JP2000183018A - Cleaning method and device of semiconductor substrate - Google Patents

Cleaning method and device of semiconductor substrate

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JP2000183018A
JP2000183018A JP10354876A JP35487698A JP2000183018A JP 2000183018 A JP2000183018 A JP 2000183018A JP 10354876 A JP10354876 A JP 10354876A JP 35487698 A JP35487698 A JP 35487698A JP 2000183018 A JP2000183018 A JP 2000183018A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable to set the most suitable chemical conditions for the physical properties of a work, by a method wherein a variable related to chemicals is controlled on the basis of a formula so as to enable the amount of a metal oxide film to be dissolved to amount to a prescribed value when a semiconductor substrate is cleaned. SOLUTION: The pH of chemicals is the most important when chemical conditions are set. The allowable amount of a metal oxide film dissolved to cause no deterioration in the characteristics of the metal oxide film is previously determined, and the pH conditions are calculated by the use of a dissolution volume calculation formula. A method of determining the amount of chemicals to replenish is obtained through a manner where a formula which represents an excess or a shortage of chemicals by the use of one or more variables related to chemicals is obtained, and when a cleaning operation is carried out, the variables are controlled one the basis of the formula to enable the dissolution amount or degree of damage of a metal oxide film so as not to exceed a prescribed value. Data used for the above setting are stored in a data processor, and the setting is carried out. By this setup, the most suitable chemical conditions for a work are set, maintained, and controlled, so that a cleaning operation can be effectively carried out.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属酸化膜の洗浄
方法および洗浄装置に関する。
The present invention relates to a method and an apparatus for cleaning a metal oxide film.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、工業的要請から高機能性酸化物の
製造法とその応用に関する研究が活発に行われている。
例えば、触媒、磁性材料、顔料をはじめとし、半導体分
野においては、従来のケイ素酸化物の代わりに強誘電体
酸化物を容量絶縁膜として用いる方法が広く研究されて
いる。これらの高機能性酸化物は、組成や構造、表面状
態、粒径、膜厚等によって、物性が精密に制御されてお
り、わずかな不純物の付着の影響や状態の変化によって
特性が変化することが知られている。特に、ナノレベル
で膜厚や組成が制御された強誘電体膜に対しては、極め
て高度な清浄性が要求されている。このような高い機能
を有する材料に対し、その特性を最大限に引き出すため
に、高い清浄性を得る高精度な洗浄技術の開発が必要で
ある。以下、従来の強誘電体膜の洗浄方法について、図
面を参照しながら説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, research on a method for producing a highly functional oxide and its application has been actively conducted due to industrial requirements.
For example, in the field of semiconductors such as catalysts, magnetic materials, and pigments, methods of using ferroelectric oxides as capacitance insulating films instead of conventional silicon oxides have been widely studied. The physical properties of these highly functional oxides are precisely controlled by their composition, structure, surface state, particle size, film thickness, etc., and their characteristics change due to slight effects of impurity adhesion and changes in state. It has been known. In particular, a very high degree of cleanliness is required for a ferroelectric film whose film thickness and composition are controlled at the nano level. In order to maximize the properties of such a material having a high function, it is necessary to develop a high-precision cleaning technique for obtaining high cleanliness. Hereinafter, a conventional method for cleaning a ferroelectric film will be described with reference to the drawings.

【0003】図11(a)〜(d)は、特開平10−1
2836号公報に開示されている強誘電体酸化物を用い
た容量素子の製造方法を示す工程断面図である。まず、
図11(a)に示すように、ウエハ34上に容量素子用
電極または容量絶縁膜35がスパッタ法や有機金属堆積
法で形成され、続いて所望の形状に加工するためのマス
ク36が形成される。次に、図11(b)に示すよう
に、容量素子用電極または容量絶縁膜35がドライエッ
チングされる。この際、マスク36の側壁にはエッチン
グ残渣37が付着するが、図11(c)に示すように、
反応生成物37は、窒素雰囲気下で基板を大気に曝すこ
となく、薬液によって洗浄される。この場合、薬液は、
塩酸と水の混合液またはフッ酸と硝酸の混合液とされ
る。最後に、図11(d)に示すように、マスク36が
除去される。
FIGS. 11 (a) to 11 (d) show Japanese Unexamined Patent Publication No.
It is a process sectional view showing the manufacturing method of the capacity element using the ferroelectric oxide indicated in 2828 gazette. First,
As shown in FIG. 11A, a capacitor element electrode or a capacitor insulating film 35 is formed on a wafer 34 by a sputtering method or an organic metal deposition method, and then a mask 36 for processing into a desired shape is formed. You. Next, as shown in FIG. 11B, the capacitor element electrode or the capacitor insulating film 35 is dry-etched. At this time, the etching residue 37 adheres to the side wall of the mask 36, but as shown in FIG.
The reaction product 37 is washed with a chemical under a nitrogen atmosphere without exposing the substrate to the atmosphere. In this case, the chemical
It is a mixture of hydrochloric acid and water or a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid. Finally, as shown in FIG. 11D, the mask 36 is removed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
10−12836号公報に開示された方法は、強誘電体
膜上に付着した反応生成物を溶解して除去するだけでな
く、強誘電体膜自身も溶解させてしまうという問題があ
った。
However, the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-12836 not only dissolves and removes reaction products attached on the ferroelectric film, but also removes the ferroelectric film. There was a problem that it also dissolved itself.

