴によって次に処理される、一つの例に過ぎないが基板が提供される。なお、本発明による処理は如何なる半導体基板にも適用できるものであり、本願発明は、ここに規定される基板にだけに限定されるものではない。
【００１１】
図２を参照すると、基板の表側上にはルテニウムシリサイド層２４が形成され、他方、基板の裏側上にはルテニウムシリサイド層２６が形成される。ルテニウムシリサイド層を形成するための例示的好ましい技術方法は、化学気相堆積チャンバー内に前駆体としてトリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウムを用いた化学気相堆積法によることである。一つの例としてではあるが、より具体的には、この材料はバブラー内で２０℃又はそれよりも若干高い温度に保たれることが好ましく、そして、５０ｓｃｃｍの不活性ガス（例えば、ヘリウム）が、バブラーを通して反応器内のシャワーヘッドまで導入される。５ｓｃｃｍのシランもまた、シャワーヘッドまで通過させられる。堆積のための例示的圧力は、例示的ウェーハ温度が約２００℃のとき、約３Ｔｏｒｒである。シランの量は、ルテニウムシリサイドフィルムに異なる量のシリコンを導入するために変更することができる。０．１ｍ３反応器での例では、ルテニウムシリサイドフィルム内に、約５０％のルテニウムと５０％のシリコンとなる。トリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウム前駆体は、発明の名称が“ルテニウム・オスミウム化合物生成方法”であり、発明者としてステファン ユーレンブロック及びブライアン バートストラが挙げられている、１９９８年８月２７日付出願に基づく米国特許番号第５，９６２，７１６号に記載されている。発明の名称が“ルテニウムシリサイド拡散バリア層及びその形成方法”であり、発明者としてオイゲン マーシュ及びブライアン バートストラが挙げられている、１９９８年１０月２７日付米国特許出願番号第０９／１４１，２４０号は、この前駆体を用いたルテニウムシリサイドのための典型的ＣＶＤ法を開示している。
【００１２】
図３を参照すると、表側ルテニウムシリサイド層２４は、コンタクト用開口プラグ材料２２の上に導電性ルテニウムシリサイド拡散バリア層領域２８を残して、化学・機械研磨法又はレジスト膜エッチバック法により平坦化されている。
【００１３】
一つの実施例では、裏側ルテニウムシリサイド層２６は次に、裏側から少なくとも幾らかのルテニウムウシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性溶液に晒される。もう一つの実施例では、溶液内のフッ素の存在如何に関わらず、次亜塩素酸塩を含有した酸性水溶液に晒される。二つの実施例における好ましい溶液は、水、フッ化水素酸及び次亜塩素酸塩を含有する。例示的次亜塩素酸塩には次亜塩素酸カリウム及び的次亜塩素酸カルシウムが含まれるが、前者の次亜塩素酸カリウムがより好ましい。一つの好適実施例では、そのような晒し過程は、基本的に水とフッ化水素酸及び次亜塩素酸カリウムを含有した水溶液を用いて行われる。例えば、重量％で、次亜塩素酸カリウムが０．５％、フッ化水素酸が１．０％、脱イオン水が９８．５％の水溶液である。もう一つの好適な溶液は、水、フッ化水素酸、溶存塩素ガスを含む。そのような溶液を生成する一つの例示的方法は、水にＨＦガス及び塩素ガスを注入する方法である。さらに、一例に過ぎないが、もう一つの好適溶液は、水、フッ化水素酸及び次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）を含む。
【００１４】
処理は、周囲温度から３０℃で大気圧の下で行われることが好ましい。基板の表側は、その裏側が溶液によって処理されている間、その溶液によって処理されないことが好ましい。最も好ましい処理には、好ましくは１−５分間、より好ましくは２−３分間、裏側ルテニウムシリサイドにそのような溶液をスプレイしている間、基板を回転させておくことを含む。さらに、基板を回転させ且つ水溶液をスプレイするための今日の好ましい処理ツールは、米国アリゾナ州フェニックス所在のＳＥＺ社から購入することができるＳＥＺ３０３型処理ツールである。ルテニウムシリサイド層２６を約１０００Å除去することを目標とする。さらに、そのような処理は、基板１０の裏側から、そこに残留ルテニウムを測定器による測定で５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、ルテニウムウを有効的に除去するように実施されることが好ましい。さもなければ、処理は、発明の名称が“ルテニウムシリサイドのウェットエッチング”で、発明者としてブレンダ クラウス及びミカエル アンドリースが記載された、２００１年３月５日付米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿号に記載されているような方法で実施される。
【００１５】
処理の最後で、少なくとも基板裏面が水、好ましくは脱イオン水で洗浄されることが好ましい。
【００１６】
