JP2015095604A - 半導体装置の製造方法および半導体基板のエッチング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】不良品の発生を低減するために有利な技術を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、回路が形成される有効領域と、回路が形成されない非有効領域とを含む半導体基板の前記非有効領域に含まれる採取領域から前記半導体基板の一部分を採取する採取工程と、前記採取工程で採取した前記一部分を分析する分析工程と、前記分析工程における分析結果に基づいて前記半導体基板が良品であるかどうかを判断する判断工程と、前記判断工程において前記半導体基板が良品と判断された場合に、当該判断がなされた前記半導体基板を処理して前記有効領域に回路を形成する処理工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体基板のエッチング装置に関する。

シリコンウエハの表層部の金属汚染は、シリコンウエハに形成される素子の高集積化に伴って、半導体装置の性能に大きな影響を与えるようになってきた。金属汚染は、シリコンウエハの製造工程で使用される薬液や材料に含まれる金属成分によって発生しうる。金属汚染の有無は、シリコンウエハの表面の観察によっては判断することができない。このため、不良品を発生させるような金属汚染のあるシリコンウエハが納入されたとしても、半導体装置を形成した後に該半導体装置の電気特性を測定するまで不良の発生が分からず、無駄な処理がなされるリスクがあった。従来は、複数のシリコンウエハからなるウエハロットから少なくとも１枚のシリコンウエハを抽出して金属汚染を分析し、そのシリコンウエハが良品と判定された場合に、同一ウエハロットの他のシリコンウエハに半導体装置を形成していた。

特開２０１０−１０１５９号公報 特開２００７−１９８９２４号公報 特開２０１０−４０５４８号公報

しかしながら、上記の方法では、半導体装置を形成するための個々のシリコンウエハの汚染量を実際に評価するわけではないので、良品と判断されたウエハロットの中にも半導体装置の形成後に汚染が原因で不良品と判断されるシリコンウエハが存在しうる。

本発明は、不良品の発生を低減するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、半導体装置の製造方法に係り、該製造方法は、回路が形成される有効領域と、回路が形成されない非有効領域とを含む半導体基板の前記非有効領域に含まれる採取領域から前記半導体基板の一部分を採取する採取工程と、前記採取工程で採取した前記一部分を分析する分析工程と、前記分析工程における分析結果に基づいて前記半導体基板が良品であるかどうかを判断する判断工程と、前記判断工程において前記半導体基板が良品と判断された場合に、当該判断がなされた前記半導体基板を処理して前記有効領域に回路を形成する処理工程と、を含む。

本発明によれば、不良品の発生を低減するために有利な技術が提供される。

半導体基板を説明する図。 本発明の１つの実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。 本発明の１つの実施形態の半導体基板のエッチング装置を示す図。 本発明の１つの実施形態の半導体装置の製造方法を示す図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。

図１を参照しながら半導体基板Ｓについて説明する。半導体基板Ｓは、例えばシリコン基板である。半導体基板Ｓは、回路が形成される有効領域１０と、回路が形成されない非有効領域２０とを含む。有効領域１０は、典型的には複数のチップ領域１２を含みうる。図示されていないが、チップ領域１２とチップ領域１２との間にはスクライブラインが配置されていて、半導体基板Ｓをスクライブラインで切断することによって半導体基板Ｓが複数のチップ領域１２に分割される。非有効領域２０は、半導体基板Ｓの全体領域のうち有効領域１０以外の領域である。非有効領域２０は、通常は、有効領域１０の外側、即ち半導体基板Ｓの周辺部に配置される。非有効領域２０は、採取領域２２を有する。採取領域２２は、半導体基板Ｓの分析のために、半導体基板Ｓの一部分が採取される領域である。採取領域２２は、有効領域１０と接しないように決定される。採取領域２２と有効領域１０との最短距離ｄは、例えば５ｍｍ以上であることが好ましい。

半導体基板Ｓが既にリソグラフィー工程を経ている場合には、有効領域１０（チップ領域１２）には、回路パターンが形成されている。一方、半導体基板Ｓがまだリソグラフィー工程を経ていない場合には、有効領域１０（チップ領域１２）には、回路パターンが形成されていない。回路パターンは、例えば、素子分離、ソースドレイン領域、ゲート電極、配線層などによって構成される。

図２を参照しながら本発明の１つの実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。図２に示す製造方法は、有効領域１０に既に回路パターンが形成された半導体基板Ｓに対して実施されてもよいし、有効領域１０にまだ回路パターンが形成されていない半導体基板Ｓに対して実施されてもよい。ただし、金属汚染を原因とする不良を発生させうる半導体基板Ｓに対して無駄な処理をすることを避け、生産性を向上させるために、図２に示す製造方法は、有効領域１０にまだ回路パターンが形成されていない半導体基板Ｓに対して実施されることが好ましい。

