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技術 金属膜付シリコンウエハーの再生方法

出願人 濱田重工株式会社ルネサスセミコンダクタパッケージ&テストソリューションズ株式会社
発明者 是松和憲阿部郁谷口久山口周二
出願日 1998年11月30日 (22年10ヶ月経過) 出願番号 1998-339306
公開日 2000年6月16日 (21年4ヶ月経過) 公開番号 2000-164558
状態 特許登録済
技術分野 ウェットエッチング 半導体装置の製造処理一般
主要キーワード 再使用回数 プライムウエハ 標準基板 再生加工 厚さ減少 ダミーウエハー メタル汚染 再生作業
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年6月16日)のものです。
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課題

再生時の基板厚さの減少を最小限に留め、従来に比較して飛躍的に多数回の再生が可能な金属膜シリコンウエハー再生方法の提供。

解決手段

再生対象となるシリコンテストウエハーとして金属膜の下層に3000オングストローム以上の酸化膜を形成したものを使用し、再生に際して、アルカリ系溶液、または酸性溶液による化学的エッチングによって金属膜全部と最小限の酸化膜一部を除去し、さらに、酸性溶液による化学的エッチングによって酸化膜表面金属汚染物質を除去する。

概要

背景

従来、このテストウエハーとしては、半導体の製造に用いられるプライムウエハーを直接使用していたが、価格が高価なために、現在は、形状的にはプライムウエハー同等で内質が異なる安価なモニターウエハーあるいはダミーウエハーが主に使用されている。

このテストウエハーは、スパッタリング装置CVD装置などにより形成された膜厚値抵抗値反射率などを評価項目として測定し、工程の健全性調査される。この工程チェックに使用された後のテストウエハーの表層には、Al、Ti、W、Cuなどの金属やその窒化物シリサイドなどからなる拡散層イオン注入層、各種の膜などが形成されており、エッジを含む表面の膜を剥離すれば再使用可能である。

再使用可能の状態とは、基板厚さが標準基板としての厚みが維持されていることと、表面の汚染がないことである。例えば、8インチテストウエハーの標準基板厚さは、725±25μmで、使用可能な最低厚さは一般的に600〜650μmと言われている。そのため、再使用のための再生作業完了後の厚さの減少が少ないほど、その基板は何度も再生され、再使用可能である。

このテスト金属膜シリコンウエハーの再生は、特開平7−122532号公報、特開平9−17833号公報、特開平9−171981号公報などにも記載されているように、遊離砥粒を供給しながら対向して回転する金属製の定盤の内側にウエハーを保持して粗研磨することにより膜を除去し、その後、化学的エッチングポリシングを行うラッピング法、あるいは、酸もしくはアルカリ系溶液を用いて表層を除去した後、ポリシングを行う化学的エッチングによる方法が知られている。

概要

再生時の基板厚さの減少を最小限に留め、従来に比較して飛躍的に多数回の再生が可能な金属膜付シリコンウエハーの再生方法の提供。

再生対象となるシリコンテストウエハーとして金属膜の下層に3000オングストローム以上の酸化膜を形成したものを使用し、再生に際して、アルカリ系溶液、または酸性溶液による化学的エッチングによって金属膜全部と最小限の酸化膜一部を除去し、さらに、酸性溶液による化学的エッチングによって酸化膜表面金属汚染物質を除去する。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

金属膜成膜工程のテストウエハーの金属膜の下層酸化膜を形成し、アルカリ系溶液または酸性溶液による化学的エッチングによって金属膜全部と最小限の酸化膜一部を除去し、さらに、酸性溶液による化学的エッチングによって酸化膜表面金属汚染物質を除去する金属膜付シリコンウエハー再生方法

請求項2

形成する酸化膜の厚みが3000オングストローム以上である請求項1に記載の金属膜付シリコンウエハーの再生方法。

請求項3

金属膜全部と最小限の酸化膜を除去するための化学的エッチングの溶液が、金属膜がAl、Ti、W、Cuの金属及びその窒化物シリサイド膜、またはそれぞれの組み合わせによる多層膜の場合には、1〜20重量%のKOHまたはNaOHと1〜20重量%のH2O2のアルカリ系溶液、あるいは、1〜20重量%のNH4OHと1〜20重量%のH2O2である請求項1に記載の金属膜付シリコンウエハーの再生方法。