その後、基板裏面は、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に晒される。一例ではあるが、例には、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムを含有する溶液が含まれる。好ましくは、水溶液は、基本的には水、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムからなる。一つの特定溶液を挙げると、重量％で酢酸を１０％、硝酸セリンアンモニウムを３０％、水６０％を含むと思われる、カリフォルニア州フリーモント所在のＣｙａｎｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＣＲ−１４クロムエッチング用液である。一例に過ぎないが、これに代わる酸化ルテニウムエッチング溶液は、三酸化クロム及び硫酸を含む。
【００１７】
最初に記載した塩素及びフッ素含有溶液処理を実行する前又は後に、基板の裏側上に酸化ルテニウムが実際に形成されるか否かは決まっておらず、またはっきりしていない。最初の処理／晒し過程の後に酸化ルテニウムエッチング溶液に晒すことは、基板裏側のルテニウム物質を減少させるのに有効である。水溶性酸化ルテニウム溶液へ晒すことは、基板裏側に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側から幾らかのルテニウムをエッチング除去するのに有効であることが好ましい。換言すれば、水溶性酸化ルテニウム溶液への好ましい二番目の晒し過程は、基板の裏側からの、単体物質又は化合物の形態での追加的なルテニウムの除去をもたらすことが好ましい。その際の好ましい処理方法は、好ましくは前にも述べたように、周囲温度又はそれよりも僅かに高い温度で且つ大気圧の条件下で、基板に対して溶液をスプレイしている間に、基板を回転させることである。好ましい処理時間は１５秒から３分であり、３０秒から１分がより好ましい。好ましい処理装置は、先に述べたＳＥＺ３０３である。
【００１８】
水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液での処理の終わりに、少なくとも基板の裏側は、水、好ましくは脱イオン水の散布により洗浄されることが好ましい。
【００１９】
その後、基板の裏側は、水溶性フッ化水素酸含有溶液に晒される。そのような溶液は、重量比でＨＦを０．５％、水を９９．５％有する希釈フッ化水素酸溶液であることが好ましい。そのような処理は、上で述べたように、そのような溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させることによって実施されることが好ましい。好ましい条件は、周囲の温度から３０℃までの温度及び大気圧である。好ましい処理時間は５−１００秒であり、約１５秒がより好ましい。そのような処理は、基板の裏側面に残留ルテニウムを９×１０１０原子／ｃｍ２より多くなく残すように、ウェーハ裏側からルテニウムを更にエッチングすることに有効である。好ましくは、基板を晒すこの過程は、基本的に水とフッ化水素酸からなる水溶性溶液、例えば、好ましくは上で述べた希釈フッ化水素酸溶液に晒すことである。
【００２０】
好ましくは、水溶性フッ化水素酸による処理の後、少なくともウェーハの裏側は、水，好ましくは脱イオン水によって洗浄される。
【００２１】
好ましくは、基板裏面はその後、硫酸と少なくともオゾン及び過酸化水素の何れか一つとからなる水溶性溶液に晒される。この溶液に晒す過程は、フッ化水素酸処理の後で行われることが好ましい。そして、基板を所望の水溶性溶液に浸漬することによって行われることが好ましい。例示的好適溶液は、水溶液中、２重量部濃硫酸対１重量部３０％（重量比）Ｈ２Ｏ２の溶液である。
【００２２】
最も効率的な処理は三つの回転エッチング過程からなることが分かった。最初の回転エッチング過程は、上記の好適なフッ化水素酸、次亜塩素酸カリウム及び水含有溶液で３分間スプレイ処理することである。その次の好ましい第２番目の回転エッチング過程は、約３０秒間の液体ＣＲ−１４を用いての処理である。この処理の後、１５秒間の好ましくは０．５％／９９．５％希釈ＨＦ溶液を用いた処理が行われる。その次に、好ましくは、上記好適な２：１ピラニア溶液内に基板を浸漬することによる７分間の処理が続く。上記各過程の間と、ピラニア処理の後に洗浄が実施される。そうすることにより、表側ルテニウムシリサイド構造体に損傷を与えることなく、又は副次的なカリウム又はセリウム汚染物質の堆積なく、機器測定範囲内で、ルテニウムが実質的に無い（即ち、９×１０９原子／ｃｍ２以下）ウェーハ裏側を形成できることが分かった。
【００２３】
本願明細書内に引用されている特許及び特許出願は、所謂当業者が認識している技術を開示するためになされたものであり、本願明細書に援用されるものである。
【００２４】
以上、本願発明を好適実施例によって説明したが、本願発明は、図示及び説明されたものに限定されるものではない。本願発明は、特許請求の範囲によってのみ限定され、均等の原則に従って改変できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明の一実施態様に従って処理中の例示的半導体ウェーハ片の概略断面図である。
【図２】図２は図１に示した処理過程に続くある処理過程における図１のウェーハ片を示す断面図である。
【図３】図３は図２に示した処理過程に続くある処理過程における図１のウェーハ片を示す断面図である。