【0005】PZT、BST、SBTなどの強誘電体膜
は、組成や表面状態等のわずかな変化により、その特性
が大きく変化する。したがって、洗浄により強誘電体膜
を構成する成分が溶解したり、あるいは強誘電体膜表面
が変質したりすると、その特性が大きく劣化することが
ある。したがって、強誘電体膜の特性を劣化させること
なく洗浄を行うには、被洗浄物の物性に応じた最適な薬
液条件の下で洗浄を行うことが必要である。
[0005] The characteristics of ferroelectric films such as PZT, BST, and SBT greatly change due to slight changes in composition, surface condition, and the like. Therefore, if the components constituting the ferroelectric film are dissolved by washing or the surface of the ferroelectric film is altered, its characteristics may be significantly deteriorated. Therefore, in order to perform cleaning without deteriorating the characteristics of the ferroelectric film, it is necessary to perform cleaning under optimal chemical solution conditions according to the properties of the object to be cleaned.

【0006】このように、強誘電体膜が設けられた基板
の洗浄にあっては、強誘電体膜の品質劣化を最小限に抑
えなければならず、強誘電体膜の形成されていない通常
の半導体基板の洗浄とは異なる観点からの厳密な薬液管
理が必要となる。
As described above, in cleaning the substrate provided with the ferroelectric film, the quality deterioration of the ferroelectric film must be minimized. Strict chemical liquid management is required from a viewpoint different from the cleaning of the semiconductor substrate.

【0007】さらに、強誘電体膜をドライエッチングに
よりパターニングした後の洗浄にあっては、より厳密な
レベルの薬液管理が要求される。強誘電体膜をドライエ
ッチングによりパターニングすると、強誘電体膜材料と
エッチングガスとの反応生成物を主成分とするエッチン
グ残渣が強誘電体膜に付着する。このエッチング残渣の
除去は、従来、塩酸と水の混合液や、フッ酸と硝酸の混
合液等により行われていたが、これでは強誘電体膜自身
も溶解してしまうという問題があった。強誘電体膜材料
の化合物を主成分とするエッチング残渣を溶解すること
のできる洗浄液は、同時に強誘電体膜に対しても強い溶
解性を示すからである。したがって強誘電体膜の洗浄
は、エッチング残渣の溶解を伴わない作用に基づくもの
であることが望ましい。また、上記のように強誘電体膜
の溶解を極力避ける必要があることから、リフトオフを
伴わない作用による洗浄が望ましい。このような洗浄方
法として、たとえば、静電反発による作用に基づく洗浄
が考えられる。すなわち、エッチング残渣の強誘電体膜
等に対する付着力やエッチング残渣同士の付着力を有効
に低下させるといった作用に基づく洗浄である。しかし
ながら、このような作用が生じる薬液条件を正確に決定
することは一般に困難である。上記作用の発現する条件
は薬液の種類や洗浄対象等によって異なり、また、この
ような条件を満たす範囲は非常に狭いことが多いからで
ある。したがって、上記作用に基づく洗浄を実現するに
は、薬液と洗浄対象物との反応解析に基づいた厳密な薬
液管理が必須となる。
Further, in cleaning after patterning the ferroelectric film by dry etching, a more strict level of chemical liquid management is required. When the ferroelectric film is patterned by dry etching, an etching residue mainly composed of a reaction product between the ferroelectric film material and an etching gas adheres to the ferroelectric film. Conventionally, the removal of the etching residue has been performed using a mixed solution of hydrochloric acid and water or a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. However, this has a problem that the ferroelectric film itself is also dissolved. This is because a cleaning solution that can dissolve etching residues containing a compound of a ferroelectric film material as a main component also has strong solubility in a ferroelectric film. Therefore, it is desirable that the cleaning of the ferroelectric film is based on the action that does not involve the dissolution of the etching residue. In addition, since it is necessary to minimize dissolution of the ferroelectric film as described above, it is desirable to perform cleaning by an operation without lift-off. As such a cleaning method, for example, cleaning based on an action by electrostatic repulsion can be considered. In other words, the cleaning is based on the effect of effectively reducing the adhesion of the etching residue to the ferroelectric film and the like and the adhesion between the etching residues. However, it is generally difficult to accurately determine the chemical conditions under which such an action occurs. This is because the conditions under which the above-described effects are exhibited differ depending on the type of the chemical solution, the object to be cleaned, and the like, and the range satisfying such conditions is often very narrow. Therefore, in order to realize the cleaning based on the above-described action, it is essential to strictly manage the chemical based on the reaction analysis between the chemical and the object to be cleaned.