請求項4

金属膜全部と最小限の酸化膜を除去するための化学的エッチングの溶液が、金属膜がAl系の金属膜の場合には、1〜20重量%のKOHまたはNaOHと1〜20重量%のH2O2のアルカリ系溶液である請求項1に記載の金属膜付シリコンウエハーの再生方法。

請求項5

金属膜全部と最小限の酸化膜を除去するための化学的エッチングの溶液が、金属膜がCu金属膜の場合、1〜20重量%のHClと1〜20重量%のH2O2の酸系溶液と1〜20重量%のKOHまたはNaOHまたはNH4OHと1〜20重量%のH2O2のアルカリ系溶液との組合せである請求項1に記載の金属膜付シリコンウエハーの再生方法。

技術分野

0001

本発明は、製造装置・プロセスが正常な状態にあるかを確認するために工程チェックに使用された後の最表層金属膜が形成されているシリコンテストウエハーの再生方法に関する。

背景技術

0002

従来、このテストウエハーとしては、半導体の製造に用いられるプライムウエハーを直接使用していたが、価格が高価なために、現在は、形状的にはプライムウエハー同等で内質が異なる安価なモニターウエハーあるいはダミーウエハーが主に使用されている。

0003

このテストウエハーは、スパッタリング装置CVD装置などにより形成された膜厚値抵抗値反射率などを評価項目として測定し、工程の健全性調査される。この工程チェックに使用された後のテストウエハーの表層には、Al、Ti、W、Cuなどの金属やその窒化物シリサイドなどからなる拡散層イオン注入層、各種の膜などが形成されており、エッジを含む表面の膜を剥離すれば再使用可能である。

0004

再使用可能の状態とは、基板厚さが標準基板としての厚みが維持されていることと、表面の汚染がないことである。例えば、8インチテストウエハーの標準基板厚さは、725±25μmで、使用可能な最低厚さは一般的に600〜650μmと言われている。そのため、再使用のための再生作業完了後の厚さの減少が少ないほど、その基板は何度も再生され、再使用可能である。

0005

このテスト用金属膜付シリコンウエハーの再生は、特開平7−122532号公報、特開平9−17833号公報、特開平9−171981号公報などにも記載されているように、遊離砥粒を供給しながら対向して回転する金属製の定盤の内側にウエハーを保持して粗研磨することにより膜を除去し、その後、化学的エッチングポリシングを行うラッピング法、あるいは、酸もしくはアルカリ系溶液を用いて表層を除去した後、ポリシングを行う化学的エッチングによる方法が知られている。

発明が解決しようとする課題

0006

ところが、前者のラッピング法の場合、基板の厚さが再生加工完了時に一般的に50μm前後減少するため、2回程度しか再生ができない。また、後者の化学的エッチングの場合は、基板厚さの減少は20μm前後ではあるが、これも、5回前後の再生使用が限界である。また、溶液の種類によっては、基板が均一にエッチングされずに表面にむらが発生するなどの問題がある。

0007

この発明が解決しようとする課題は、金属膜の成膜工程のテストウエハーの再生のための金属膜の除去に際して、基板厚さの減少を最小限に留め、これによって、再使用回数飛躍的な増大を可能にできる方法を見出すことにある。

課題を解決するための手段

0008

この発明は、金属膜の成膜工程のテストウエハーの金属膜の下層酸化膜を形成し、アルカリ系溶液、または酸性溶液による化学的エッチングによって金属膜全部と最小限の酸化膜一部を除去し、さらに、酸性溶液による化学的エッチングによって酸化膜表面金属汚染物質を除去することを特徴とする。

0009

本発明で再生対象となるシリコンテストウエハーは、金属膜の下層に酸化膜が形成されているが、種類、膜厚に限定されるものではなく、初期の酸化膜の膜厚を厚くするほど再生回数を確保することができる。

