JP4262859B2

JP4262859B2 - ウェハ表面周辺部のエッチング方法

Info

Publication number: JP4262859B2
Application number: JP2000117009A
Authority: JP
Inventors: 秀明八木
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2020-04-18
Also published as: JP2001308060A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの外周域（周辺部）の膜を選択的にエッチング除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置を構成する半導体素子の微細化および高密度化は依然として精力的に推し進められている。微細化については、現在では０．１８μｍ寸法で形成される半導体素子が半導体製品の量産で用いられようとしている。
【０００３】
このような中で、半導体素子を構成するために使用される材料は多岐にわたるようになっている。
【０００４】
例えば、配線間を接続するコンタクト孔に充填するタングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）のような高融点金属あるいはその窒化物、溝配線材料である銅（Ｃｕ）などは、半導体装置の製造で必須となっている。
【０００５】
上記のような材料は、半導体装置の製造プロセスにおいて、スパッタ法、化学気相成長（ＣＶＤ）法、メッキ法等で半導体ウェハ表面に成膜される。しかし、上記のような方法で成膜すると、上記の材料膜は半導体ウェハの裏面にも堆積される。このような半導体ウェハの裏面への成膜の回り込みは、ＣＶＤ等の成膜では一般的で、多結晶シリコン膜の成膜、シリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜のような絶縁膜の成膜でも従来から生じていた。
【０００６】
この半導体ウェハ裏面に堆積する上記のような膜は、通常、半導体装置の製造では不要なものである。そこで、半導体ウェハ裏面の堆積膜を簡便に除去するためのエッチング方法が種々に検討されている。その代表的な手法が、特開平７−０７４１４０号公報に記載されている。以下、図４に基づいて上記の公報に記載の技術について説明する。ここで、図４は、スピンエッチング法といわれるエッチングの模式図である。
【０００７】
図４に示すように、裏面を上にし水平に保持した半導体ウェハ１０１をウェハ保持用カップ１０２上に載置する。ここで、上記半導体ウェハ１０１は、数本のピン（図示せず）でウェーハ保持用カップ１０２に保持する。なお、ウェハ保持用カップ１０２と半導体ウェハ１０１の間には一定の隙間が形成される。
【０００８】
そして、図４に示すように、ウェハ保護用カップ１０２と半導体ウェハ１０１を高速回転させ、半導体ウェハ１０１の上方向よりエッチング液を供給する。同時に、ウェハ保護用カップ１０２内に設けたガス配管１０３を通して窒素（Ｎ₂ ）ガスを半導体ウェハ１０１の下方向より供給する。このようにして、ウェハ保持用カップ１０２と半導体ウェハ１０１間の上記隙間にＮ₂ ガスが流れる。
【０００９】
このようにして、エッチング液が半導体ウェハ裏面に垂直に供給され、このエッチング液は上記高速回転の遠心力で瞬時に半導体ウェハ裏面の全面に供給され、そして、半導体ウェハ裏面の不要な堆積膜が除去されるようになる。ここで、上記のＮ₂ ガスは、エッチング液が半導体ウェハ１０１表面に回り込むのを防いでいる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の製造プロセスでは、上述したような膜の一部が半導体ウェハから剥離することがある。特に上述したタングステン膜のような高融点金属膜は剥がれやすくパーティクルとなって、半導体装置の量産歩留まりを低下させる。そして、上述したように半導体装置が微細化し高性能化するに従い、量産歩留まりに影響するパーティクルの寸法は小さくなる。
【００１１】
上記のようなパーティクル発生を低減するためには、上述したような従来の技術で半導体ウェハ裏面の不要な膜を除去するだけでは不十分である。本発明者の詳細な検討では、半導体ウェハ表面の外周域（周辺部）に堆積した膜も剥がれる場合があり、この半導体ウェハ表面の堆積物を高い制御の下に除去することが必須となることが判明した。上述の従来の技術ではこのような要求に全く対応できない。
【００１２】
