JPH09129624A - アルカリ溶液の純化方法及び半導体ウェーハのエッチ ング方法 - Google Patents
アルカリ溶液の純化方法及び半導体ウェーハのエッチ ング方法Info
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Abstract
ンを低コストで極めて効率よく非イオン化することを可
能としたアルカリ溶液の純化方法ならびにこの純化され
たアルカリ溶液を用いて半導体ウェーハの品質を劣化さ
せることなくエッチングを行なうことを可能とした半導
体ウェーハのエッチング方法を提供する。 【解決手段】 金属シリコン及び/又はシリコン化合物
をアルカリ溶液中に溶解し、このとき発生する反応生成
物によりアルカリ溶液中の金属イオンを非イオン化す
る。
Description
金属不純物イオンを効果的に非イオン化または除去する
アルカリ溶液の純化方法及びその純化されたアルカリ溶
液を用いて半導体ウェーハの品質を劣化させることなく
エッチングを行なうことを可能とした半導体ウェーハの
エッチング方法に関する。
結晶引上装置によって引き上げられた単結晶インゴット
をスライスして薄円板状のウェーハを得るスライス工程
と、該スライス工程によって得られたウェーハの割れや
欠けを防ぐためにその外周エッジ部を面取りする面取り
工程と、面取りされたウェーハをラッピングしてこれを
平面化するラッピング工程と、面取り及びラッピングさ
れたウェーハに残留する加工歪を除去するエッチング工
程と、エッチングされたウェーハ面を研磨する研磨工程
と、研磨されたウェーハを洗浄してこれに付着した研磨
剤や異物を除去する洗浄工程とを有している。
ング処理には、混酸(フッ酸、硝酸、酢酸の混合液を使
用)等の酸エッチング液を用いる酸エッチングと、水酸
化ナトリウム溶液等のアルカリエッチング液を用いるア
ルカリエッチングとがある。
度が速くそのためウェーハを均一にエッチングすること
が難しく、ウェーハの平坦度を悪化させるという問題が
あった。そのため最近では、エッチング速度が遅くても
均一なエッチングができるため、ウェーハの平坦度を悪
化させないアルカリエッチング(水酸化ナトリウム溶
液、水酸化カリウム溶液、アルキル水酸化アンモニウム
溶液等を使用)が多く用いられている。
ングにおいては、金属不純物濃度の高い市販の工業用ア
ルカリ溶液がそのまま用いられている。一般に用いられ
る工業用グレードのアルカリ溶液に金属不純物が多く含
まれていることはいうまでもないが、半導体ウェーハの
エッチングに用いられる電子工業用グレードのアルカリ
溶液であっても数十ppb 〜数ppm の金属不純物を含んで
いるのが現状である。
してはニッケル、クロム、鉄、銅があげられるが、アル
カリ溶液の製造工程で使われているステンレスの材料で
あるニッケル、クロム、鉄が特に多く含まれている。
カリ溶液を用いて半導体ウェーハのエッチングを行った
場合、これらの金属不純物はウェーハ表面のみを汚染し
ていると考えられていた。そのため、その後に酸洗浄を
行うことにより、ウェーハ表面に付着した金属不純物は
十分に除去されると判断され、したがって、アルカリエ
ッチング溶液中の金属不純物の存在はウェーハ品質にも
特に重大な影響はないというのが当業界の常識であっ
た。
いて長年の間研究を続けている。最近の本発明者らの研
究成果によれば、上記した当業界の常識に反し、アルカ
リエッチング溶液中に存在する銅、ニッケル等の一部の
金属不純物の金属イオンは驚くべきことにアルカリエッ
チング中にウェーハ内部深くに拡散し、ウェーハ品質を
劣化せしめ、該ウェーハによって形成された半導体デバ
イスの特性を著しく低下させるという事実が明らかとな
った。
起因するウェーハ品質の劣化を防ぐための対策としては
高純度のアルカリ溶液を用いることが考えられる。しか
し、市販のアルカリ溶液で高純度のものは、極めて高価