【０００１】
本発明は、ルテニウムシリサイドの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭのメモリセル密度が増すにつれ、セル領域を減らしつつ十分高い蓄積容量を維持するための努力が行われている。そして、さらにセル領域を減らすことを目的とした努力が行われている。セル容量を増加する一つの方法は、セル構造技術によるものである。そのような技術には、トレンチ又はスタック式キャパシタ等の３次元又は立体的セルキャパシタが含まれる。さらに、形状サイズがどんどん小さくなることに伴い、セル誘電体、セル構造体のための改良された材料の開発が重要となってきている。
【０００３】
高密度集積メモリデバイスには、スタック又はトレンチ構造の３次元キャパシタのための非常に薄い誘電体フィルムが要求される。この要件以上を満たすためには、キャパシタ誘電体厚は、ＳｉＯ２等価厚で２．５ｎｍ以下となるであろう。五酸化タンタル、チタン酸バリウムストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛ジルコニウム、タンタル酸ストロンチウムビスマス等の化学気相堆積（ＣＶＤ）高ｋ誘電体材料が、その目的のためのセル誘電体層を構成するものと考えられている。これらの材料の誘電率は、典型的には、従来のＳｉ３Ｎ４に基づくキャパシタ誘電体層の誘電率よりも３倍又はそれ以上の値である。しかしながら、これらの誘電体層に関連した一つの欠点は、望ましくない漏れ電流特性があることである。したがって、これらの材料は本来的に高い絶縁特性を有しているが、堆積すると、過度の漏れ電流のために、典型的には受け入れ難い結果を生ずることになる。
【０００４】
そのような欠点は、典型的には、層を酸化条件にさらすことによって克服することができる。しかしながら、残念ながら、そうすると、下部電極（典型的には、金属−絶縁体−金属形式のキャパシタでは金属）とその下の下部電極接続部（典型的にはポリシリコン）との中間又は間にＳｉＯ２層が形成される傾向がある。
【０００５】
この問題の解決に指向した一つの従来技術は下部シリコン材料と金属電極の間に、例えばルテニウムシリサイド等の導電性バリア層を形成することである。ルテニウムシリサイドバリア層を形成するための好ましい技術は、ＣＶＤ法である。しかしながら、ＣＶＤ処理は、通常、ウェーハの端部及び裏側上にもルテニウムシリサイドを堆積してしまう。この過度のルテニウムシリサイドは後の工程で除去されればよい。つまり、過度のルテニウムシリサイドは、ルテニウムシリサイドを基板面の前面側上に形成した後で、そしてウェーハを更に次の処理工程に進めるある段階において、基板面から除去されることが好ましい。残念ながら、ルテニウムシリサイドは、現在、化学エッチングによっての基板からの除去が非常に難しい物質である。したがって、これまでは、半導体基板の裏側からルテニウムシリサイドを、その後の蓄積という重大なリスクを排除又は減少させるために、有効的に好ましい低いレベルまで除去することが非常に困難であった。
【０００６】
【特許文献１】
米国特許番号第５，９６２，７１６号明細書
【特許文献２】
米国特許出願番号第０９／１４１，２４０号明細書
【発明の開示】
【０００７】
本発明はルテニウムシリサイドの処理方法を含むものである。一つの実施例では、ルテニウムシリサイド処理方法は、半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する工程を含む。裏側のルテニウムシリサイドは、そこから少なくとも幾らかのルテニウムシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性用溶液に晒される。その後、基板裏側は、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に晒される。その後、基板裏側は、水溶性フッ化水素酸含有溶液に晒される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本願発明の開示は、科学技術の発展・促進を立法目的とする米国特許法に則ってなされるものである（第１条第８項）。
【０００９】
図１には、参照番号１０で示される処理中の半導体ウェーハ片が示されている。半導体ウェーハ片１０は、表側面１４及び裏側面１６を有したバルク単結晶シリコン基板１２を含む。本明細書において、用語“半導体基板”又は“半導電性基板”は、半導電性ウェーハ（単体又はその上に他の材料を有する組合体）等のバルク半導体材料、及び半導電性材料層（単体又は他の材料を含む組合体）に限定されることなく、半導電性材料を有する如何なる構成をも意味するものと定義される。用語“基板”は、上記の半導電性基板に限られることなく、これを含む如何なる支持構造体を意味するものである。また、本願明細書において、用語“層”は、特に表示されている場合を除き、単一のもの及び複数のものを含むものである。
【００１０】