【0008】また、強誘電体膜ではなくシリコン酸化膜
等が形成された基板の洗浄においても、近年では従来以
上の高水準の洗浄性が必要とされるようになってきてお
り、高精度の薬液制御が要求されるようになってきた。
ところが従来の洗浄方法では、薬液の濃度や温度を特定
の値に維持することにより薬液を管理する方法が主流と
なっており、薬液と洗浄対象物との反応解析に基づいた
厳密な薬液管理を行う洗浄方法は見い出されていなかっ
た。基板の表面処理に関し、数式を用いて制御する技術
はいくつか提案されており、たとえば特開平1−309
332号公報には、シリコン基板の溶解量とエッチング
レートとの関係式を有する特性線を作成し、これを用い
てエッチング処理時間を自動制御する方法が示されてい
る。これは、基板の溶解の進行に伴って薬液が疲労し、
エッチングレートが低下するという問題に対し、予め作
成した実験式を用い、エッチングレート低下幅を予測す
るものである。しかしながら上記公報記載の技術は基板
のウエットエッチングに関するものであり、基板の洗浄
を目的としたものではなく、また、薬液に係る変数が数
式に取り込まれておらず、薬液の高度な制御を実現する
ものではない。
[0008] In cleaning a substrate on which a silicon oxide film or the like is formed instead of a ferroelectric film, a higher level of cleanability than in the past has been required in recent years. Chemical liquid control has been required.
However, in the conventional cleaning method, a method of controlling the chemical solution by maintaining the concentration and temperature of the chemical solution at a specific value has become mainstream, and strict chemical solution management based on a reaction analysis between the chemical solution and the object to be cleaned is performed. The cleaning method to be performed has not been found. Several techniques for controlling the surface treatment of a substrate using mathematical formulas have been proposed.
JP-A-332-332 discloses a method of creating a characteristic line having a relational expression between a dissolution amount of a silicon substrate and an etching rate and automatically controlling an etching processing time using the characteristic line. This is because the chemical solution becomes fatigued as the dissolution of the substrate progresses,
In order to solve the problem that the etching rate is lowered, an etching rate reduction width is predicted using an empirical formula created in advance. However, the technology described in the above publication relates to wet etching of a substrate, and is not intended for cleaning a substrate, and a variable relating to a chemical is not taken into a mathematical expression, thereby realizing advanced control of a chemical. Not something.

