JPS5841767B2 - シリコンウェハの表面処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、研摩されたシリコンウェハの表向を２枚の電
極を有し、弗化炭素ガスまたは弗化炭素−酸素の混合ガ
スを含むプラズマ容器中でスパッタエツチングする、シ
リコンウェハの表面処理方法に関する。

従来、シリコンウェハの処理のためには、ラッピング、
エツチング、メカノケミカルボリジング等で仕上げる方
法が一般に用いられているが、使用する砥粒、化学液の
残留、等の汚染の発生を免れなかった。

それ故、シリコンウエノ・表面を再び清浄にする目的で
、特公昭５３−１４４７０号公報によってシリコンウェ
ハ表向をプラズマ処理することが既に提案されている。

また、各種弗化炭素ガスを用いてケミカルプラズマエツ
チングを行なう方法が考えられている。

これらの方法においては、プラズマ中に処理しようとす
るシリコンウェハを立てて両面を同時に加工する形式も
とられる。

しかしながら、これらの方法においては、イオンの積極
的なスパッタ現象を伴わないので、加工量は小さく、汚
染物質の蒸気圧が低い場合、または汚染物質がイオンと
の化学反応によって蒸気圧が高い化合物を形成しない場
合、それらが残留し易いという欠点があった。

例えば、半導体装置等で可動イオンとなるアルカリ金属
等の除去は困難であった。

さらに、ＣＦ４，０２混合ガスを用イルリアクティブス
パッタエツチングを行う方法も提案されている。

この方法では、スパッタ作用が複合しているので、汚染
の少い良好な加工面が得られる。

しかしながら、この方法においては、処理しようとする
シリコンウェハは常に載物台上に横たえて設置されるの
で、シリコンウェハ裏面の汚染は除去されず、したがっ
て、そのように処理されたシリコンウェハをそのまま後
の酸化等の工程に導入すると、酸化炉等の汚染をまねく
恐れがあった。

そのうえ、スパッタエツチングの際のイオンのエネルギ
が高過ぎるとシリコンウェハ表面にイオン衝撃による欠
陥が生じ、低過ぎると汚染が除去されず、イオン衝撃に
よる欠陥なしに、汚染のみを除去するスパッタエツチン
グ法は従来知られていなかった。

本発明の目的は、したがって、シリコンウェハ両面の汚
染を完全になくシ、シかも片面にはイオン衝撃による欠
陥を含まないようにすることができるシリコンウェハの
表面処理方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明による、冒頭に述べ
た種類のシリコンウェハの表面処理方法は、処理しよう
とするシリコンウェハを一方の電極の上に設けられたＳ
ｉＯ２台板上に立てて、または導体を用いて上記ＳｉＯ
２台板から５かせて設置に必要な小部分を除いて、上記
シリコンウェハの両面を露出した状態でプラズマ容器中
に設置し、上記シリコンウェハの両面を同時イオンシス
により加速されたイオンでにスパッタエッチする第１の
工程と、該第１の工程の後、上記プラズマ容器中に設け
られた移動機構によって上記シリコンウェハなＳｉＯ２
台板上に片面のみを露出した状態で設置し、露出された
面を第１の工程におけるよりモ低いエネルギでスパッタ
エッチする第２の工程とから成ることを要旨とする。

以下に、附図を参照しながら、実施例を用いて本発明を
一層詳しく説明するが、それらは例示に過ぎず、本発明
の枠を越えることなく、いろいろな改良や変形があり得
ることは勿論である。

第１図は本発明によるシリコンウェハの表面処理方法の
第１の工程を実施するために使用される高周波スパッタ
エツチング装置の１例を示す構成図である。

第１図において、プラズマ容器を形成しているステンレ
ス製真空室１はガス供給孔１ａと排気孔１ｂを備えてい
る。

上記真空室の中には、上電極２と下電極３が対向して配
置されている。

上記上電極２は真空室１を介して接地され、上記下電極
３は絶縁物の台１２に支持され、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。

上記高周波電源４の出力端子の一方は接地され、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。

下電極３上には、金属面の露出を避けるために、ＳｉＯ
２台板６が設置される。

第２図は、本発明に合致して、ＳｉＯ２台板６上に試料
支え治具８を使って、処理しようとするシリコンウェハ
１ａを下電極３に対して実質上直角に保持した所を模式
的に断面図で示す。

