JP2685596B2 - シリコンウェハのエッチング処理方法 - Google Patents

シリコンウェハのエッチング処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体製造工程におけるシリコンウェハのウ
ェットエッチングに係り、特にHF薬液を用いた清浄なエ
ッチング処理方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のHF薬液エッチング処理装置は、特開昭62−1951
30号公報に記載の様に薬液中に浮遊する微粒子異物を貯
槽方法の改善や薬液の供給系にフィルタを設けて薬液を
循環させ、捕集するという様に除去対象が微粒子異物だ
けであった。このため、薬液中に溶け込んでいる有害金
属イオンは除去することが出来ず、この有害金属イオン
がシリコンウェハ表面に吸着して半導体デバイス特性に
悪影響をおよぼしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術はHF薬液中に浮遊している微粒子異物を
効率よくフィルタに捕集させて除去するために処理槽の
他に貯液槽を設けて薬液を循環させている。しかし、こ
れは薬液中に浮遊している微粒子異物だけを対象とした
ものであり、HF薬液中に溶け込んでいる有害金属イオン
(Fe,Cu等)の除去について配慮がなされていなかっ
た。特にCuイオンは清浄なシリコン面に付着しやすいこ
とから、有害金属が溶け込んだままのHF薬液中でシリコ
ンウェハをエッチング処理すると有害金属イオンがシリ
コンウェハに吸着して、絶縁耐圧低下。リーク電流
増大。表面準位の増加。酸化膜中の固定電荷。等の
半導体デバイス特性へ悪影響をおよぼすという問題があ
った。
本発明の目的は、上記従来技術の問題点をなくしHF薬
液中に溶け込んだCuイオンをフィルタ中に分散,混入さ
せたシリコン粉に吸着させて除去して常に有害金属汚染
の無い清浄なHF薬液を供給し、エッチング処理すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明は、HF薬液供給系
に設けられたフィルタ中に粒径が200メッシュより微小
なシリコン粉を均一に分散して混入させる。そして、該
フィルタ中をHF薬液が繰り返し通過することでHF薬液中
に溶け込んでいる半導体デバイスにとって有害なCuイオ
ンがシリコン粉に吸着しHF薬液中から除去する様にした
ものである。
また、使用したHF薬液は循環ポンプにより循環され、
繰り返し該フィルタを通過することで常にCuイオン汚染
の無い、清浄なHF薬液を供給する様にしたものである。
さらに、該フィルタ中のシリコン粉に吸着したCuイオ
ンは、定期的に該フィルタに硝酸を通過させることで除
去出来、次にHF薬液を通過させることでシリコン粉表面
に清浄なシリコン面が露出して、常にCuイオン汚染のな
い清浄なHF薬液を連続的に供給出来る様にしたものであ
る。
〔作用〕
シリコンウェハのエッチングに用いるHF薬液は、エッ
チング処理槽に供給される前に供給系の中に配置された
フィルタを通過する。該フィルタ中には粒径が200メッ
シュより微小なシリコン粉が均一に分散し混入されてお
り、該フィルタ中をHF薬液が通過することでHF薬液中に
溶け込んでいるCuイオンがシリコン粉に吸着して除去さ
れる。この結果、常にCuイオン汚染のない清浄なHF薬液
を供給することが可能となる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
第1図は本発明によるシリコン粉混入フィルタをHF薬
液供給系に設置したHF薬液エッチング処理装置の構成図
である。
第2図は本発明の基本的な考え方となるウェハ表面の
物質(性質)とCu吸着量の関係を示した図である。
第3図は本発明によりシリコン粉を混入させたフィル
タ内部の拡大図である。また、このフィルタ内部でのHF
薬液の流れの方向を第4図に示す。
第5図は参考例としてフィルタに混入させるシリコン
粉の粒径を約2〜3mmと少し大きくした場合のCu汚染液
中のCu濃度変化を示した図である。本発明の実施例とし