【0009】本願発明は、上記事情に鑑み、酸化膜を備
えた基板の洗浄において、所定の数式を用いて処理対象
物の物性に応じた最適な薬液条件の設定を行うと共に、
洗浄中も当該設定条件に薬液が維持されるように厳密に
管理し、被洗浄物の特性を劣化させずに効果的な洗浄を
行うことのできる半導体基板の洗浄方法および洗浄装置
を提供することを目的としている。
In view of the above circumstances, the present invention sets the optimum chemical solution condition according to the physical properties of the object to be processed by using a predetermined mathematical formula in cleaning the substrate provided with the oxide film.
Provided are a semiconductor substrate cleaning method and a cleaning apparatus capable of strictly managing a chemical solution under the set conditions even during cleaning and performing effective cleaning without deteriorating characteristics of an object to be cleaned. It is an object.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明によれば、表面に金属酸化膜が設けられた半導体基板
を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
により前記金属酸化膜が溶解する量を前記薬液に係る一
または二以上の変数を用いて表現した数式を求め、洗浄
に際し、前記金属酸化膜の溶解する量が所定の範囲内に
収まるように、前記数式に基づいて前記変数を制御する
ことを特徴とする半導体基板の洗浄方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface thereof using a chemical solution. The amount by which the metal oxide film dissolves due to a chemical reaction between the film and the chemical solution is calculated using one or two or more variables related to the chemical solution, and the metal oxide film dissolves during cleaning. A method for cleaning a semiconductor substrate is provided, wherein the variable is controlled based on the mathematical expression so that the amount falls within a predetermined range.

【0011】前述のように、金属酸化膜が設けられた半
導体基板を薬液を用いて洗浄する場合、酸化膜が薬液に
溶解し、その特性が劣化することがある。このような問
題に対し本発明は、酸化膜が薬液に溶解する量を薬液に
係る変数を用いて表現した数式を実験または反応解析等
により求め、これを用いて薬液の制御を行うことにより
解決を図っている。すなわち本発明では、酸化膜の溶解
量を薬液の所定成分の濃度やpH値等を変数とする関数
として定式化し、薬液条件の設定や薬液補充量の制御、
薬液条件の管理の際に、当該変数を制御することにより
酸化膜の溶解量が所定の範囲内に収まるようにしてい
る。
As described above, when a semiconductor substrate provided with a metal oxide film is cleaned using a chemical solution, the oxide film may be dissolved in the chemical solution and its characteristics may be deteriorated. To solve such a problem, the present invention solves the problem by obtaining, by experiment or reaction analysis, a mathematical expression expressing the amount of the oxide film dissolved in the chemical solution using variables related to the chemical solution, and using this to control the chemical solution. Is being planned. That is, in the present invention, the dissolved amount of the oxide film is formulated as a function using the concentration, pH value, and the like of a predetermined component of the chemical solution as variables, and setting of the chemical solution conditions and control of the chemical solution replenishment amount,
In controlling the chemical solution conditions, the variable is controlled so that the dissolved amount of the oxide film falls within a predetermined range.

【0012】また本発明によれば、表面に金属酸化膜が
設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基
板の洗浄方法であって、前記金属酸化膜と前記薬液との
間に起こる化学反応により前記金属酸化膜が受ける損傷
度を前記薬液に係る一または二以上の変数を用いて表現
した数式を求め、洗浄に際し、前記金属酸化膜の損傷度
が所定の範囲内に収まるように、前記数式に基づいて前
記変数を制御することを特徴とする半導体基板の洗浄方
法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, the method comprising the steps of: Obtain a mathematical expression expressing the degree of damage to the metal oxide film by the reaction using one or more variables related to the chemical solution, and during cleaning, such that the degree of damage to the metal oxide film falls within a predetermined range. A method for cleaning a semiconductor substrate is provided, wherein the variable is controlled based on the equation.

【0013】金属酸化膜が設けられた半導体基板を薬液
を用いて洗浄する場合、酸化膜が薬液によって損傷を受
け、その特性が劣化することがある。このような問題に
対し本発明は、酸化膜が薬液に溶解する量を薬液に係る
変数を用いて表現した数式を実験または反応解析等によ
り求め、これを用いて薬液の制御を行うことにより解決
を図っている。すなわち本発明では、酸化膜の損傷度を
薬液の所定成分の濃度やpH値等を変数とする関数とし
て定式化し、薬液条件の設定や薬液補充量の制御、薬液
条件の管理の際に、当該変数を制御することにより酸化
膜の損傷度が所定の範囲内に収まるようにしている。こ
こで酸化膜の損傷度とは、酸化膜表面の荒れ(凹凸)や
変質の程度等をいう。
When a semiconductor substrate provided with a metal oxide film is cleaned using a chemical solution, the oxide film may be damaged by the chemical solution, and its characteristics may be deteriorated. To solve such a problem, the present invention solves the problem by obtaining, by experiment or reaction analysis, a mathematical expression expressing the amount of the oxide film dissolved in the chemical solution using variables related to the chemical solution, and using this to control the chemical solution. Is being planned. That is, in the present invention, the degree of damage to the oxide film is formulated as a function using the concentration of a predetermined component of the chemical solution, the pH value, or the like as a variable, and the setting of the chemical solution condition, the control of the chemical solution replenishment amount, and the management of the chemical solution condition By controlling the variables, the degree of damage to the oxide film falls within a predetermined range. Here, the degree of damage to the oxide film refers to the degree of roughness (irregularities) and alteration of the oxide film surface.