な分析用グレードのアルカリ溶液だけであり、これを工
業用として用いることはコスト的に全く見合わないもの
であった。
た従来技術の問題点を解決すべく、鋭意研究を行った結
果、アルカリ溶液中に存在する不純物金属イオンを簡単
な手法で非イオン化できることを見い出し、さらにこの
金属イオンの非イオン化又は金属イオンの除去を行なっ
たアルカリ溶液を用いて半導体ウェーハのエッチングを
行なった場合、物理的に金属不純物が存在していてもウ
ェーハ品質の劣化が惹起されないという驚嘆すべき事実
を見い出し本発明を完成したものである。
特に金属イオンを低コストで極めて効率よく非イオン化
することを可能としたアルカリ溶液の純化方法ならびに
この純化されたアルカリ溶液を用いて半導体ウェーハの
品質を劣化させることなくエッチングを行なうことを可
能とした半導体ウェーハのエッチング方法を提供するこ
とを目的とする。
に、本発明のアルカリ溶液の純化方法の第1の態様は、
金属シリコン及び/又はシリコン化合物をアルカリ溶液
中に溶解し、このとき発生する水素またはシリケート等
の反応生成物によりアルカリ溶液中の金属イオンを非イ
オン化することを特徴とする。
ン及び単結晶シリコンを挙げることができ、これらは単
独で用いてもよいし、混合して用いることもできる。
シリケートを挙げることができ、これらも単独又は混合
状態のどちらで用いてもよい。
化合物はコスト的に見合う範囲で高純度なものを使用す
るのが好ましい。
が達成される限り特別の限定はないが、0.2g/リッ
トル以上が好適である。この溶解量が少なすぎると本発
明の効果の達成が充分でなくなり、溶解量が多すぎると
経済的観点からも不利である。
明の効果が達成される限り特別の限定はないが、含まれ
るSiの重量が5g/リットル以上が好適である。この
溶解量が少なすぎると本発明の効果の達成が充分でなく
なり、溶解量が多すぎると経済的観点からも不利であ
る。
態様は、水素ガスをアルカリ溶液中に溶解することによ
ってアリカリ溶液中の金属イオンを還元することにより
非イオン化することを特徴とする。
の第1の態様は、アルカリ溶液中の金属イオンを非イオ
ン化することによりアルカリ溶液の純化処理を行ない、
この純化処理を受けたアルカリ溶液を用いて半導体ウェ
ーハをエッチングすることを特徴とする。
記したアルカリ溶液の純化方法の各種態様によって行な
えばよい。
の第2の態様は、アルカリ溶液中の金属イオンの除去処
理を行ない、この金属イオン除去処理を受けたアルカリ
溶液を用いて半導体ウェーハをエッチングすることを特
徴とする。
樹脂によって行なうことができ、特に、キレート樹脂が
好適に用いられる。
ついても特別の限定はないが、従来から半導体ウェーハ
のアルカリエッチング溶液として広く用いられている水
酸化ナトリウム溶液又は水酸化カリウム溶液をあげるこ
とができる。
されるアルカリ溶液中の不純物金属イオンとしては、ニ
ッケルイオン、銅イオン、クロムイオン、鉄イオン等が
あるが、このうち特にシリコン結晶中での拡散速度の大
きいニッケルイオン及び銅イオンを非イオン化又は除去
するのが半導体ウェーハの品質の観点から重要である。
いられるアルカリ溶液中の金属イオン濃度は、50ppb 以
下、好ましくは20ppb 以下、さらに好ましくは10ppb 以
下に制限するのが好適であり、このような濃度制限によ
り、本発明の効果がより良好に達成される。
ルカリ溶液中の不純物金属イオンを非イオン化又は除去
することを意味するものである。アルカリ溶液中に不純
物金属が物理的に又は固体の状態で存在していても、金
属イオン状態で存在しなければ、本発明でいう純化状態
である。即ち、アルカリ溶液中に固体の不純物金属が存
在していても、不純物金属イオンとして存在しない限
り、半導体ウェーハのエッチングによるウェーハの品質
劣化は発生しない。この反対に、アルカリ溶液中に固体
の不純物金属が全く存在せず、金属イオン状態として存
