JP3996730B2

JP3996730B2 - 半導体部品の製造方法

Info

Publication number: JP3996730B2
Application number: JP2000101201A
Authority: JP
Inventors: 智則佐伯; 雅樹伊藤; 卓也二瀬
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi ULSI Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Solutions Technology Ltd
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001284304A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造工程、特に金属汚染の低減が要求される工程に必要な、基板の洗浄方法、ならびにその洗浄方法を用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造プロセスにおいては、ウェハ表面を汚染したFeやPb、W、Cuなど多くの金属およびそのイオンは、Si中に拡散しやすく、Si中に準位を形成して半導体特性を劣化させる。そのため現在の半導体製造ラインでは、Siがこれらの金属に汚染されないように、例えば半導体プロセスハンドブック(1996年)第109頁から第112頁に記載のような、厳しい管理を行っている。具体的には、高温処理を行うために金属がSi中に拡散しやすい拡散工程においては、これらの金属のウェハ表面および裏面での濃度を1×10¹²atom/cm²程度以下に低減するために洗浄を行っている。また製造装置を、主に酸化や拡散によってトランジスタを形成する工程群(以下、拡散工程群という)と、金属材料を成膜して配線形成を行う工程群(以下、配線工程群という)とで共用すると、配線工程群で採用されている金属が装置を介して拡散工程群のウェハを汚染する恐れがあるため、拡散工程群と配線工程群とで用いる装置を区別している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のように、工程ごとに用いる装置を区別する方式では、現在の生産工場で生産されていない新規な素子材料をあらたに採用する場合に対して配慮がされておらず、新規な素子材料を採用する度に生産装置も新規に導入する必要があった。特に、当該材料の成膜装置やエッチング装置のみならず、当該材料によって形成された素子に直接は接触しない露光装置や検査装置までも新規に導入しなければならなかった。そのため、生産工場の設備投資が膨大となり、また設備の管理コストが増加し、またそのため製品の製造コストが増加するために製品が高価格化するという欠点があった。
【０００４】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に着目して、現在の生産工場で生産されていない新規な素子材料を採用する際に従来の生産装置を活用できる製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決する半導体部品の製造方法は、新規な素子材料を成膜する工程と、かかるのち、当該ウェハを従来の製造装置に着工する工程と、当該ウェハの表面であって前記の従来の製造装置と接触する領域を選択的に洗浄する工程(以下、本発明にかかる洗浄工程という)とを含み、かつ前記本発明にかかる洗浄工程が、前記成膜工程より時間的に後であって、かつ前記従来の製造装置に着工する工程より時間的に前であることを特徴とするものである。
【０００６】
ここでいう製造装置とは、成膜装置、加工装置（エッチング装置）などウェハ上に素子を形成する装置のみならず、露光装置、検査装置など、ウェハ上に素子を形成はしないが製造に関わる装置全般を含む。
【０００７】
また、ウェハの表面であって前記の従来の製造装置と接触する領域とは、ウェハの裏面、または周辺、またはその両方であり、ウェハの裏面とは素子を形成する面を表としたときの裏面をいうものとし、ウェハの周辺とはウェハの端部および端面研磨した領域をいうものとする。ウェハ裏面は、ベルトやアーム、ステージなどの部品と接触し、またウェハの周辺は、位置あわせに用いるピンやウェハカセットなどと接触する。該領域を洗浄して汚染を除去することにより、ウェハから装置へ汚染が転写することを防止できる。
【０００８】
前記本発明にかかる洗浄工程は、ウェハの表面であって素子を形成する領域に成膜された素子材料を劣化させることなく、ウェハの表面であって前記の従来の製造装置と接触する領域を洗浄して汚染を除去することを目的とする。従って、ウェハの表面であって素子を形成する領域に成膜された素子材料が洗浄液と接するような洗浄方法は用いることができない。前記目的は、ウェハの表面であって前記した従来の製造装置と接触する領域を選択的に洗浄するような洗浄方法によって達成される。
【０００９】
ウェハの裏面または周辺またはその両方を選択的に洗浄する方法には、例えばウェハ裏面を上側にして、ウェハの中心を軸として回転しつつ、上側から洗浄液を供給する方法がある。このとき洗浄液は、ウェハ裏面の中央付近から周辺へ向かって流れることによって、ウェハの裏面が洗浄液と接触し、洗浄される。このとき、洗浄液はウェハ端部から外向きに遠心力によって飛散するが、ウェハとの濡れ性によっては一部が表面側にも回り込む。ウェハと洗浄液の濡れ性を適切にすることにより、ウェハの周辺を洗浄することができる。