0010

金属膜全部と最小限の酸化膜一部を除去する化学的エッチングのための溶液は、膜の種類により種類が異なる。例えば、Al、Ti、W、Cuの金属及びその窒化物、シリサイド膜、またはそれぞれの組み合わせによる多層膜の場合には、1〜20重量%のKOHまたはNaOHと1〜20重量%のH2O2のアルカリ系溶液、あるいは、1〜20重量%のNH4OHと1〜20重量%のH2O2によって除去可能であるが、Al−CuのようなAl系の金属膜の場合には、不溶解性の反応生成物の発生し難い1〜20重量%のKOHまたはNaOHと1〜20重量%のH2O2を使用した方が表面への生成物の付着がなく有効である。また、Cu金属膜の場合、酸化膜をほとんど化学エッチングしない1〜20重量%のHClと1〜20重量%のH2O2の酸系溶液が有効であり、さらに、1〜20重量%のKOHまたはNaOHまたはNH4OHと1〜20重量%のH2O2のアルカリ系溶液を使用し、酸化膜一部を除去する。また、完全に金属膜を除去するためには、化学的エッチングを2回以上に分けて行う方が効果的である。これらの金属膜の除去方法は、最近になって使用されているTa、Coも含め新しい金属膜にも適用できる。

0011

前記のアルカリ系溶液、酸系溶液、あるいは、濃度範囲外であっても、金属膜の除去は可能であるが、金属膜のエッチング速度、金属膜と酸化膜のエッチング選択比、反応生成物の付着、経済性の点から不利である。また、処理温度は、金属膜及び酸化膜の厚さにより温度を決定する必要がある。

0012

Al、Fe、Znのような表面のメタル汚染物の除去方法としては、一般的にはHCl、HF、HNO3等のような酸性溶液を単体もしくは混合液として使用されているが、本発明の場合、テストウエハー表面の酸化膜も除去されないようにするためには、1〜20重量%のHClと1〜20重量%のH2O2のような酸系溶液を使用するのが好ましい。

0013

なお、メタル成膜装置発塵確認用のように、再生用途を拡大するために、酸化膜表面上のパーティクル個数保障する必要がある場合には、SC−1洗浄のような公知技術を追加して適用することができる。また、本発明は再生対象として、テストウエハーだけでなく、プライムウエハーにも適用できる。

発明を実施するための最良の形態

0014

以下に、実施例によって本発明の実施の形態を説明する。

0015

実施例1
725±10μm厚さのテストウエハー25枚に、酸化炉によって平均3005オングストロームの厚さの酸化膜を成膜し、そのエッジを含む表面にスパッタリングによって平均10054オングストロームの厚さのAl膜を成膜したものを再生対象として準備した。

0016

最表層の金属膜の除去の第1段階として、この再生対象ウエハーを、膜除去のための第1槽に浸漬し、温度50℃で、重量比が、KOH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第1槽に5分浸漬し、金属膜を剥離後、超純水を収容した第2槽でリンスを行った。

0017

次に、第2段階として、温度50℃で、KOH:H2O2:H2O=1:1:18(重量比)の溶液を満たしたテフロンバスの第3槽に5分間浸漬したのち、第4槽でリンスを実施した。金属膜の除去を2段階で行うのは、第1段階で金属膜を除去し、第2段階で部分的に残留する金属膜と酸化膜一部を除去するためである。

0018

金属膜の除去後、表面の汚染物を除去した。金属膜を除去した再生対象ウエハーを、続いて、温度80℃で、重量比で、HCl:H2O2:H2O=1:1:8の溶液を満たしたテフロン製の第5槽に5分浸債後、第6槽でリンスしたのち、スピンナードライヤーによって乾燥した。この金属膜と汚染除去の処理による厚さの減少は、234オングストロームに過ぎなかった。

0019

次に、同一条件でAl膜を成膜した後、再生処理を行なうことを10回繰り返しても、最終的に厚さの減少量は2483オングストロームに過ぎなかった。

0020

ここで、酸化膜の残厚が、ほぼ500オングストロームとなったので、酸化膜をHFによって除去し、再度酸化膜を3000オングストローム成膜にした。Al膜の場合、3000オングストロームの厚さの酸化膜で、10回の再生が可能となった。そして本条件での平均厚さ減少量は、250オングストロームに過ぎなかった。