例えばボロフォスフォシリケイトグラスからなる電気的絶縁層１８が、基板の表側面１４上に形成されている。層１８を貫通して基板１２までコンタクト用開口２０が形成されている。例えばポリシリコン及びバリア層である導電性材料２２が開口２０内に設けられ、該導電性材料２２は、絶縁層１８の最も外側の面より僅かに落ち込むように処理されることが好ましい。こうすることにより、本発明の特徴によって次に処理される、一つの例に過ぎないが基板が提供される。なお、本発明による処理は如何なる半導体基板にも適用できるものであり、本願発明は、ここに規定される基板にだけに限定されるものではない。
【００１１】
図２を参照すると、基板の表側上にはルテニウムシリサイド層２４が形成され、他方、基板の裏側上にはルテニウムシリサイド層２６が形成される。ルテニウムシリサイド層を形成するための例示的好ましい技術方法は、化学気相堆積チャンバー内に前駆体としてトリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウムを用いた化学気相堆積法によることである。一つの例としてではあるが、より具体的には、この材料はバブラー内で２０℃又はそれよりも若干高い温度に保たれることが好ましく、そして、５０ｓｃｃｍの不活性ガス（例えば、ヘリウム）が、バブラーを通して反応器内のシャワーヘッドまで導入される。５ｓｃｃｍのシランもまた、シャワーヘッドまで通過させられる。堆積のための例示的圧力は、例示的ウェーハ温度が約２００℃のとき、約３Ｔｏｒｒである。シランの量は、ルテニウムシリサイドフィルムに異なる量のシリコンを導入するために変更することができる。０．１ｍ３反応器での例では、ルテニウムシリサイドフィルム内に、約５０％のルテニウムと５０％のシリコンとなる。トリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウム前駆体は、発明の名称が“ルテニウム・オスミウム化合物生成方法”であり、発明者としてステファン ユーレンブロック及びブライアン バートストラが挙げられている、１９９８年８月２７日付出願に基づく米国特許番号第５，９６２，７１６号に記載されている。発明の名称が“ルテニウムシリサイド拡散バリア層及びその形成方法”であり、発明者としてオイゲン マーシュ及びブライアン バートストラが挙げられている、１９９８年１０月２７日付米国特許出願番号第０９／１４１，２４０号は、この前駆体を用いたルテニウムシリサイドのための典型的ＣＶＤ法を開示している。
【００１２】
図３を参照すると、表側ルテニウムシリサイド層２４は、コンタクト用開口プラグ材料２２の上に導電性ルテニウムシリサイド拡散バリア層領域２８を残して、化学・機械研磨法又はレジスト膜エッチバック法により平坦化されている。
【００１３】
一つの実施例では、裏側ルテニウムシリサイド層２６は次に、裏側から少なくとも幾らかのルテニウムウシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性溶液に晒される。もう一つの実施例では、溶液内のフッ素の存在如何に関わらず、次亜塩素酸塩を含有した酸性水溶液に晒される。二つの実施例における好ましい溶液は、水、フッ化水素酸及び次亜塩素酸塩を含有する。例示的次亜塩素酸塩には次亜塩素酸カリウム及び的次亜塩素酸カルシウムが含まれるが、前者の次亜塩素酸カリウムがより好ましい。一つの好適実施例では、そのような晒し過程は、基本的に水とフッ化水素酸及び次亜塩素酸カリウムを含有した水溶液を用いて行われる。例えば、重量％で、次亜塩素酸カリウムが０．５％、フッ化水素酸が１．０％、脱イオン水が９８．５％の水溶液である。もう一つの好適な溶液は、水、フッ化水素酸、溶存塩素ガスを含む。そのような溶液を生成する一つの例示的方法は、水にＨＦガス及び塩素ガスを注入する方法である。さらに、一例に過ぎないが、もう一つの好適溶液は、水、フッ化水素酸及び次亜塩素酸（ＨＯＣｌ）を含む。
【００１４】
処理は、周囲温度から３０℃で大気圧の下で行われることが好ましい。基板の表側は、その裏側が溶液によって処理されている間、その溶液によって処理されないことが好ましい。最も好ましい処理には、好ましくは１−５分間、より好ましくは２−３分間、裏側ルテニウムシリサイドにそのような溶液をスプレイしている間、基板を回転させておくことを含む。さらに、基板を回転させ且つ水溶液をスプレイするための今日の好ましい処理ツールは、米国アリゾナ州フェニックス所在のＳＥＺ社から購入することができるＳＥＺ３０３型処理ツールである。ルテニウムシリサイド層２６を約１０００Å除去することを目標とする。さらに、そのような処理は、基板１０の裏側から、そこに残留ルテニウムを測定器による測定で５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、ルテニウムウを有効的に除去するように実施されることが好ましい。さもなければ、処理は、発明の名称が“ルテニウムシリサイドのウェットエッチング”で、発明者としてブレンダ クラウス及びミカエル アンドリースが記載された、２００１年３月５日付米国特許出願第＿＿＿＿＿＿＿＿号に記載されているような方法で実施される。
【００１５】
処理の最後で、少なくとも基板裏面が水、好ましくは脱イオン水で洗浄されることが好ましい。
【００１６】