【００１０】
ここで、ウェハ上の素子形成領域が洗浄液で処理されないように保護しておくことが望ましい。素子形成領域を保護する方法としては、(1)ウェハの素子形成面側に気体を供給する方法、(2)ウェハの素子形成面側に液体を供給する方法、(3)ウェハの素子形成領域を保護膜で覆う方法、などがある。前記(1)(2)においては、供給する液体または気体中に還元性物質を含んでもよい。
【００１１】
またウェハの裏面および周辺を選択的に洗浄する他の方法として、例えばウェハ表面の素子形成領域を保護膜で覆い、洗浄液中に浸漬する方法がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる各種実施形態について、図面を用いて説明する。
【００１３】
まず、本発明にかかる半導体部品の製造方法について、図１を用いて説明する。
【００１４】
素子材料Xが成膜された製品Aは、工程A1、つづいて工程A2、工程A3…工程Ax…と着工される。一方、素子材料Yが成膜された製品Bは、工程B1、つづいて工程B2、工程B3…工程By…と着工される。ここで、工程A2ならびに工程B2を同じ製造装置Mで行うとき、工程A1を本発明にかかる洗浄工程とすると、製造装置Mのうちウェハと接触する箇所が、材料Xで汚染されることを防ぐことができる。その結果、製品Bのウェハを製造装置Mに着工する場合に、製品Bのウェハが材料Xで汚染されることを防ぐことができる。同様に、工程B1を本発明にかかる洗浄工程とすると、製造装置Mのうちウェハと接触する箇所が、材料Yで汚染されることを防ぐことができ、製品Aのウェハが材料Yで汚染されることを防ぐことができる。
【００１５】
ここで、製品Aの工程群An (n=1, 2, 3... x...)と製品Bの工程群Bn (n=1, 2, 3... y...)は、異なる製品の工程群でも良く、また同一の製品の異なる工程群でも良い。また、本発明にかかる洗浄工程A1またはB1は、素子材料XまたはYによる汚染が問題とならない場合には省略しても良い。
【００１６】
次に、本発明にかかる洗浄工程の実施の形態について、図2から図4を用いて説明する。
【００１７】
本発明にかかる洗浄工程の、第1の実施の形態を、図2および図3を用いて説明する。半導体ウェハ101は、デバイス形成領域101aを下側として、チャックピン12によって回転体11に固定されている。このとき、ウェハのデバイス形成領域101aと回転体のウェハ対向領域11aとの間には、適切な間隙が設けられている。回転体11には、ウェハのデバイス形成領域101aを保護するための気体または液体供給機構2が設けられている。またウェハ裏面101bの上方には洗浄液の供給機構1が設けられている。回転体11を適切な回転数において回転しつつ、洗浄液供給機構1よりウェハ裏面101b側に、素子材料Xを除去すべく構成された洗浄液を供給することにより、ウェハ裏面101bは洗浄液と接触し、洗浄される。また、ウェハ端部においては、洗浄液とウェハとの濡れ性に応じて洗浄液がデバイス形成領域101a側へ回り込むことで、ウェハ周辺101cが洗浄される。
【００１８】
本発明にかかる洗浄工程の、第2の実施の形態を、図4を用いて説明する。半導体ウェハ101は、デバイス形成領域101aを下側として、チャックピン22によって回転体21に固定されている。このとき、ウェハのデバイス形成領域101aと回転体のウェハ対向領域21aとの間には、適切な間隙が設けられている。ウェハ101より下方に、ウェハのデバイス形成面101aへ向けて、ウェハのデバイス形成領域101aを保護するための気体または液体供給機構2が設けられている。図4では、気体または液体供給機構2は回転体21の外部に設けられているが、回転体21の内部に設けられていても良い。またウェハ裏面101bの上方には洗浄液の供給機構1が設けられている。回転体21を適切な回転数において回転しつつ、洗浄液供給機構1よりウェハ裏面101b側に、素子材料Xを除去すべく構成された洗浄液を供給することにより、ウェハ裏面101bは洗浄液と接触し、洗浄される。また、ウェハ端部においては、洗浄液とウェハとの濡れ性に応じて洗浄液がデバイス形成領域101a側へ回り込むことで、ウェハ周辺101cが洗浄される。
【００１９】
本発明にかかる洗浄工程の、第3の実施の形態を、図5を用いて説明する。半導体ウェハ101は、デバイス形成領域101aを保護膜51にて覆われており、ウェハキャリア61に搭載されている。洗浄槽71中で、素子材料Xを除去すべく構成された洗浄液によって処理することにより、ウェハ裏面101bならびにウェハ周辺101cが洗浄される。
【００２０】
次に、以上で述べた半導体部品の製造方法を用いて実際に半導体部品の製造を行ったので、この実施結果について説明する。
【００２１】
(実施例1)
配線材料にCuを採用する製品ウェハの、配線形成工程群において、裏面ならびに周辺からCuを除去して、露光装置に着工する製造プロセスを構築した(図6)。この露光装置は同じ製品の拡散工程群と共用している。洗浄には、概略において図2と同様の構造を持つSEZ社製スピンエッチャーを用い、洗浄液供給機構1より40ーCの硝酸70%溶液を60秒間供給して洗浄した。また、ウェハの素子形成領域101bには窒素を100L/minの流量で供給し、洗浄液から保護した。実際に洗浄を行った結果を（表1）に示す。（表1）は、本発明にかかる第１の実施例として、本発明にかかる洗浄工程によってウェハの裏面ならびに周辺からCuが除去されたことを示す表である。
【００２２】
【表１】