0021

一方、再生後のウエハーのメタル汚染レベルは、FLAA測定装置で行なった結果、5E10atoms/cm2以下であり、メタル成膜装置及び酸化炉で使用するには十分のレベルであった。

0022

実施例2
725μm±10μm厚さのテストウエハー20枚に、酸化炉にて平均3003オングストロームの厚さの酸化膜を成膜し、そのエッジを含む表面に平均10071オングストロームの厚さのW膜を成膜したものを準備して再生対象とした。 このウエハーの表層の金属膜の除去の第1段階として、温度50℃で、重量比でKOH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第1槽に5分浸漬し、実施例1と同じく第2槽でリンスした。

0023

さらに、温度50℃で、重量比でKOH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第3槽に5分浸漬、第4槽でリンスした。

0024

つぎに、温度80℃で、HCl:H2O2:H2O=1:1:8(重量比)の溶液を満たしたテフロンバスの第5槽に5分浸漬後、第6槽で、リンス処理し、その後スピンナードライヤーによって乾燥して表面のメタル汚染の除去を施した。この処理により、厚さの減少は、243オングストロームであった。次に、同一条件でW膜を成膜した後、再生処理を行なうことを10回繰り返した。最終的に厚さの減少量は、2497オングストロームであり、酸化膜の残厚が、ほぼ500オングストロームにすぎなかった。

0025

本条件での平均厚さ減少量は250オングストロームであり、W膜の場合、3000オングストロームの厚さの酸化膜で、10回以上の再使用が可能となることがわかった。一方、再生後のウエハーのメタル汚染レベルは、5E10atoms/cm2であり、メタル成膜装置及び酸化炉で使用するには十分のレベルであった。

0026

実施例3
725±10μm厚さの10枚に、酸化炉にて平均3008オングストロームの厚さの酸化膜を成膜し、そのエッジを含む表面に平均10023オングストロームの厚さのAl膜を成膜したものを再生対象として準備した。

0027

このウエハーを、膜除去の第1段階として温度45℃で、重量比でNaOH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第1槽に5分浸漬し金属膜を剥離後、第2槽でリンスした。次に、最表層の金属膜の除去の第2段階として、温度45℃で、重量比でNaOH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を入れたテフロンバスの第3槽に5分間浸漬し、第4槽でリンスした。

0028

さらに、温度80℃で、重量比、HCl:H2O2:H2O=1:1:8の溶液を満たしたテフロンバスの第5槽に5分浸漬して表面のメタル汚染物を除去し、第6槽でリンスし、その後スピンナードライヤーによって乾燥した。

0029

この処理による厚さの減少は、224オングストロームに過ぎなかった。次に、同一条件でAl膜を成膜した後、再生処理を行なうことを10回繰り返した。最終的に厚さの減少量は、2276オングストロームであり、酸化膜の残厚が、ほぼ700オングストロームとなった。

0030

このことから、平均厚さ減少量は230オングストロームに過ぎず、Al膜の場合、3000オングストロームの厚さの酸化膜で、10回以上の再使用が可能となることがわかる。

0031

一方、再生後のウエハーのメタル汚染レベルは、5E10atoms/cm2以下であり、メタル成膜装置及び酸化炉で使用するには十分のレベルであった。
実施例4
725±10μm厚さのテストウエハー25枚に、酸化炉にて平均2998オングストロームの厚さの酸化膜を成膜し、そのそのエッジを含む表面に平均10068オングストロームの厚さのTi膜を成膜したものを準備し、再生対象ウエハーとした。

0032

このウエハーを、第1槽に浸漬し、温度75℃で、重量比、NH4OH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスに5分浸漬した後、第2槽でリンス処理した。つぎに最表層の金属膜の除去の第2段階として、温度50℃で、重量比で、KOH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たした第3槽としてのテフロンバスに5分間、浸漬したのち、第4槽で、リンスを行った。次に表面のメタル汚染の除去のための第5槽で、温度80℃で、重量比が、HCl:H2O2:H2O=1:1:8の溶液を満たしたテフロンバスに5分浸漬したのち、第6槽でリンスを行った。その後スピンナードライヤーにて乾燥した。この処理による厚さの減少は131オングストロームであった。