上記のような要求に対応するための技術が特開平１１−０５４４７９号公報に記載されている。この手法は、プラズマ放電を半導体ウェハの外周域にのみ発生させることにより、半導体ウェハ外周域に堆積した膜を選択的にエッチング除去するものである。
【００１３】
この手法であれば、上述した半導体ウェハ表面の周辺部と共に上記ウェハの面取り部（端部）に堆積する不要な膜を除去することが可能である。しかし、この方法は、上述した従来の技術に比べ非常に複雑となり、除去時間も長く半導体装置の量産プロセスとしては不適である。
【００１４】
本発明の目的は、簡便な手法で半導体ウェハの周辺部の堆積膜を高い制御性の下に除去する方法を提供し、量産レベルにおいてパーティクル発生を完全に防止できるようにすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、半導体ウェハ上に形成した堆積膜を選択的にエッチング除去する方法であって、その裏面を上にし水平にして半導体ウェハをウェハ保持体に保持し前記ウェハ保持体をスピン回転させ前記半導体ウェハの裏面側よりエッチング液を供給すると共に、複数種の流速の高圧ガスを交互に前記半導体ウェハの表面に供給する。ここで、前記複数種の流速の高圧ガスは一定の周期で流速が変化する。そして、前記高圧ガスの流速は２種類あるいは３種類である。あるいは、前記高圧ガスは不活性ガスである。
【００１６】
上記のエッチング方法で、前記半導体ウェハ裏面の全面と前記半導体ウェハ表面の所定の幅の外周域とに存在する堆積膜を選択的にエッチング除去する。ここで、前記流速あるいはその周期で前記半導体ウェハ表面の外周域の幅を制御する。そして、半導体ウェハ上の高融点金属膜あるいは銅膜を選択的にエッチング除去する。
【００１７】
本発明の特徴は、周期的に流速の変化する高圧ガスをエッチング処理時の半導体ウェハ表面に供給するところにある。この流速変化を起こすことで、半導体ウェハ裏面に供給したエッチング液の半導体ウェハ表面への回り込みが容易に制御できるようになり、エッチングするウェハ外周域の幅が高精度に可変できるようになる。
【００１８】
そして、上記のパーティクル発生を制御し完全に防止できるようなる。また、半導体装置の製造プロセスで銅等の重金属汚染を無くすることができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態について図１に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明のエッチング方法を説明するためのエッチング部の模式的断面図であり、図１（ｂ）は、エッチング時の条件を説明するためのグラフである。図１（ａ）に示した構造は、従来の技術で示したものを基本とし、非常に簡便な構造になっている。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、従来の技術で示したのと同様に、裏面を上にし水平に保持した半導体ウェハ１をウェハ保持体であるウェハ保持用カップ２上に載置する。ここで、半導体ウェハ１とウェハ保持用カップ２との間には一定の隙間が形成される。
【００２１】
そして、図１に示すように、ウェハ保護用カップ２と半導体ウェハ１を高速回転（スピン回転ともいう）させ、半導体ウェハ１の上方向よりエッチング液３を供給する。また、ウェハ保護用カップ２内に設けたガス配管４を通して高圧ガスであるＮ₂ ガスを半導体ウェハ１の下方向より供給する。
【００２２】
このようにして、エッチング液３が半導体ウェハ裏面に垂直に供給され、このエッチング液は上記高速回転の遠心力で瞬時に半導体ウェハ裏面の全面に供給され、そして、半導体ウェハ裏面の不要な堆積膜が除去される。
【００２３】
ここで、本発明では、このＮ₂ ガスの供給方法が従来の技術と全く異なり、図１（ｂ）に示すように２種類のガス流速を周期的に変化させる。すなわち、第１のガス流量５と第２のガス流量６とを交互に変える。ここで、第１のガス流量５は、図１（ａ）に示すようにマスフローコントローラＭ１で制御し、第２のガス流量６はマスフローコントローラＭ１で制御する。
【００２４】