在する場合には、このアルカリ溶液を用いて半導体ウェ
ーハのエッチングを行うと、ウェーハ品質の劣化が引き
起こされてしまうのである。
純物金属イオンの存在がアルカリエッチングによる半導
体ウェーハの品質劣化に大きく影響することを見出した
こと、アルカリ溶液中の金属イオンの非イオン化等の
純化の手法として極めて簡便な方法を見出したこと、
この純化したアルカリ溶液によって半導体ウェーハのエ
ッチングを行うと、ウェーハ品質の劣化が発生しないこ
とを見出したこと、の3つの発明的成果によって成り立
っている。
に説明する。
トリウム溶液の高純度化 水酸化ナトリウム溶液(45%、20リットル、80℃) に半導
体グレードの粒状の多結晶シリコン200gを投入し、投入
前、投入10分後、20分後、30分後、60分後に水酸化ナト
リウム溶液を10mlづつサンプリングし、45倍に希釈し、
鉄イオン及びニッケルイオンの濃度をイオンクロマトグ
ラフ法により分析した。その結果を図1に示した。図1
から明らかなように鉄イオン、ニッケルイオン共に低減
するが特にニッケルイオンは良好に低減または非イオン
化されることがわかった。なお、図中、N.D.は検出
限界以下を意味する略号である。
トリウム溶液の高純度化 水酸化ナトリウム溶液(45%、20リットル、80℃) に200m
m φの単結晶シリコンウェーハ10枚を投入し、投入
前、投入10分後、20分後、30分後、40分後、60分後に水
酸化ナトリウム溶液を10mlづつサンプリングし、45倍に
希釈し、鉄イオン及びニッケルイオンの濃度をイオンク
ロマトグラフ法により分析した。その結果を図2に示し
た。図2から明らかなように鉄イオン、ニッケルイオン
共に低減するが特にニッケルイオンは良好に低減または
非イオン化されることがわかった。
トリウム溶液の高純度化 水酸化ナトリウム溶液(45%、20リットル、80℃) に半導
体グレードの粒状の多結晶シリコンを200g投入し、投入
前、投入1分後に水酸化ナトリウム溶液を10mlづつサン
プリングし、また投入した多結晶シリコンを回収した。
水酸化ナトリウム溶液は45倍に希釈しイオンクロマトグ
ラフ法により分析した。多結晶シリコンは重量を測定
し、溶解量を算出した。上記の実験を3分、5分、10
分についてそれぞれ行った。その結果を図3に示した。
図3から明らかなように多結晶シリコンの少量を溶解す
るだけで水酸化ナトリウム溶液中のニッケルイオン量が
急激に減少することがわかった。
溶液の高純度化 水酸化ナトリウム溶液(45%、2 リットル、25℃) にシリ
カを1重量%溶解し、水酸化ナトリウム溶液を10mlずつ
サンプリングし、45倍に希釈し、イオンクロマトグラフ
法により分析した。その結果をシリカ溶解前と比較して
図4に示した。図4の結果から明らかなごとく、シリカ
の添加によってニッケルイオン濃度及び鉄イオン濃度が
大幅に低下することがわかった。
ウム溶液の高純度化 水酸化ナトリウム溶液(45%、2 リットル、25℃) にソジ
ウムシリケート(Na2SiO3) を各濃度添加し、それぞれ水
酸化ナトリウム溶液を10mlずつサンプリングし、45倍に
希釈し、イオンクロマトグラフ法により分析した。その
結果を図5に示した。図5の結果から明らかなごとく、
シリケートの添加によって水酸化ナトリウム溶液中のシ
リケート(SiO3 2-) イオン濃度が上るにつれニッケルイ
オン濃度が大きく低下することがわかった。
ム溶液の高純度化 水酸化ナトリウム溶液(45%、20 リットル、80℃)に水素
ガスを0.5 リットル/分で吹き込み、実験前及び20時間
後にそれぞれ水酸化ナトリウム溶液を10mlづつサンプリ
ングし、45倍に希釈し、鉄イオン及びニッケルイオンの
濃度をイオンクロマトグラフ法により分析した。その結
果を図6に示した。図6から明らかなように鉄イオン、
ニッケルイオン共に低減するが特にニッケルイオンは良
好に除去されることがわかった。