その後、基板裏面は、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に晒される。一例ではあるが、例には、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムを含有する溶液が含まれる。好ましくは、水溶液は、基本的には水、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムからなる。一つの特定溶液を挙げると、重量％で酢酸を１０％、硝酸セリンアンモニウムを３０％、水６０％を含むと思われる、カリフォルニア州フリーモント所在のＣｙａｎｔｅｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＣＲ−１４クロムエッチング用液である。一例に過ぎないが、これに代わる酸化ルテニウムエッチング溶液は、三酸化クロム及び硫酸を含む。
【００１７】
最初に記載した塩素及びフッ素含有溶液処理を実行する前又は後に、基板の裏側上に酸化ルテニウムが実際に形成されるか否かは決まっておらず、またはっきりしていない。最初の処理／晒し過程の後に酸化ルテニウムエッチング溶液に晒すことは、基板裏側のルテニウム物質を減少させるのに有効である。水溶性酸化ルテニウム溶液へ晒すことは、基板裏側に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側から幾らかのルテニウムをエッチング除去するのに有効であることが好ましい。換言すれば、水溶性酸化ルテニウム溶液への好ましい二番目の晒し過程は、基板の裏側からの、単体物質又は化合物の形態での追加的なルテニウムの除去をもたらすことが好ましい。その際の好ましい処理方法は、好ましくは前にも述べたように、周囲温度又はそれよりも僅かに高い温度で且つ大気圧の条件下で、基板に対して溶液をスプレイしている間に、基板を回転させることである。好ましい処理時間は１５秒から３分であり、３０秒から１分がより好ましい。好ましい処理装置は、先に述べたＳＥＺ３０３である。
【００１８】
水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液での処理の終わりに、少なくとも基板の裏側は、水、好ましくは脱イオン水の散布により洗浄されることが好ましい。
【００１９】
その後、基板の裏側は、水溶性フッ化水素酸含有溶液に晒される。そのような溶液は、重量比でＨＦを０．５％、水を９９．５％有する希釈フッ化水素酸溶液であることが好ましい。そのような処理は、上で述べたように、そのような溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させることによって実施されることが好ましい。好ましい条件は、周囲の温度から３０℃までの温度及び大気圧である。好ましい処理時間は５−１００秒であり、約１５秒がより好ましい。そのような処理は、基板の裏側面に残留ルテニウムを９×１０１０原子／ｃｍ２より多くなく残すように、ウェーハ裏側からルテニウムを更にエッチングすることに有効である。好ましくは、基板を晒すこの過程は、基本的に水とフッ化水素酸からなる水溶性溶液、例えば、好ましくは上で述べた希釈フッ化水素酸溶液に晒すことである。
【００２０】
好ましくは、水溶性フッ化水素酸による処理の後、少なくともウェーハの裏側は、水，好ましくは脱イオン水によって洗浄される。
【００２１】
好ましくは、基板裏面はその後、硫酸と少なくともオゾン及び過酸化水素の何れか一つとからなる水溶性溶液に晒される。この溶液に晒す過程は、フッ化水素酸処理の後で行われることが好ましい。そして、基板を所望の水溶性溶液に浸漬することによって行われることが好ましい。例示的好適溶液は、水溶液中、２重量部濃硫酸対１重量部３０％（重量比）Ｈ２Ｏ２の溶液である。
【００２２】
最も効率的な処理は三つの回転エッチング過程からなることが分かった。最初の回転エッチング過程は、上記の好適なフッ化水素酸、次亜塩素酸カリウム及び水含有溶液で３分間スプレイ処理することである。その次の好ましい第２番目の回転エッチング過程は、約３０秒間の液体ＣＲ−１４を用いての処理である。この処理の後、１５秒間の好ましくは０．５％／９９．５％希釈ＨＦ溶液を用いた処理が行われる。その次に、好ましくは、上記好適な２：１ピラニア溶液内に基板を浸漬することによる７分間の処理が続く。上記各過程の間と、ピラニア処理の後に洗浄が実施される。そうすることにより、表側ルテニウムシリサイド構造体に損傷を与えることなく、又は副次的なカリウム又はセリウム汚染物質の堆積なく、機器測定範囲内で、ルテニウムが実質的に無い（即ち、９×１０９原子／ｃｍ２以下）ウェーハ裏側を形成できることが分かった。
【００２３】
本願明細書内に引用されている特許及び特許出願は、所謂当業者が認識している技術を開示するためになされたものであり、本願明細書に援用されるものである。
【００２４】
以上、本願発明を好適実施例によって説明したが、本願発明は、図示及び説明されたものに限定されるものではない。本願発明は、特許請求の範囲によってのみ限定され、均等の原則に従って改変できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は本発明の一実施態様に従って処理中の例示的半導体ウェーハ片の概略断面図である。
【図２】図２は図１に示した処理過程に続くある処理過程における図１のウェーハ片を示す断面図である。
【図３】図３は図２に示した処理過程に続くある処理過程における図１のウェーハ片を示す断面図である。
Claims (44)
