JPS5839377B2 - シリコンウエ−ハの処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はシリコンウェーハの処理方法に関する。

従来、シリコンウェーハはラッピング、エツチング、メ
カノケミカルボリジングで仕上げる方法が採られる。

特に最終に行うメカノケミカルボリジングは細かい砥粒
をアルカリ加工液に分散させた研摩剤を工具の人工皮革
に供給し、この研摩剤を介してシリコンウェーハを前記
工具にすり付ける方法であり、これによりシリコンウェ
ーハハ鏡面を有するようになる。

しかし、この後、シリコンウェーハを１１００〜１２０
０℃の水蒸気の存在する酸化雰囲気内で１〜２時間の熱
酸化をしたあと、シリコンウェーハ表面に生成した酸化
膜を弗酸水溶液で溶出し、Ｈ２Ｏ（６０ｃｃ）、ＣｒＯ
３５モル溶液（３０ｃｃ）ＨＦ（６０ｃｃ）、ＣＨ３Ｃ
００Ｈ（６０ｃ ｃ ）、ＨＮＯ３（３０ｃ ｃ ）、
Ｃｕ （ＮＯ２）２ （２ｇ）を組成とするライト液で
エツチングして研摩面に現われる積層欠陥数を評価する
加工欠陥検査法を行うと１００個／ｃｒＩＬ２以上の積
層欠陥数が確認される。

それ故、研摩後の処理法として、一般には酸性液で直接
エツチングするか、あるいは酸化膜を一旦形成しこの酸
化膜をエツチングして加工欠陥層を除去する方法が採ら
れる。

しかし、これらの方法はいずれも鏡面の表面あらさを劣
化させたり、また湿式条件であることから汚染の発生を
免れなかった。

一方、研摩後の処理法として、ＣＦ４ガスを用いるプラ
ズマ中に反応性のイオンを生成してシリコンウェーハに
照射する方法があり、この方法はたとえばＡｒガスのプ
ラズマと比較して化学反応が重畳し単位時間当りの加工
量が増加する。

しかしシリコンウェーハの表面あらさが劣化し、筐た表
面にＦ原子がとじ込められ、このシリコンウェーハから
製品化される半導体部品が所定の電気特性を示されない
といったことが起る。

この発明は０２ガスとＣＦ、ガスとの混合ガスを用いた
プラズマにより研摩後の処理を行うもので、その目的は
表面あらさの劣化、表面汚染を防ぐとともに加工能率を
高めたシリコンウェーハの処理方法を提供するものであ
る。

以下、実施例を用いてこの発明の詳細な説明する。

第１図はこの発明に係るシリコンウェーノ・の処理方法
に使用される装置の一例である高周波スパッタエツチン
グ装置の構成図である。

同図にち・いて、ステンレス製真空室１があり、この真
空室１にはＣＦ４と０２の混合ガスの供給孔１ａと排気
孔１ｂとを有する。

そして、前記真空室１内には上電極２及び下電極３が対
向して配置されている。

前記上電極２は真空室１を介して接地され、前記下電極
３には高周波電源４からの高周波電圧がインピーダンス
整合回路５を介して印加されるようになっている。

なち−１前記高周波電源４は出力端子の一方が接地され
他方は負の波形をもつ高周波電圧が前記インピーダンス
整合回路５に出力される。

そして下電極３は一般には金属面の露出を避けるために
ＳｉＯ２セラミックがコーチイブされ、シリコンウェー
ハ６を載置するための試料台として使用される。

このような構成からなる高周波スパッタエツチング装置
に釦いて、供給孔、１ａへ流入させるＣＦ４と０２の混
合ガス量と排気孔１ｂから排気する（図示せぬ真空ポン
プで行う）ＣＦ。

と０２の混合ガス量によって真空室１内の混合ガス圧を
所定値に維持し、上電極２及び下電極３間に電圧を印加
することによって、プラズマ７を発生させこれによりシ
リコンウェーハ６の表面をスパッタエツチングしその後
クリーニングする。

次に本発明の一実施例を説明するＣＦ４と０２の混合ガ
スはＣＦ、に対して０２を０〜５０％の割合たとえば１
０係の割合で混入させたものを用い、真空室１内のガス
圧力を２Ｘ１０ ｔｏｒｒにした状態で、上電極２及
び下電極３間の電圧を２．５ＫＶ以下の電圧とし、約６
０分維持させる。