【００２３】
ウェハの裏面ならびに周辺からCuが効率よく除去されている。このような洗浄を行ったウェハを、露光装置に連続で1000枚着工し、その前後の露光装置内のCu汚染を測定してCu汚染の蓄積を評価した。露光装置内に蓄積したCu汚染の測定には、Cuに汚染されていないウェハを着工し、そのウェハに装置から転写したCuを測定した。その結果を（表2）に示す。露光装置からウェハへのCu転写は認められなかった。（表2）は、本発明にかかる第１の実施例として、本発明にかかる洗浄工程を経たウェハを1000枚着工した露光装置内のCu汚染蓄積量を示す表である。
【００２４】
【表２】

【００２５】
従来技術によって生産を行っていた生産工場に、図6に示した本発明にかかる製造方法を導入し、配線金属にCuを採用した製品の生産を開始した。その際に新規に導入した製造装置の構成を、本発明にかかる製造方法を導入しない場合の見込みと比較して、（表3）に示す。導入する装置台数を少なく抑えることで、投資を抑制できた。（表3）は、本発明にかかる第１の実施例として、従来技術によって生産を行っていた生産工場に、本発明にかかる製造方法を導入し、配線金属にCuを採用した製品の生産を開始した際の、新規に導入した製造装置の構成を、本発明にかかる製造方法を導入しない場合の見込みと比較して示した表である
【００２６】
【表３】

【００２７】
(実施例2)
本発明にかかる洗浄方法について、実施例1と異なる実施例を示す。洗浄装置には概略に置いて図4のような構造を有する枚葉式洗浄装置を用い、ウェハの裏面101bを上側にして、洗浄液供給機構1より40ーCの硝酸70%溶液を60秒間供給して洗浄した。ウェハの素子形成領域101aには液体供給機構2よりヒドラジン水溶液(0.1%)を供給し、洗浄液から保護した。
【００２８】
Cuを全面に成膜したウェハを洗浄し、洗浄されずに残った領域のCuの表面荒さを洗浄の前後で測定することにより、素子形成領域への影響を評価した。表面荒さの評価には、積分式散乱計を用いた。その結果、素子形成領域に窒素を供給した場合には、ウェハ端から5mm付近までの領域で表面荒さが増加しているのに対し、ヒドラジン水溶液を供給した場合には、洗浄されなかった領域では表面荒さの増加は認められなかった(図7)。なお、周辺部はウェハ端より1.5mmまで洗浄されていた。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、金属汚染源となりうる素子材料が、ウェハ表面であって製造装置と接触する領域から洗浄によって除去されるので、製造装置への汚染が抑制できる。従って、当該製造装置を介して他のウェハへ汚染が拡散することを抑制できる。その結果、現在の生産工場で新規な素子材料を導入する際にも、現在の製品を汚染することなく、現在の製造装置を用いての着工が可能となる。すなわち、製品間で製造装置を共用できる。
【００３０】
さらに、ひとつの製品であっても、おもに配線を形成する配線工程群、おもにキャパシタを形成するキャパシタ工程群、トランジスタを形成する拡散工程群など工程群の間で製造装置を共用することができる。
【００３１】
さらに、生産工場においては設備投資を抑えた生産ライン構成が可能となり、設備の管理コストを低減し、製品の生産コストを低減することが可能となる。
【００３２】
さらに、新たな装置の導入を待たずに現在の製造装置を活用して新規材料を採用したデバイスの開発を開始でき、開発の早期着手が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる半導体部品の製造方法を示す図である。
【図２】本発明にかかる半導体部品の洗浄方法を示す図である。
【図３】本発明にかかる半導体部品の洗浄方法を示す図である。
【図４】本発明にかかる半導体部品の洗浄方法を示す図である。
【図５】本発明にかかる半導体部品の洗浄方法を示す図である。
【図６】本発明にかかる第１の実施例としての半導体部品の製造方法を示す図である。
【図７】本発明にかかる第２の実施例としての半導体部品の製造方法を使用した場合の、素子形成領域への影響を示す図である。
【符号の説明】
1...洗浄液の供給機構、2...気体または液体供給機構、
11...回転体、11a...ウェハ対向領域、12...チャックピン、
21...回転体、21a...ウェハ対向領域、22...チャックピン、
51...保護膜、61...ウェハキャリア、71...洗浄槽、
101...半導体ウェハ、101a...デバイス形成領域、101b...ウェハ裏面、101c...ウェハ周辺

Claims

半導体ウェハの表面に、金属薄膜を成膜する第1のステップと、
前記第1のステップの後、前記半導体ウェハの裏面及び周辺部に付着した前記金属薄膜による汚染物を溶解して除去する第2のステップと、
前記第2のステップの後に着工される露光装置又は検査装置において、前記半導体ウェハの裏面又は周辺部又はその両方を把持する第3のステップとを有する、半導体部品の製造方法。
請求項1記載の半導体部品の製造方法において、
前記金属薄膜がCuであることを特徴とする半導体部品の製造方法。
請求項1記載の半導体部品の製造方法において、
前記除去は、薬液として硝酸を用いることを特徴とする半導体部品の製造方法。