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
裏側から少なくとも幾らかのルテニウムシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性溶液に裏側ルテニウムシリサイドを第１番目に晒す過程と、
基板裏側を水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に第２番目に晒す過程と、
基板裏側を水溶性フッ化水素酸含有溶液に第３番目に晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - 第１番目、第２番目及び第３番目の各晒し過程は、基板の裏側にそれぞれの溶液をスプレイしている間、基板を回転することを含むことを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 第１番目と第２番目の晒し過程の間、及び第２番目と第３番目の晒し過程の間に、基板裏側を水で洗浄する過程を有することを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液はフッ化水素酸及び溶解塩素ガスからなることを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液はフッ化水素酸及び次亜塩素酸からなることを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液はフッ化水素酸及び次亜塩素酸塩からなることを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液はフッ化水素酸及びカリウム次亜塩素酸塩からなることを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液は、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムからなることを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液は、三酸化クロム及び硫酸からなることを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 前記第３番目の晒し過程の後で、硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
次亜塩素酸塩からなる水溶性酸性溶液に裏側ルテニウムシリサイドを晒す第１番目の過程と、
基板裏側を水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に第２番目に晒す過程と、
基板裏側を水溶性フッ化水素酸含有溶液に第３番目に晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - 第１番目、第２番目及び第３番目の各晒し過程は、基板の裏側にそれぞれの溶液をスプレイしている間、基板を回転することを含むことを特徴とする請求項１２に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液は、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムからなることを特徴とする請求項１２に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項１２に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 前記第３番目の晒し過程の後で、硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項１２に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 次亜塩素酸塩を有する水溶性酸性溶液は、フッ化水素酸及びカリウム次亜塩素酸塩からなることを特徴とする請求項１２に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
基板裏側から少なくとも幾らかのルテニウムシリサイドを除去するのに有効な、基本的に水とフッ化水素酸と少なくとも一つの次亜塩素酸塩からなる水溶性溶液に裏側ルテニウムシリサイドを晒す第１番目の過程と、
基板裏側を、基本的に水と酢酸と硝酸セリンアンモニウムからなる水溶性溶液に第２番目に晒す過程と、
基板裏側を、基本的に水とフッ化水素酸からなる水溶性溶液に第３番目に晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - 第１番目、第２番目及び第３番目の各晒し過程は、基板の裏側にそれぞれの溶液をスプレイしている間、基板を回転することを含むことを特徴とする請求項１８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液は、フッ化水素酸及び溶解塩素ガスからなることを特徴とする請求項１８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液は、フッ化水素酸及び次亜塩素酸からなることを特徴とする請求項１８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 