この工程によりシリコンウェーハをスパッタエツチング
する。

そして、その後、混合ガスのガス圧及び各電極間の電圧
を変化させることなく、ＣＦ４に対スる０２を前記スパ
ッタエツチング工程時より多い５０〜ｉ００％の割合で
混入させた混合ガスを約１〜１０分の間真空室１内に供
給し、この混合ガスをプラズマにし、これによりシリコ
ンウェーハ表面をクリーニングする。

これらのスパッタエツチング工程とクリーニング工程を
更に詳しく説明する。

上述したスパッタエツチング工程に釦いて、ＣＦ、に０
２を混入させた混合ガスを真空室１に供給すると、真空
室１中に発生するプラズマのイオンとしてはＣＦ、＋
（ｎ＝１〜４ ）Ｃ＋、Ｆ＋ＣＯＦ＋＝ ｃｏ＋、ｃｏ
２千等が考えられ、これらのイオンはシリコンウェーハ
６に衝突する。

イオンの衝突エネルギーは放電電圧に対応することから
、シリコンウェーハ６はイオンの衝突によって表面のシ
リコン原子が突き飛ばされ加工が進行する。

またこれらのイオンは衝突した際に中和され分解されて
活性状態のいわゆるラジカルになる。

特にＦラジカルはシリコンウェーハの表面及び突き飛ば
されたシリコン原子と結合し、蒸気圧の高いＳｉＦ４と
なって気化され、排出孔１ｂへ排出するという反応性気
化による加工が伴う。

第２図は、スパッタエツチング工程の段階、すなわちＣ
Ｆ、に対して０２を０〜５０ダの割合で混入した混同ガ
スを用いる段階にも・ける０２／ＣＦ４体積混合比に対
するシリコンウェーハの単位時間当りのエツチング量を
示したグラフで、各電極間の放電電圧０．５ＫＶ、１．
ＯＫＶ、１．５ＫＶをパラメータとしてそれぞれ曲線Ａ
、Ｂ、Ｃで示している。

これから、実施例にかいて単位時間当りのエツチング量
は０２／ＣＦ４体積混合比を約１０％としたときに最大
となってシリコンウェー・・６が最も速いエツチング速
度でスパッタエツチングされることがわかる。

この現象は混合ガス中の０２が化学反応によってＳｉＦ
、を生成するさい触媒作用を示すと考えられる。

なお０２／ＣＦ４体積混合比が５０％以上ではシリコン
ウェーハは殆どエツチングされない。

第３図はスパッタエツチングをしたシリコンウェーハの
積層欠陥密度を加工欠陥検査法によって調べた結果を示
したもので、０２／ＣＦ４体積混合比を贅。

、放電電圧を０．５ ＫＶとした条件下で、スパッタエ
ツチング時間に対スる積層欠陥密度を示すグラフである
。

これによると、スパッタエツチング時間がほぼ６０分程
度で完全に積層欠陥を除去できることが判る。

第４図は放電電圧に対する積層欠陥密度を示したもので
ある。

この図からシリコンウェーハの積層欠陥の除去の際、放
電電圧を２．５ＫＶを越える高い電圧値に設定すると積
層欠陥を１つたく除去できないことがわかる。

すなわち、積層欠陥密度は０２／ＣＦ４体積混合比を％
。

に維持させた状態であっても放電電圧が２．５ＫＶ以下
では１つたく存在しないが、放電電圧が２．５ＫＶを越
える値では急激に増加する。

このことは放電電圧が２．５ＫＶ以下であればイオン衝
撃に原因する欠陥は反応性気化が重畳するため全く検出
されないことを示すものである。

そして、シリコンウェーハの表面あらさの劣化は１つた
く生じないことが確認された。

なか、この最初の段階でスパッタエツチングされたシリ
コンウェーハ６の表面吸着元素をオージェ電子分光によ
って検出してみると、表面にＦ原子が若干吸着されてい
た。

先に述べたように、スパッタエツチング工程の後に、真
空室１内に供給する混合ガスの０２／ＣＦ４体積混合比
をスパッタエツチング工程時よす太キくかつ５０％以上
にしこの混合ガスをプラズマにしこのプラズマによりシ
リコンウェーハ表面をクリーニングする。

第５図はこのクリーニング工程の効果を説明するための
図で、放電電圧が１．５ＫＶのときに０２／ＣＦ４体積
混合比に対するシリコンウェーハ表面吸着元素の体積パ
ーセントをオージェ電子分光により測定した結果を示し
て卦り、曲線Ｃ及び曲線りはＦ原子及びＯ原子の量をそ
れぞれ示している。