化した水酸化ナトリウム溶液によるエッチング 水酸化ナトリウム溶液(45%、20リットル、80℃) に半導
体グレードの粒状の多結晶シリコンを200g投入し、1 時
間放置後ウェーハをエッチングしウェーハの汚染量を調
べた。実験条件は以下の通りである。
ップウェーハ アルカリエッチング 水酸化ナトリウム溶液(45% 水溶液、温度80℃、10分
間、多結晶シリコン溶解液) 水洗(25 ℃、3 分間) 塩酸過酸化水素水洗浄(80 ℃、3 分間) 水洗(25 ℃、3 分間) 乾燥(IPA蒸気による、81.5℃、1 分間) 実験槽(いずれも共通) 大きさ(mm) 280×280 ×300H 容量 20 リットル 材質 石英 塩酸過酸化水素溶液の組成:塩酸水溶液:過酸化水素
水:水=1:1:10(体積比)、(塩酸水溶液36重
量パーセント、過酸化水素水30重量パーセントを使
用)
評価は次のように行なった。ウェーハの片面にサンドブ
ラスト処理を行い、600 ℃で熱酸化を行った後サンドブ
ラスト処理を行った面の熱酸化膜をフッ酸蒸気で気相分
解し、これをフッ酸を含む液滴で回収し、ICP-MS(誘導
結合プラズマ質量分析)法により分析した。
た水酸化ナトリウム溶液によってエッチングした場合の
結果とともに図7に示した。図7から明らかなように、
多結晶シリコン溶解後の水酸化ナトリウム溶液によって
エッチングしたウェーハ上のニッケル濃度は大幅に低下
していることが確認できた。
化した水酸化ナトリウム溶液によるエッチング 水酸化ナトリウム溶液(45%、20リットル、80℃) にシリ
コンウェーハ(単結晶シリコン)を200g投入し、60分放
置後ウェーハを実施例7と同様の条件でエッチングしウ
ェーハの汚染量を実施例7と同様に調べた。その結果を
シリコンウェーハ溶解前と比較して図8に示した。図8
から明らかなように、シリコンウェーハ溶解後の水酸化
ナトリウム溶液によってエッチングしたウェーハ上のニ
ッケル濃度は大幅に低下していることがわかった。
化ナトリウムによるエッチング 水酸化ナトリウム溶液(45%、20リットル、80℃) にシリ
カを200g投入し、60分放置後ウェーハを実施例7と同様
の条件でエッチングしウェーハの汚染量を実施例7と同
様に調べた。その結果をシリカ溶解前と比較して図9に
示した。図9から明らかなように、シリカ溶解後の水酸
化ナトリウム溶液によってエッチングしたウェーハ上の
ニッケル濃度は大幅に低下していることがわかった。
した水酸化ナトリウム溶液によるエッチング 水酸化ナトリウム溶液(45%、2 リットル、25℃) にソジ
ウムシリケート(Na2SiO3) を各濃度添加し、それぞれウ
ェーハを実施例7と同様の条件でエッチングしウェーハ
の汚染量を実施例7と同様に調べた。その結果を図10
に示した。図10から明らかなように、シリケートの溶
解量が大となり、シリケート(SiO3 2-)イオン濃度が上
るにしたがってエッチングしたウェーハ上のニッケル濃
度は大幅に低下することが確認できた。
ナトリウム溶液の高純度化及びエッチング 水酸化ナトリウム溶液(45%、25℃) 20リットルをイオン
交換樹脂(IRC−718、オルガノ株式会社製キレー
ト樹脂の商品名)のカラムを通して循環(循環量2リッ
トル/ 分)し、実験前、循環30分、60分、24時間後にそ
れぞれ水酸化ナトリウム溶液を10mlづつサンプリング
し、45倍に希釈し、鉄イオン及びニッケルイオンの濃度
をイオンクロマトグラフ法により分析した。
らかなように鉄イオン、ニッケルイオン共に低減するが
特にニッケルイオンは良好に除去されることがわかっ
た。この純化した水酸化ナトリウム溶液を用いて実施例
7と同様の条件でウェーハのエッチングを行ない、ウェ
ーハの汚染量を実施例7と同様に調べたところウェーハ
上のニッケル濃度は大幅に低下していることを確認し
た。
ェーハ上のNi,Cu,Fe濃度と水酸化ナトリウム溶液中の濃