少なくとも一つの次亜塩素酸塩は、カリウム次亜塩素酸塩であることを特徴とする請求項１８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 前記第３番目の晒し過程の後で、硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項１８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶液に裏側ルテニウムシリサイドを晒す第１番目の過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に基板裏側を第２番目に晒す過程と、
基板裏側面に９×１０１０原子／ｃｍ２より多くない残留ルテニウムを残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性フッ化水素酸含有溶液に基板裏側を第３番目に晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - 第３番目の晒し過程は、裏側面残留ルテニウムを５×１０１０原子／ｃｍ２より多くなく残すのに有効であることを特徴とする請求項２４に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶液は、フッ化水素酸及びカリウム次亜塩素酸塩からなることを特徴とする請求項２４に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液は、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムからなることを特徴とする請求項２４に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 前記第３番目の晒し過程の後で、硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項２４に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
表側ルテニウムシリサイドを研磨する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶液に裏側ルテニウムシリサイドを晒す第１番目の過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に基板裏側を第２番目に晒す過程と、
基板裏側面に９×１０１０原子／ｃｍ２より多くない残留ルテニウムを残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性フッ化水素酸含有溶液に基板裏側を第３番目に晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板を化学気相堆積チャンバー内に配置し、半導体基板の表側及び裏側上にルテニウムウシリサイドを堆積させるのに効果的なトリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウムを提供する過程と、
裏側から少なくとも幾らかのルテニウムシリサイドを除去するのに有効な、塩素及びフッ素含有水溶性溶液に裏側ルテニウムシリサイドを第１番目に晒す過程と、
基板裏側を水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液に第２番目に晒す過程と、
基板裏側を水溶性フッ化水素酸含有溶液に第３番目に晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - チャンバー内に、トリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウムと一緒に、シランを提供する過程を更に具備することを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液は、フッ化水素酸及び溶解塩素ガスからなることを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液は、フッ化水素酸及び次亜塩素酸からなることを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 塩素及びフッ素含有水溶性溶液は、フッ化水素酸及びカリウム次亜塩素酸塩からなることを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液は、酢酸及び硝酸セリンアンモニウムからなることを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 水溶性酸化ルテニウムエッチング溶液は、三酸化クロム及び硫酸からなることを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 前記第３番目の晒し過程の後で、硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程を更に具備することを特徴とする請求項３０に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、フッ化水素酸及び次亜塩素酸塩からなる水溶性溶液を裏側ルテニウムにスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