0033

つぎに、同一条件でTi膜を成膜した後、再生処理を行なうことを20回繰り返した。最終的に厚さの減少量は、2453オングストロームであり、酸化膜の残厚が、ほぼ500オングストロームとなった。

0034

Ti膜の場台、3000オングストロームの厚さの酸化膜で、20回の再生が可能となり、本条件での平均厚さ減少量は、120オングストロームとなった。一方、再生後のウエハーのメタル汚染レベルは、5E10atoms/cm2であり、メタル成膜装置及び酸化炉で使用するには十分のレベルであった。

0035

実施例5
725±10μm厚さのテストウエハー10枚に、酸化炉によって平均3004オングストロームの厚さの酸化膜を成膜し、そのエッジを含む表面に平均10016オングストロームの厚さのTiN膜を成膜したものを再生対象ウエハーとして準備した。

0036

このウエハーの膜除去の第1段階として、温度75℃で、重量比がNH4OH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第1槽に5分間浸漬して第2槽でリンスした。ついで、ウエハーの膜除去の第2段階として、温度60℃で、重量比がKOH:H2O2:H2O:=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第3槽に5分間浸漬したのち、第4槽でリンスした。

0037

次に表面のメタル汚染の除去のために、温度80℃で、重量比が、HCl:H2O2:H2O=1:1:8の溶液を満たしたテフロンバス第5槽に5分間浸漬したのち、第6槽でリンスし、その後スピンナードライヤーにて乾燥した。

0038

この処理により、厚さの減少は、127オングストロームであった。次に、同一条件でTiN膜を成膜した後、再生処理を行なうことを20回繰り返した。最終的に厚さの減少量は、2398オングストロームであり、酸化膜の残厚が、ほぼ600オングストロームとなった。

0039

以上のことから、TiN膜の場合、3000オングストロームの厚さの酸化膜で、20回の再生が可能となり、本条件での平均厚さ減少量は,120オングストロームとなった。

0040

一方、再生後のウエハーのメタル汚染レベルは、5E10atoms/cm2であり、メタル成膜装置及ひ酸化炉で使用するのに十分なレベルであった。

0041

実施例6
725±10μm厚さのテストウエハー25枚に、酸化炉にて平均3011オングストロームの厚さの酸化膜を成膜し、そのそのエッジを含む辰面に平均29993オングストロームの厚さのCu膜を成膜したものを再生対象として準備した。

0042

このウエハーを、最表層の金属膜の除去の第1段階として、温度30℃の重量比でHCl:H2O2:H2O=1:1:15の溶液を満たしたテフロンバスの第1槽に3分間浸漬したのち、第2槽でリンスした。次に、最表層の金属膜の除去の第2段階として、温度75℃で、重量比、NH4OH:H2O2:H2O=1:1:18の溶液を満たしたテフロンバスの第3槽に3分間浸潰したのち、第4槽でリンスした。

0043

次に、温度80℃の重量比HCl:H2O2:H2O=1:1:8の溶液を満たしたテフロンバスの第5槽に5分間浸漬して表面のメタル汚染物を除去し、第6槽でリンスし、スピンナードライヤーにて乾燥した。

0044

上記の処理により、厚さの減少は、15オングストロームであった。次に、同一条件でCu膜を成膜した後、再生処理を行なうことを10回繰り返した。最終的に厚さの減少は、162オングストロームであり、酸化膜の残厚がほぼ2850オングストロームとなった。

0045

以上のことから、Cu膜の場合、3000オングストロームの厚さの酸化膜で、150回以上の再生が可能となることがわかる。一方、再生後のウエハーのメタル汚染レベルは、5E10atoms/cm2であり、メタル成膜装置及び酸化炉で使用するには十分のレベルであった。

発明の効果

0046

本発明によって、
1.基板の厚さは全く減少せず、基板は半永久的に使用することができる。

0047

2.再生1回当たりの酸化膜の除去量を少なく押さえられるため、最初に3000オングストロームの厚さの酸化膜を成膜すれば、少なくとも10回の繰り返し使用が可能となる。

0048

3.テストウエハーに関わるコストも、基板の費用、酸化膜の成膜費用、再生費用が削減されるため、大幅な低減となる。

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