度の対応 サンプル CZ P 型<100>0.005〜0.010 Ω-cm 200mm φラ
ップウェーハ
間) 水洗(25 ℃、3 分間) 塩酸過酸化水素水洗浄(80 ℃、3 分間) 水洗(25 ℃、3 分間) 乾燥(IPA蒸気による81.5℃、1 分間) 実験槽(いずれも共通) 大きさ(mm) 280×280 ×300H 容量 20 リットル 材質 石英 塩酸過酸化水素溶液の組成:塩酸水溶液:過酸化水素
水:水=1:1:10(体積比)、(塩酸水溶液36重
量パーセント、過酸化水素水30重量パーセントを使
用)
ーハの片面にサンドブラスト処理を行い、600 ℃で熱酸
化を行った後サンドブラスト処理を行った面の熱酸化膜
をフッ酸蒸気で気相分解し、これをフッ酸を含む液滴で
回収し、ICP-MS(誘導結合プラズマ質量分析)法により
分析した。
測定:ウェーハ処理前に水酸化ナトリム溶液を10mlサン
プリングし、45倍に希釈し、イオンクロマトグラフ法に
より分析した。上記した各測定結果を図12(Ni 濃度)
、図13(Cu 濃度) 及び図14(Fe 濃度) に示した。
図12〜14から明らかなごとく、水酸化ナトリム溶液
中の金属イオン濃度の増加とともにウェーハ上の金属濃
度も増大し、特にNi及びCuは急激に増大することが判明
した。
が10ppb 以下になれば、ウェーハ上の金属もほとんど存
在しなくなることも確認した。さらに、水酸化ナトリウ
ム溶液中の許容される金属濃度としては、50ppb 以下で
あればウェーハ上の金属汚染もそれほど大とならないこ
とが確認できたが、20ppb 以下であればさらに好まし
く、10ppb 以下であれば最も好ましいことも確認した。
液の純化方法によれば、アルカリ溶液中の金属イオン
(ニッケル、鉄、銅等)が簡単な操作によって低コスト
で大幅に低減される利点がある。また、本発明の半導体
ウェーハのエッチング方法によれば、金属イオン濃度の
低下したアルカリ溶液によるエッチングを行なうことに
より半導体ウェーハのエッチングによる金属汚染量が大
幅に低減され、ウェーハ品質の劣化もなく、半導体デバ
イスの特性の劣化もなくなるという効果が達成される。
時間と水酸化ナトリウム溶液中の鉄イオン濃度及びニッ
ケルイオン濃度の関係を示すグラフである。
時間と水酸化ナトリウム溶液中の鉄イオン濃度及びニッ
ケルイオン濃度の関係を示すグラフである。
酸化ナトリウム溶液中のニッケルイオン濃度の関係を示
すグラフである。
化ナトリウム溶液中の鉄イオン濃度及びニッケルイオン
濃度の関係を示すグラフである。
ナトリウム溶液中のニッケルイオン濃度の関係を示すグ
ラフである。
ナトリウム溶液中の鉄イオン濃度及びニッケルイオン濃
度の関係を示すグラフである。
した水酸化ナトリウム溶液によってエッチングした場合
のウェーハ上のニッケル濃度を純化しない水酸化ナトリ
ウム溶液によってエッチングした場合とともに示すグラ
フである。
した水酸化ナトリウム溶液によってエッチングした場合
のウェーハ上のニッケル濃度を純化しない水酸化ナトリ
ウム溶液によってエッチングした場合とともに示すグラ
フである。
化ナトリウム溶液によってエッチングした場合のウェー
ハ上のニッケル濃度を純化しない水酸化ナトリウム溶液
によってエッチングした場合とともに示すグラフであ
る。
した水酸化ナトリウム溶液によってエッチングした場合
のウェーハ上のニッケル濃度を純化しない水酸化ナトリ
ウム溶液によってエッチングした場合とともに示すグラ
フである。
酸化ナトリウム溶液の高純度化において、水酸化ナトリ
ウム溶液の循環時間と水酸化ナトリウム溶液中の鉄イオ
ン、ニッケルイオンの関係を示すグラフである。
たウェーハ上のニッケル濃度と水酸化ナトリウム溶液中
のニッケルイオン濃度との関係を示すグラフである。
たウェーハ上の銅濃度と水酸化ナトリウム溶液中の銅イ
オン濃度との関係を示すグラフである。
たウェーハ上の鉄濃度と水酸化ナトリウム溶液中の鉄イ
オン濃度との関係を示すグラフである。