例えば、８インチφの半導体ウェハ上にＣＶＤ法で堆積したタングステン膜を選択的に除去する場合について説明する。すなわち、半導体ウェハの裏面に付着したタングステンと、半導体ウェハの表面の周辺部５ｍｍに堆積したタングステン膜とを除去する場合には、エッチング液３としてフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮ₃ ）の混合した化学薬液が用いられる。そして、半導体ウェハ１を１５００ｒｐｍのスピン回転しその裏面に上述の化学薬液を供給する。同時に、Ｎ₂ ガスを半導体ウェハ１の下方向より供給する。このＮ₂ ガスの供給は次のようである。マスフローコントローラＭ１を開きマスフローコントローラメモリセルトランジスタ２を閉じて、３５０リットル（ｌ）／ｍｍとなる第１のガス流量５を５ｓｅｃ間、続けてマスフローコントローラＭ１を閉じマスフローコントローラＭ２を開き７０リットル／ｍｍとなる第２のガス流量６を１ｓｅｃ間、それぞれ交互に制御してＮ₂ ガスを供給する。このような方法で、上述した半導体ウェハの裏面に付着したタングステンと、半導体ウェハの表面の周辺部５ｍｍに堆積したタングステン膜とを制御よく除去することができる。
【００２５】
次に、図２に基づいて本発明の効果について説明する。ここで、図２（ａ）は、本発明によるエッチング処理後の半導体ウェハの表面を示し、図２（ｂ）は、本発明の効果の生じる機構を示す。以下、図１と同じものは同一符号で示す。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、本発明のエッチング処理後は、半導体ウェハ１表面に外周域７の領域を除いて堆積膜８が残される。このエッチング機構は、図２（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１の裏面側からエッチング液３が供給されると、上記スピン回転によりエッチング液３は半導体ウェハ１裏面を横方向に拡がる。ここで、半導体ウェハ１表面に供給されるＮ₂ ガスが図１（ｂ）で説明したように、第１のガス流量５と第２のガス流量６とに交互に変化すると、それに対応して図２（ｂ）に示すように第１のガス流９と第２のガス流１０とが交互に生じる。このようなガス流速の変化により、エッチング液３の一部が半導体ウェハ１の表面側に回り込む。すなわち、回り込みエッチング液３ａが生じる。この回り込みエッチング液３ａの量は、上述した第１のガス流量５と第２のガス流量６の流量値とその時間間隔とで決定される。本発明のエッチング処理では、上記のような本発明のエッチング機構から、半導体ウェハ１裏面および半導体ウェハ１の端部（面取り部）に付着する膜も同時に除去される。
【００２７】
そして、半導体ウェハ表面の外周域の堆積膜を高い制御性の下でエッチング除去できる。また、上記外周域の幅は、ガス流速あるいはその周期とで容易に制御できる。この効果は、本発明者が試行実験の中で初めて得た知見である。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図３に基づいて説明する。図３は本発明でエッチング処理での別のＮ₂ ガス流量変化を示すグラフである。以下の説明では、半導体装置に銅材料で溝配線を形成する場合に、半導体ウェハの裏面および半導体ウェハに外周域に付着した銅を完全に除去する例を示す。
【００２９】
基本的には第１の実施の形態で説明したエッチング方法である。ここで、図３に示すように、３種類の流量ガスを周期的に流す。すなわち、第１のガス流量５、第２のガス流量６および第３のガス流量１１に交互に変える。この場合には、３種類のマスフローコントローラがガス配管に並列に接続されている。
【００３０】
半導体ウェハ１上にメッキ法で堆積した銅を選択的に除去する場合について説明する。すなわち、半導体ウェハ１の裏面および端部に付着した銅と、半導体ウェハ１の表面の周辺部２ｍｍに堆積した銅膜とを除去する場合には、エッチング液としてＨＦ、過酸化水素（Ｈ₂ Ｏ₂ ）と純水（Ｈ₂ Ｏ）の化学薬液を用いる。そして、半導体ウェハ１に１０００ｒｐｍ回転数のスピン回転を与え、その裏面に上述の化学薬液を供給する。同時に、上述した３種類のガス流量でもってＮ₂ ガスを半導体ウェハ１の下方向より供給する。このようなエッチング処理で、上述した半導体ウェハ１の裏面とその端部に付着した銅と、半導体ウェハ１の表面の周辺部２ｍｍに堆積した銅膜とを制御よく除去することができる。
【００３１】
以降の工程では、図示しないが、半導体ウェハ１表面にパッシベーション絶縁膜を被覆し、溝配線の材料である銅が半導体ウェハの外部に拡散しないようにする。
【００３２】
このようにして、上記パッシベーション絶縁膜の堆積しない領域に付着する銅をエッチング除去することで、その他の半導体ウェハあるいは半導体製造ラインの銅による重金属汚染は完全に防止されるようになる。
【００３３】
以上の実施の形態では、タングステンと銅の材料を本発明の方法でエッチング除去する場合について説明した。本発明のエッチング方法は、その他の窒化チタン、多結晶シリコンあるいは絶縁膜の選択的除去にも同様に適用できるものである。
【００３４】