てシリコン粉の粒径を200メッシュと小さくした場合のC
u汚染液中のCu濃度変化を第6図に示す。
第7図はフィルタを繰り返し使用してシリコン粉に吸
着したCuを硝酸により除去,再生する時のシリコンから
のCuの除去効果をシリコンウェハを汚染させて測定した
結果である。
そして、第8図には本発明によるHF薬液エッチング処
理装置でHF薬液を循環させて循環開始後の各時間に実際
にシリコンウェハを浸漬し、このシリコンウェハへのCu
吸着量の測定結果を示す。
この時、循環前と循環後のHF薬液にシリコンウェハを
浸漬し、シリコンウェハ表面へのCu吸着状態を第9図に
示す。
第1図に示す様にHF薬液エッチング処理槽1へ供給さ
れるHF薬液2はHF薬液供給系に設けられたシリコン粉混
入フィルタ6(HF薬液を用いるためフッ素樹脂製を使用
し、可能な限り微小なシリコン粉を均一に混入させたも
の。)を通過する。このとき、HF薬液2に溶け込んでい
るCuイオンがシリコン粉混入フィルタ6のシリコン粉16
に吸着して除去される。Cuイオンが吸着により除去され
たHF薬液2は、次に微粒子捕集用フィルタ7を通過して
HF薬液2の中に浮遊している微粒子異物やシリコン粉混
入フィルタ6から発生したシリコン粉が捕集除去され
る。この様にしてCuイオンや微粒子異物の除去された清
浄なHF薬液2はシリコンウェハ3の下側の配管(供給
口)4から供給されてシリコンウェハ3がエッチング処
理される。また、シリコンウェハ3のエッチング処理に
使用したHF薬液2の一部はオーバーフローして、大部分
は配管(吸入口)5から吸入される。吸入されたHF薬液
2は、循環ポンプ8により繰り返しシリコン粉混入フィ
ルタ6と微粒子捕集用フィルタ7を通過させることで常
にCuイオン汚染や微粒子汚染のない清浄なHF薬液2を供
給することが出来る。
さらに、繰り返し使用をしてCuイオンを充分に吸着捕
集したシリコン粉混入フィルタ6は、薬液供給系に設け
てあるバルブ9a,9cを閉めてバイパス10のバルブ9bを開
けることで供給系及び各フィルタ中のHF薬液2を排出す
ることが出来る。HF薬液2排出後の供給系にはバルブ9b
から硝酸を流入し、循環ポンプ8によりシリコン粉混入
フィルタ6と微粒子捕集用フィルタ7をバイパス10を介
して循環させる。この結果、シリコン粉混入フィルタ6
のシリコン粉に吸着したCuイオンが溶出してシリコン粉
表面から除去される。Cuイオンの溶出した硝酸はバルブ
9bから排出して、次にHF薬液を流入して同様の方法で循
環させる。この結果、シリコン粉混入フィルタ6のシリ
コン粉16表面に生成した酸化膜等が除去され清浄な活性
なシリコン面が露出してHF薬液2の中に溶け込んでいる
Cuイオンの除去が可能となる。その後、このHF薬液を排
出してバルブ9a,9b,9cを元の状態にもどして作動するこ
とで繰り返しイオン汚染の無い清浄なエッチング処理が
可能となる。
次に、第1図で説明した本発明装置の基本的な考え方
を第2図を用いて説明する。
第2図はHF薬液中で活性なシリコン面(以下Si面)と
シリコンの酸化膜面(以下SiO2面)及び窒化膜面(以下
SiN膜)へのCuの吸着量を各々Cu汚染濃度を変化させて
測定した結果である。この図からHF薬液中のCu濃度を増
加させると各膜面へのCu吸着量も増加傾向にあるのが分
かる。また、SiO2面やSiN面に比べてSi面への吸着量の
急激な増加が見られ、Si面が他の膜面よりもCuの吸着し
やすい事が分かる。
これはシリコンウェハ3をHF薬液中で処理するとシリ
コンウェハ3の表面に活性なSi面が露出することからHF
薬液中に溶け込んでいるCuイオンが時に吸着しやすい状
態にあると言える。このため、シリコンウェハ3のエッ
チングに用いるHF薬液はCu汚染の無い清浄なものでなけ
ればならない。そこで、第1図に示した本発明装置の様
に出来るだけ微小にして表面積を大きくしたCuの吸着し
やすいシリコン粉を均一に分散し混入させたシリコン粉
混入フィルタ6をHF薬液供給系に設置してHF薬液エッチ
ング処理槽1へ供給する前にCuをシリコン粉に全て吸着
させ、HF薬液エッチング処理槽1内でのシリコンウェハ