Claims (17)
- 【請求項1】 金属シリコン及び/又はシリコン化合物
をアルカリ溶液中に溶解し、このとき発生する反応生成
物によりアルカリ溶液中の金属イオンを非イオン化する
ことを特徴とするアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項2】 前記金属シリコンが、多結晶シリコン及
び/又は単結晶シリコンであることを特徴とする請求項
1記載のアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項3】 前記シリコン化合物がシリカ及び/又は
シリケートであることを特徴とする請求項1記載のアル
カリ溶液の純化方法。 - 【請求項4】 前記金属シリコンの溶解量が0.2g/
リットル以上であることを特徴とする請求項1又は2記
載のアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項5】 前記シリコン化合物中に含まれるSiの
溶解量が5g/リットル以上であることを特徴とする請
求項1又は3記載のアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項6】 水素ガスをアルカリ溶液中に溶解するこ
とによってアルカリ溶液中の金属イオンを非イオン化す
ることを特徴とするアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項7】 前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム又
は水酸化カリウム溶液であることを特徴とする請求項1
〜6のいずれか1項記載のアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項8】 前記金属イオンが銅イオン及び/又はニ
ッケルイオンであることを特徴とする請求項1〜7のい
ずれか1項記載のアルカリ溶液の純化方法。 - 【請求項9】 アルカリ溶液中の金属イオンを非イオン
化することによりアルカリ溶液の純化処理を行ない、こ
の純化処理を受けたアルカリ溶液を用いて半導体ウェー
ハをエッチングすることを特徴とする半導体ウェーハの
エッチング方法。 - 【請求項10】 前記アルカリ溶液の純化処理を請求項
1〜8のいずれか1項記載のアルカリ溶液の純化方法に
よって行なうことを特徴とする請求項9記載の半導体ウ
ェーハのエッチング方法。 - 【請求項11】 アルカリ溶液中の金属イオンの除去処
理を行ない、この金属イオン除去処理を受けたアルカリ
溶液を用いて半導体ウェーハをエッチングすることを特
徴とする半導体ウェーハのエッチング方法。 - 【請求項12】 前記金属イオンの除去処理を、イオン
交換樹脂によって行なうことを特徴とする請求項11記
載の半導体ウェーハのエッチング方法。 - 【請求項13】 前記イオン交換樹脂がキレート樹脂で
あることを特徴とする請求項12記載の半導体ウェーハ
のエッチング方法。 - 【請求項14】 前記アルカリ溶液が水酸化ナトリウム
又は水酸化カリウム溶液であることを特徴とする請求項
9〜13のいずれか1項記載の半導体ウェーハのエッチ
ング方法。 - 【請求項15】 前記金属イオンが銅イオン及び/又は
ニッケルイオンであることを特徴とする請求項9〜14
のいずれか1項記載の半導体ウェーハのエッチング方
法。 - 【請求項16】 前記金属イオン濃度を50ppb 以下とし
たアルカリ溶液を用いることを特徴とする請求項9〜1
5のいずれか1項記載の半導体ウェーハのエッチング方
法。 - 【請求項17】 前記半導体ウェーハが半導体シリコン
ウェーハであることを特徴とする請求項9〜16のいず
れか1項記載の半導体ウェーハのエッチング方法。
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