まず、任意的な工程として、エッチング工程Ｓ１１０が実施される。エッチング工程Ｓ１１０では、採取領域２２の表面がエッチングされる。このエッチングによって採取領域２２における表層部分が除去され、新たな表面が露出する。この露出した表面の上には、除去された表層部分に含まれていた金属汚染物が残留しうる。採取領域２２のエッチング量は、例えば、深さ方向に１〜３μｍである。

図３には、エッチング工程Ｓ１１０において半導体基板Ｓをエッチングするための使用されうるエッチング装置２００が記載されている。エッチング装置２００は、第１噴射部２４２と、第２噴射部２７０とを有する。第１噴射部２４２は、半導体基板Ｓの周辺部、より具体的には採取領域２２に向けてエッチングガスを噴射する。第２噴射部２７０は、半導体基板Ｓの中心部から周辺部に向かって不活性ガス（例えば、窒素ガス）が流れるように該中心部に向けて不活性ガスを噴射する。エッチング装置２００は、第２噴射部２７０によって半導体基板Ｓの中心部から周辺部に向かう不活性ガスの流れを形成した状態で第１噴射部２４２からエッチングガスを噴射して採取領域２２のエッチングを行う。

図３に示す例では、第１噴射部２４２は、ノズル２４０に組み込まれている。ノズル２４０は、第１噴射部２４２の噴射口を取り囲むように構成されたリング状の吸引口２４４を有する。吸引口２４４を通して、第１噴射部２４２から噴射されたエッチングガス、該エッチングガスによる反応生成物、周辺空間のガスなどが吸引される。吸引口２４４が第１噴射部２４２の噴射口を取り囲むように配置されていることにより、第１噴射部２４２から噴射されたエッチングガスが周囲に拡散して半導体基板Ｓの意図しない領域(即ち、採取領域２２以外の領域）がエッチングされることが防止される。吸引口２４４は、真空源２５０に接続されていて、真空源２５０によって吸引口２４４を通してガスが吸引される。

第１噴射部２４２から噴射されるエッチングガスは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）および窒素酸化物（ＮＯｘ）を含みうる。図３に示す例では、第１供給源２１０からフッ化水素が供給され、第２供給源２２０から窒素酸化物が供給される。第１供給源２１０から供給されたフッ化水素と第２供給源２２０から供給された窒素酸化物とは、混合器２３０によって混合されて第１噴射部２４２に供給される。

第１供給源２１０は、例えば、フッ化水素酸２１２（例えば、４９％フッ化水素酸）から揮発したフッ化水素（ガス）をキャリアガス（例えば、窒素ガス）によって送り出す。第２供給源２２０は、フッ化水素酸（例えば、９％フッ化水素酸）と硝酸（例えば、３７％硝酸）との混合液２２２とシリコン片２２４との反応によって発生した窒素酸化物をキャリアガス（例えば、窒素ガス）によって送り出す。

ノズル２４０は、例えば、スライド機構２６０によって１軸方向（水平方向）に駆動されうる。半導体基板Ｓは、チャック２９２によって保持され、回転機構２９０によって回転駆動されうる。図３に示す例では、スライド機構２６０および回転機構２９０によって、ノズル２４０を半導体基板Ｓの採取領域２２に対して位置決めする位置決め機構が構成されている。

エッチング工程Ｓ１１０は、上記の他、例えば、特許文献２に記載された方法に従って実施されうる。

以下、再び図２を参照しながら説明を続ける。エッチング工程Ｓ１１０の後、採取工程Ｓ１２０において、半導体基板Ｓの非有効領域２０に含まれる採取領域２２から半導体基板Ｓの一部分が採取される。採取工程Ｓ１２０では、エッチング工程Ｓ１１０におけるエッチングによって露出した部分（採取領域２２）に薬液を接触させ、その後に該薬液を回収することによって、当該部分の上に残留する金属汚染物（半導体基板Ｓの一部分）を採取することができる。薬液としては、例えば、フッ化水素酸と過酸化水素２％水溶液との混合液を使用することができる。採取工程Ｓ１２０は、以上の方法の他、例えば、特許文献３に記載された方法に従って実施されうる。

次いで、分析工程Ｓ１３０では、採取工程Ｓ１２０で採取された半導体基板Ｓの一部分が分析される。ここで、採取工程Ｓ１２０で回収された薬液には、金属汚染物以外の残渣が含まれていて、これが分析に望ましくない影響を及ぼしうる。そこで、該薬液に王水を加えて水分がなくなるまで加熱（例えば、約６０〜９０℃）することで金属汚染物以外の残渣を取り除いてもよい。この残渣が取り除かれた金属汚染物にフッ化水素酸と過酸化水素２％水溶液との混合液を４ｍｌ加え誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）測定をすることで半導体基板Ｓに含まれる金属の種類、および該各金属の量（汚染量）を得ることができる。