イオンシース１１がシリコンウェハ７ａの両回に形成さ
れ、両面が同時にスパッタエッチされる。

処理しようとするシリコンウェハは、第２図に示すよう
に、下電極３に対して直立しなければならないことはな
い。

第３図は、本発明の他の一つの実施の態様を示す。

この実施の態様においては、処理しようとするシリコシ
ウェハ７ｂは導体治具９を用いて下電極３に実質上平行
に、それから離して保持さレル。

この実施の態様においても、イオンシース１１は処理し
ようとするシリコンウェハの両面に形成される。

第４図は比較のために示されているのであって、本発明
の実施の態様を示すものではない。

ここでは、処理しようと、するシリコンウェハ７ｃはＳ
ｉＯ２等で作られた治具１０で支えられており、この場
合には処理しようとするシリコンウェハ７ｃの附近には
イオンシース１１は形成されない。

第５図は従来のりアクティブスパッタエツチングにおけ
る処理しようとするシリコンウェハの設置方法を示すが
、本発明によるシリコンウェハの表面処理方法の第２の
工程においては、処理しようとするシリコンウェハはこ
の図に示すのと全く同様に設置される。

この場合には、処理しようとするシリコンウェハ７ｄは
Ｓ ｉ ０２台板上に横たえて載置され、イオンシース
１１は図示のように形成され、処理しようとするシリコ
ンウェハは露出した片面のみスパッタエッチされる。

第６図はこれらのウェハのＣＦ４，０２混合ガスに、よ
る加工速度を示す。

シリコンウェハ７ａは、両面・においてイオンシースで
イオンが加速され、リアクティブスパッタエッチされる
から、加工速度は大きく、各面ともＳｉＯ□台板上に横
たえて載置されたシリコンウェハ７ｄと同程度の加工速
度を示す。

シリコンウェハ７ｂもまた同様な加工速度でスパン・タ
エツチされる。

これに反し、シリコシウェハ７ｃでは、セルフバイアス
が働かないでプラズマ容器中されるから、加工速度はシ
リコンウニ・ハフｄの１／２０程度と小さい。

勿論、シリコシウェハ７ｄの裏面はエッチされない。

これらの結果は、本発明によれば、シリコンウェハの両
面を同時にスパッタエッチすることができ、各面におけ
る加工速度は片面をスパッタエッチする場合と同じ位大
きいことを示している。

第７図はＮａＯＨ溶液に浸漬、汚染させたシリコンウェ
ハをＣＦ４．Ｏ□混合ガスでリアクティブスパッタエッ
チした場合の２３Ｎａと２８ Ｓｔの二５次イオン質量
分析法による測定値のピークの高さの比をＲＦｔ力をパ
ラメータとして示したものである。

Ｎａはリアクティブスパッタエツチングによって除去さ
れ、”Ｎａと２８８ｉのピークの高さの比Ｉ２”Ｎａ”
／Ｉ２８Ｓｉ＋はＲＦ電力で定まる一１１定限界値にな
る。

また、この限界値はＲＦｔ力が大きい程小さな値を示し
ている。

このことは、主にイオンのスパッタ作用によってＮａが
除去されていることを示唆する。

すなわち、弗化炭素ガスでスパッタエッチした場合、Ｓ
ｉ表面上のＮａはＩＮａ単体として存在するのではなく
、ＮａＦ。

Ｎ ａ ２ Ｓ Ｉ Ｆ ａ 等になり、表面に固定
され、スパッタによって除去されることが想定される。

したがって、本発明によるシリコンウェハの表面処理方
法の第１の工程において、弗化炭素ガスを用いて２シリ
コンウエハの両面を高電力条件でスパッタエッチすれば
、従来除去が困難であったＮａ等のアルカリ金属の汚染
も除去できる。

以上述べた通り、シリコンウエノ１の両面を高電力条件
でスパッタエッチすれば、汚染を除去するこことはでき
るが、高い電界によってイオンが高いエネルギまで加速
され、シリコンウエノ・に当ってその表面に欠陥を形成
する。