3へのCu汚染を防止する。また、エッチングの対象物は
シリコンウェハ3であるため、前段階で同じシリコンの
粉にCuを吸着させることでシリコンウェハ3へのCu汚染
を防止することが出来る。
この時のシリコン粉混入フィルタ6内の構造とHF薬液
の流れを第3図に示す。
シリコン粉混入フィルタ6の薬液流入口13から流入し
たHF薬液2は、HF薬液2との接触を出来るだけ多くする
ために微小なシリコン粉16を均一に分散し混入させた内
部フィルタ15の外側から流入して内部フィルタ15を通過
し、HF薬液2に溶け込んでいるCuはシリコン粉16に吸着
する。その後、内部フィルタ15の内側から流出したHF薬
液2は薬液流出口14から微粒子捕集用フィルタ7を通
り、HF薬液エッチング処理槽1へ供給され清浄なHF薬液
2によるシリコンウェハ3のエッチングが可能となる。
内部フィルタ15へのシリコン粉16の混入は第4図に示
す様に内部フィルタ15全体に均一に分散する事で効率よ
くCuが吸着される。この時シリコン粉16の粒径と吸着の
関係を調べるため、シリコン粉16の粒径を200メッシュ
と微小にして表面積を大きくした場合と粒径を2〜3mm
と比較的大きくした場合の汚染液中のCu濃度変化(シリ
コン粉16への吸着量)を第5図,第6図に示す。
第5図の参考例に示す様にシリコン粉16の粒径を2〜
3mmとした場合の汚染液中Cu濃度変化は小さく、約1時
間の処理でも1ppm程度までしか減少しなかった。これに
対し、第6図に示す様に同量のシリコン粉16の粒径を20
0メッシュと小さくして表面積を大きくした場合の汚染
液中のCu濃度変化は、処理後約3分で0.1ppmまで減少し
ており可成り大きい事が分かった。この結果、内部フィ
ルタ15に混入するシリコン粉16の粒径は出来るだけ微小
なものを用い、このシリコン粉16を均一に分散して混入
することでHF薬液2との接触を多く出来、HF薬液2の中
に溶け込んでいるCuを効率良く除去することが可能とな
る。
また、シリコン粉混入フィルタ6のシリコン粉16に吸
着したCuは硝酸により除去される。このシリコンから硝
酸によるCu除去効果を第7図に示す。
Cu汚染液に浸漬して汚染させたシリコンウェハ3を硝
酸に浸漬し、シリコンウェハ3上のCu吸着量変化を測定
すると第7図に示す様にシリコンウェハ3浸漬後1〜2
分でシリコンウェハ3上のCu吸着量は検出限界程度まで
除去された。この結果、シリコンウェハ3からCuは効率
良く除去されておりシリコン粉16からのCu除去に硝酸が
効果的であることが分かった。また、HF薬液2の交換を
12〜24時間で行った場合、シリコンウェハ3の処理によ
ってCu汚染が増加するとは考え難い事からHF薬液2交換
時に処理方法や処理量に応じて硝酸を数分間循環ポンプ
8で循環することでシリコン粉16のCuは溶出除去され、
その後HF薬液2を同様に循環させてシリコン粉16表面に
活性なSi面を露出させることが常にCu汚染のない清浄な
HF薬液が供給できる。さらに、HF薬液2交換後HF薬液2
を数分間循環させた後にHF薬液2を少量採取しモニタす
ることで、突発的な持ち込みによるシリコン粉混入フィ
ルタ6の劣化も防止することが可能となる。
最後に、本発明装置を用いて1ppmに汚染させたHF薬液
2にシリコンウェハ3を循環時間を追って浸漬させ、各
循環後の時間によるシリコンウェハ3へのCu吸着量の変
化を第8図に示し、このときのシリコンウェハ3へのCu
吸着状態を第9図に示す。
第8図に示す様に汚染液循環前に浸漬したシリコンウ
ェハ3へのCu吸着量に対し、循環後約5分でシリコンウ
ェハ3へのCu吸着量は検出限界近くまで減少しているの
が分かる。この結果から、HF薬液2交換後5〜10分循環
させることでシリコンウェハ3へのCu汚染のないHF薬液
2による清浄なエッチングが可能となる。また、この時
のシリコンウェハ3上のCu吸着状態を2次電子像(SE
像)で確認すると第9図(a)に示す様に循環前のシリ
コンウェハ3上の特定の場所(構造,欠陥)に点在して
吸着しているのが分かる。しかし、ここでも第9図
(b)に示す様に循環後の汚染液に浸漬したシリコンウ
ェハ3上にはCu吸着がほとんど確認されず、汚染液中の