また、上記の実施の形態では、複数のマスフローコントローラで異なる種類のガス流量を生成したが、１つのマスフローコントローラでもって複数種のガス流量を生成してもよいことに言及しておく。
【００３５】
そして、最後に、上記外周域のエッチング領域の幅は、ガス流速とその周期の他にスピン回転数でも制御できることに触れておく。但し、この場合には高精度のスピン回転の制御が必要になる。
【００３６】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態が適宜変更され得ることは明らかである。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、半導体ウェハ上に形成した堆積膜を選択的に除去するエッチング方法であって、その裏面を上にし水平にして半導体ウェハをウェハ保持体に保持し上記ウェハ保持体をスピン回転させ上記半導体ウェハの裏面側よりエッチング液を供給する。そして、同時に、複数種の流速の高圧ガスを交互に半導体ウェハの表面に供給する。ここで、前記複数種の流速の高圧ガスは一定の周期で流速が変化する。
【００３８】
このようにして、半導体ウェハ裏面の全面と半導体ウェハ表面の所定の幅の外周域とに存在する堆積膜を選択的にエッチング除去する。ここで、ガス流速あるいはその周期の制御で上記の外周域の幅を可変にできる。
【００３９】
このような本発明の簡便なエッチング方法により、半導体ウェハの周辺部等の不要な領域に形成した堆積膜を選択的に高精度に除去できるようになる。そして、上述したようなパーティクル発生を完全に防止できるようなると共に、半導体装置の製造プロセスで銅等の重金属汚染を無くすることができるようになる。
【００４０】
そして、本発明は、半導体装置の微細化あるいは高性能化を量産レベルで促進すると共に半導体装置の量産歩留まりを向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるエッチング方法を説明するための模式図とガス流量の変化を示すグラフである。
【図２】本発明の効果を説明するための半導体ウェハ表面の平面図とエッチング機構を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態を説明するためのガス流量の変化を示すグラフである。
【図４】従来の技術を説明するためのエッチングの模式図である。
【符号の説明】
１，１０１半導体ウェハ
２，１０２ウェハ保護用カップ
３エッチング液
３ａ回り込みエッチング液
４，１０３ガス配管
５第１のガス流量
６第２のガス流量
７外周域
８堆積膜
９第１のガス流
１０第２のガス流
１１第３のガス流量
Ｍ１，Ｍ２マスフローコントローラ

Claims

半導体ウェハ上に形成した堆積膜を選択的にエッチング除去する方法であって、半導体ウェハをその裏面を上にし水平にしてウェハ保持体に保持し前記ウェハ保持体をスピン回転させ前記半導体ウェハの裏面側よりエッチング液を供給すると共に、複数種の流速の高圧ガスを交互に前記半導体ウェハの表面に供給することを特徴とするウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記複数種の流速の高圧ガスは、一定の周期で流速の変化する高圧ガスであることを特徴とする請求項１記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記高圧ガスの流速は２種類であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記高圧ガスの流速は３種類であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記高圧ガスは不活性ガスであることを特徴とする請求項１から請求項４のうち１つの請求項に記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記半導体ウェハ裏面の全面と前記半導体ウェハ表面の所定の幅の外周域とに存在する堆積膜を選択的にエッチング除去することを特徴とする請求項１から請求項５のうち１つの請求項に記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記流速あるいはその周期とで前記半導体ウェハ表面の外周域の幅を制御することを特徴とする請求項６記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。
前記堆積膜が高融点金属膜あるいは銅膜であることを特徴とする請求項１から請求項７のうち１つの請求項に記載のウェハ表面周辺部のエッチング方法。