そこで、本発明によれば、第２図または第３図に示す状
態で高いエネルギのイオンでシリコンウェハの両面を同
時にスこバッタエッチした後、図には示されていない、
真空室内に設けられた移動機構を用いて、シリコンウェ
ハは第５図に示す状態に移される。

その状態で第１の工程におけるよりも小さな高周波出力
で、例えば第１の工程にむいて１．２ ｋＶであった高
Ｊ周波電源のバイアス電圧を０．９ ｋＶ程度に低めて
、シリコンウェハの露出されている方の面のみを低いエ
ネルギのイオンでスパッタエッチすることによって、例
えば半導体装置が形成される方の而の欠陥密度を小さく
することができる。

シリコンウエノ・の裏面の一部をマスクを用いて覆い、
前記第１の工程によって両面を高いエネルギのイオンで
スパッタエッチし、真空室内に設けられた移動機構によ
ってＳｉＯ２台板上にシリコンウェハを移し、第５図に
示す状態で露出している方の面のみを低いエネルギのＣ
Ｆ４，０２ガヌイオンで加工し、ＯＳチェックすると、
裏面がマスクされている部分の表面の欠陥密度が３Ｘ１
０”Ｃｒｎ−２であったのに対し、裏面がマスクされて
いない部分の表面の欠陥密度は２×１０２６Ｉｎ−２で
あった。

このことは、高エネルギのイオンを用いたスパッタエツ
チングによって形成された欠陥は表面に形成された欠陥
なゲッタリングする作用があるとして理解される。

以上述べたように、本発明のシリコンウエノ・の表面処
理方法によれば、従来除去が困難であったＮａ等のアル
カリ金属の汚染も両面から完全に除くことができ、しか
も半導体装置等が形成される側の面にはイオン衝撃によ
る欠陥を実質上官まないシリコンウェハを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシリコンウェハの表面処理方法の
第１の工程を実施するために使用される高周波スパッタ
エツチング装置の１例を示す構成図、第２図は本発明の
シリコンウェハの表面処理方法の第１の工程の＝実施の
態様におけるシリコンウェハの設置方法を示す模式的な
断面図、第３図は第１の工程の他の実施の態様における
シリコンウェハの設置方法を示す模式的な断面図、第４
図は比較のためにのみ示された、第２図および第３図に
対応する、他のシリコンウェハの設置方法を示す模式的
な断面図、第５図は従来のりアクティブスパッタエツチ
ングおよび本発明の第２の工程におけるシリコンウェハ
の設置方法を示す模式的な断面図、第６図はシリコンウ
ェハのいろいろの設置方法における加工速度を示す図、
第７図は本発明の方法によって処理したシリコンウェハ
について２３Ｎａと２８Ｓｉの二次イオン質量分析法に
よる測定値のピークの高さの比を示すダイヤグラムであ
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＝ Ｓｉ Ｏ
２台板、？ａ、７ｂ、７ｃｓ ｚａ＋・＋＋−シリコン
ウェハ、８・・・・・・試料支え治具、９・・・・・・
導体治具、１０・・・・・・５ｉ０２ 等で作られた
治具、１１・・・・・・イオンシース、１２・・・・・
・絶縁物の台。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 研磨されたシリコンウェハの表面を、２枚の電極を
   有し弗化炭素ガスまたは弗化炭素−酸素の混合カスを含
   むプラズマ容器中でスパッタエッチするシリコンウェハ
   の表面処理方法において、処理しようとするシリコンウ
   ェハを一方の電極の上に設けられた５ｉ０２台板上に立
   てて、または導体を用いて上記５ｉ０２台板から５かせ
   て、設置に必要な小部分を除いて、上記シリコンウェハ
   の両面を露出した状態でプラズマ容器中に設置し、上記
   シリコンウェハの両面を同時にイオンシースにより加速
   されたイオンでスパッタエッチする第１の工程と、該第
   １の工程の後、上記プラズマ容器中に設けられた移動機
   構によって上記シリコンウェハな５ｉ０２台板上に片面
   のみを露出した状態で設置し、露出された第１の面を第
   １の工程におけるよりも低いエネルギでスパッタエッチ
   する第２の工程とから成ることを特徴とするシリコンウ
   エノ１の表面処理方法。