水で基板裏側を洗浄する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、酢酸と硝酸セリンアンモニウムからなる水溶性溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
水で基板裏側を洗浄する過程と、
基板裏側面に９×１０１０原子／ｃｍ２より多くない残留ルテニウムを残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性フッ化水素酸含有溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - 少なくとも一つの次亜塩素酸塩はカリウム次亜塩素酸塩であることを特徴とする請求項３８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 晒し過程は、硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を浸漬することであることを特徴とする請求項３８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- 裏側に水溶性フッ化水素酸含有溶液をスプレイしている間、基板を回転する過程は、裏側面に残留ルテニウムを５×１０１０原子／ｃｍ２より多くなく残すのに有効であることを特徴とする請求項３８に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板の表側と裏側上にルテニウムシリサイドを形成する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、基本的に水とフッ化水素酸とカリウム次亜塩素酸塩からなる水溶性溶液を裏側ルテニウムシリサイドにスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
水で基板裏側を洗浄する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、基本的に水と酢酸と硝酸セリンアンモニウムからなる水溶性溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
水で基板裏側を洗浄する過程と、
基板裏側面に９×１０１０原子／ｃｍ２より多くない残留ルテニウムを残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性フッ化水素酸含有溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。 - 前記形成過程は、半導体基板を化学気相堆積チャンバー内に配置する過程と、半導体基板の表側及び裏側上にルテニウムウシリサイドを堆積させるのに効果的なトリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウムを提供する過程とからなることを特徴とする請求項４２に記載のルテニウムシリサイド処理方法。
- ルテニウムシリサイド処理方法であって、該方法は、
半導体基板を化学気相堆積チャンバー内に配置し、半導体基板の表側及び裏側上にルテニウムウシリサイドを堆積させるのに効果的なトリカルボニル（１，３−シクロヘキサジエン）ルテニウムを提供する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを５×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１４原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、基本的に約９８．５重量％の水と約１．０重量％のフッ化水素酸と約０．５重量％のカリウム次亜塩素酸塩からなる水溶性溶液を裏側ルテニウムシリサイドにスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
水で基板裏側を洗浄する過程と、
基板裏側面に残留ルテニウムを１×１０１１原子／ｃｍ２から１×１０１３原子／ｃｍ２残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、基本的に水と酢酸と硝酸セリンアンモニウムからなる水溶性溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
水で基板裏側を洗浄する過程と、
基板裏側面に９×１０１０原子／ｃｍ２より多くない残留ルテニウムを残して、基板裏側からルテニウムをエッチングするのに有効な、水溶性フッ化水素酸含有溶液を基板裏側にスプレイしている間、基板を回転させる過程と、
硫酸と、少なくともオゾン及び過酸化水素の一方とからなる水溶性溶液に基板裏面を晒す過程と、
を上記順番に具備することを特徴とするルテニウムシリサイド処理方法。
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