次いで、判断工程Ｓ１４０において、分析工程Ｓ１３０における分析結果に基づいて半導体基板Ｓが良品であるかどうかが判断される。分析結果（金属の種類および各金属の量）が基準値を満たす場合は、半導体基板Ｓが良品であると判断され、該基準値を満たさない場合は、半導体基板Ｓが不良品であると判断される。

判断工程Ｓ１４０において半導体基板Ｓが良品と判断された場合には、処理工程Ｓ１５０が実施される。処理工程Ｓ１５０では、良品であると判断された半導体基板Ｓが処理されて有効領域１０に回路が形成される。これにより有効領域１０に半導体装置が形成される。処理工程Ｓ１５０は、例えば、フォトリソグラフィー工程、イオン注入工程、エッチング工程、成膜工程、ダイシング工程などを含みうる。

ここで、エッチング工程Ｓ１１０および採取工程Ｓ１２０の実施によって、図４（ａ）に模式的に示されるように、採取領域２２に凹部５０が形成されうる。凹部５０は、例えば、数μｍの深さを有しうる。半導体基板Ｓの表面に凹部５０が存在すると、半導体基板Ｓの処理（例えば、半導体基板Ｓへのフォトレジストの塗布）や操作（例えば、半導体基板Ｓの搬送、固定）において問題が発生する原因になりうる。

そこで、図４（ｂ）−（ｄ）に例示されるように、採取領域２２に膜４０を形成することによって半導体基板Ｓの表面を平坦化する平坦化工程を実施してもよい。

図４（ｂ）に示す工程では、採取領域２２に形成された凹部５０以外の領域がシリコン酸化膜等の保護膜３０で覆われる。図４（ｃ）に示す工程では、例えばエピタキシャル成長法により、凹部５０を埋めるように膜（シリコン膜）４０が形成される。ここで、膜４０の厚さは、半導体基板Ｓの表面が許容レベルまで平坦化されるようになされうる。図４（ｄ）に示す工程では、保護膜３０が除去される。なお、膜４０は、例えば、シリコン酸化膜などの絶縁膜であってもよい。この場合には、膜４０を、例えば、素子分離や層間絶縁膜を構成する有効領域１０に形成される絶縁膜と同時に形成することも出来る。

以上のように、この実施形態によれば、汚染が存在する半導体基板を処理して半導体装置が形成された後に当該半導体装置が当該汚染を原因とする不良品であると判断されることがなくなるので、不良品の発生が低減される。また、不良品が発生する可能性が高い半導体基板を無駄に処理することがなくなるので、生産性が向上する。

Claims (7)

1. 半導体装置の製造方法であって、
   回路が形成される有効領域と、回路が形成されない非有効領域とを含む半導体基板の前記非有効領域に含まれる採取領域から前記半導体基板の一部分を採取する採取工程と、
   前記採取工程で採取した前記一部分を分析する分析工程と、
   前記分析工程における分析結果に基づいて前記半導体基板が良品であるかどうかを判断する判断工程と、
   前記判断工程において前記半導体基板が良品と判断された場合に、当該判断がなされた前記半導体基板を処理して前記有効領域に回路を形成する処理工程と、を含む、
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記採取工程の前に、前記採取領域の表面をエッチングするエッチング工程を更に含み、前記採取工程では、前記エッチング工程におけるエッチングによって露出した部分に薬液を接触させ、その後に該薬液を回収する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記採取領域は、前記半導体基板の周辺部に配置され、
   前記エッチング工程は、前記半導体基板の中心部から前記周辺部に向けて不活性ガスを流しながら実施される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記エッチング工程では、フッ化水素および窒素酸化物を含むエッチングガスが使用される、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記処理工程は、前記採取領域に膜を形成することによって前記半導体基板の表面を平坦化する平坦化工程を含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記平坦化工程は、前記採取領域にエピタキシャル成長法によって前記膜を形成する工程を含む、
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 半導体基板をエッチングするエッチング装置であって、
   前記半導体基板の周辺部に向けてエッチングガスを噴射する第１噴射部と、
   前記半導体基板の中心部から前記周辺部に向かって不活性ガスが流れるように前記中心部に向けて前記不活性ガスを噴射する第２噴射部と、を備え、
   前記第２噴射部によって前記半導体基板の前記中心部から前記周辺部に向かう前記不活性ガスの流れを形成した状態で前記第１噴射部から前記エッチングガスを噴射して前記周辺部のエッチングを行う、
   ことを特徴とするエッチング装置。