Cuがシリコン粉混入フィルタ6中のシリコン粉16に効率
良く吸着されて清浄なエッチングがなされているのが分
かる。
この結果、本発明によるHF薬液エッチング処理槽1で
シリコンウェハ3の清浄なエッチングが出来、Cu吸着に
よる半導体デバイスへの悪影響を完全に防止出来る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、HF薬液槽に供給する前に粒径が200
メッシュより微小なシリコン粉を混入させたフィルタで
HF薬液中に溶け込んでいるCuイオンを吸着させて除去で
きるのでHF薬液エッチング処理槽内でのシリコンウェハ
へのCuイオンの吸着を防止することができる。
また、シリコンウェハへのCuイオン吸着による有害金
属イオン汚染が防止出来るため半導体デバイスの不良防
止対策に効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のHF薬液エッチング処理装置の構成図、
第2図は本発明の基本原理の説明図、第3図は本発明の
シリコン粉混入フィルタの内部構造図、第4図はフィル
タ内へのシリコン粉の混入状態を示した説明図、第5図
は参考例としてシリコン粉を大きくした場合のCu濃度変
化を示した説明図、第6図は本発明の実施例としてシリ
コン粉の粒径を200メッシュと微小にした場合のCu濃度
変化を示した説明図、第7図は硝酸によるCu除去効果を
示した説明図、第8図は本発明装置により清浄にしたHF
薬液に浸漬したシリコンウェハへのCu吸着量変化を示し
た説明図、第9図はCu吸着状態を示した説明図である。 1…HF薬液エッチング処理槽、2…HF薬液、3…シリコ
ンウェハ、4…配管(供給口)、5…配管(吸入口)、
6…シリコン粉混入フィルタ、7…微粒子捕集用フィル
タ、8…循環ポンプ、9a…バルブ、9b…バルブ、9c…バ
ルブ、10…バイパス、11…Si面上へのCu吸着量、12…Si
O2,Si3N4面上へのCu吸着量、13…薬液流入口、14…薬
液流出口、15…内部フィルタ、16…シリコン粉、17…Cu
濃度変化(Si粒径:2〜3mm)、18…Cu濃度変化(Si粒径:
200メッシュ)、19…硝酸へ浸漬によるウェハ上Cu吸着
量変化、20…HF薬液循環によるウェハ上Cu吸着量変化、
21…吸着Cu。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 正博 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−62476(JP,A) 特開 昭56−45032(JP,A) 特開 昭52−108349(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】HF薬液をエッチング処理槽に供給しこのエ
    ッチング処理槽にシリコンウェハを浸漬させてシリコン
    ウェハをエッチング処理するシリコンウェハのエッチン
    グ処理方法において、上記エッチング処理槽へのHF薬液
    の供給系に粒径が200メッシュより小さいシリコン粉を
    混入したフィルタを設けHF薬液をこのフィルタを通過せ
    しめて上記エッチング処理槽へ供給しシリコンウェハを
    エッチング処理することによりHF薬液の供給系の上記フ
    ィルタでHF薬液に溶け込んでいる有害金属イオンを吸着
    除去するとともに、上記フィルタから上記エッチング処
    理槽に到るHF薬液の供給系の途中にHF薬液を排出しかつ
    硝酸を流入するバイパス系を設け上記フィルタに吸着し
    た有害金属イオンを溶出除去し、次にHF薬液を供給して
    エッチング処理槽でシリコンウェハをエッチング処理す
    ることを特徴とするシリコンウェハのエッチング処理方
    法。
JP1239934A 1989-09-18 1989-09-18 シリコンウェハのエッチング処理方法 Expired - Lifetime JP2685596B2 (ja)

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