これによると、０２／ＣＦ４体積混合比を駕。

とすると約５多のＦ原子がシリコンウェーハ表面に吸着
するが、０２／ＣＦ４体積混合比をほぼ１％（あるいは
それ以上）とすることによってＦ原子をシリコンウェー
ハの表面に１つたく吸着させないようＫできることがわ
かる。

なお、オージェ電子分光の表面分析ではイオン源によっ
てＡｒイオンを一定時間照射し表層を順次剥離して分析
を交互にくり返した。

このようにスパッタエツチング工程後に０２／ＣＦ、の
体積混合比を５０％以上とする混合ガスを１〜１０分間
真空室１内に供給しこの混合ガスをプラズマとしこのス
パッタエツチング時より０２の多いプラズマによってシ
リコン表面に吸着していたＦ原子を完全に除去させるこ
とができる。

この場合、０２／ＣＦ４体積混合比が５０％以上の混合
ガスでは、第２図に示すグラフで判るように充分なスパ
ッタエツチングがなされないものであるが、この段階で
はＦ原子除去のみを目的としていることからさしつかえ
はない。

以上説明したように、シリコンウェーハ表面処理を０２
を混入させたＣＦ、の混合ガスを用い２．５ＫＶ以下の
放電電圧でシリコンウェーハ）を先ずスパッタエツチン
グすることにより、シリコンウェーハ表面に存在する積
層欠陥を短時間でしかも表面あらさの劣化を起さず除去
でき、この際同時にシリコンウェーハの表面に吸着する
Ｆを０２の作用でラジカルとし、このラジカルをシリコ
ン原子と結合させ蒸気圧の高いＳ ｉ Ｆ４ として、
シ１ リコンウエーハの表面からなり除去できる。

その後クリーニング工程に釦いて混合ガス中の０２のＣ
Ｆ、に対する割合を簡単に５０φ以上に変えることによ
り、シリコンウェーハの表面に残存するＦを短時間で完
全に除去できる。

したがって、フ本発明を用いれば表面あらさの劣化、表
面汚染を防ぐとともに加工能率を高めることができる。

さらに、この実施例では、たとえばラッピング、エツチ
ング、メカノケミカルボリジングの工程を経て研摩した
シリコンウェーハの表面をスパッタｉ エツチング及び
クリーニングで処理するものであるが、メカノケミカル
ボリジング後、酸性液で直接エツチングし、あるいは酸
化膜を形成してその酸化膜をエツチングすることにより
加工欠陥層を除いた状態でスパッタエツチング及びクリ
ーニングを施こすようにしてもよい。

そして、ＣＦ、に対する０２０体積比率は、スパッタエ
ツチングの段階に釦いて１０φそして次のクリーニング
の段階に釦いて５０％以上にしているが、最初のスパッ
タエツチング段階では第２図のグラフでも明らかなよう
にエツチング量との兼ね合いで０２／ＣＦ４体積混合比
を適宜設定すればよいことはいう１でもない。

ただしこの場合、０２／ＣＦ４体積混合比を次のクリー
ニング工程ではスパッタエツチング工程時よりも大きく
する必要がある。

以上述べたようにこの発明に係るシリコンウェーハの処
理方法によれば、表面あらさの劣化、表面汚染を防ぐと
ともに、加工能率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るシリコンウェーハの処理方法
に使用される装置の→りである高周波スパッタエツチン
グ装置の構成図、第２図ないし第５図は、この発明に係
るシリコンウェーハの処理方法の目的が達成される根拠
となる実験データである。 １・・・・・・真空室、１ａ・・・・・・ガス供給孔、
１ｂ・・・・・・ガス排気孔、２・・・・・・上電極、
３・・・・・・下電極、４・・・高周波電源、５・・・
・・・インピーダンス整合回路、６・…・・シリコンウ
ェーハ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シリコンウェハーの研摩後における処理方法におい
   て、ＣＦ、ガスと０２ ガスとの混合ガスを放電電圧２
   ．５ＫＶ以下でプラズマにしこのプラズマによりシリコ
   ンウェーハをスパッタエツチングする工程と、その後０
   ２ガスのＣＦ、ガスに対する体積比率が前記スパッタエ
   ツチング工程時より大きくかつ５０俤以上である混合ガ
   スをプラズマにしこのプラズマによりシリコンウェーハ
   表面をクリーニングする工程とを含むことを特徴とする
   シリコンウェーハの処理方法。