【0014】また本発明によれば、表面に金属酸化膜が
設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基
板の洗浄方法であって、前記金属酸化膜と前記薬液との
間に起こる化学反応による前記薬液の組成の経時変化
を、前記薬液に係る一または二以上の変数を用いて表現
した数式を求め、前記数式に基づいて前記薬液の補充を
行うことを特徴とする半導体基板の洗浄方法が提供され
る。
Further, according to the present invention, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, the method comprising the step of cleaning a semiconductor substrate between the metal oxide film and the chemical solution. Cleaning of a semiconductor substrate, characterized in that a temporal change in the composition of the chemical solution due to a reaction is obtained by using a mathematical expression expressing one or more variables related to the chemical solution, and the chemical solution is replenished based on the mathematical expression. A method is provided.

【0015】さらに本発明によれば、表面に金属酸化膜
が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体
基板の洗浄方法であって、時刻t1における薬液に係る
一または二以上の変数を用いて時刻t2(t2>t1)に
おける前記薬液の組成を表現した数式を求め、前記数式
に基づいて前記薬液の補充を行うことを特徴とする半導
体基板の洗浄方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor substrate cleaning method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, wherein one or more variables related to the chemical solution at time t 1 are provided. The method for cleaning a semiconductor substrate is characterized in that a formula expressing the composition of the chemical solution at time t 2 (t 2 > t 1 ) is obtained by using the formula, and the chemical solution is replenished based on the mathematical formula. .

【0016】薬液を用いて半導体基板を一定時間洗浄す
ると、洗浄に伴う薬液の疲労が起こる。薬液の疲労と
は、薬液中の洗浄成分が減少したり不純物濃度が増加す
ること等をいう。この不純物は、薬液と金属や半導体の
酸化膜、半導体基板材料と、薬液との反応によって生じ
る反応生成物等からなる。薬液の疲労が顕著になると、
洗浄が有効に行われなくなる。また、一定の洗浄度を得
るために洗浄時間を長くとらなければならなくなり、金
属酸化膜の溶解や損傷が大きくなるという問題も生じ
る。そこで本発明では、薬液組成の経時変化を薬液の所
定成分の初期濃度等を変数とする関数として定式化し、
薬液補充の際、当該変数を制御することにより薬液組成
が適正範囲内に収まるようにしている。これにより薬液
の洗浄能力を良好に維持し、かつ、酸化膜の溶解や損傷
度を所定の範囲内に収めつつ、薬液補充を行うことがで
きる。
When a semiconductor substrate is cleaned for a certain period of time using a chemical solution, the chemical solution is fatigued by the cleaning. The chemical solution fatigue means that the cleaning components in the chemical solution decrease or the impurity concentration increases. The impurities include a chemical solution and a metal or semiconductor oxide film, a reaction product generated by a reaction between the semiconductor substrate material and the chemical solution, and the like. When the fatigue of the drug solution becomes remarkable,
Cleaning is not performed effectively. In addition, a long cleaning time must be taken in order to obtain a certain degree of cleaning, which causes a problem that the dissolution and damage of the metal oxide film increase. Therefore, in the present invention, the change over time of the chemical solution composition is formulated as a function using the initial concentration of a predetermined component of the chemical solution as a variable,
At the time of replenishing the chemical, the variable is controlled so that the chemical composition falls within an appropriate range. As a result, the chemical solution can be replenished while maintaining the cleaning ability of the chemical solution well and keeping the dissolution and damage degree of the oxide film within a predetermined range.

【0017】また本発明によれば、表面に金属酸化膜が
設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基
板の洗浄方法であって、前記金属酸化膜と前記薬液との
間に起こる化学反応を前記薬液に係る一または二以上の
変数を用いて表現した数式を求め、洗浄に際し、前記数
式に基づいて前記変数を制御することにより前記化学反
応の進行を制御することを特徴とする半導体基板の洗浄
方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface thereof using a chemical solution, the method comprising the step of cleaning a semiconductor substrate between the metal oxide film and the chemical solution. A semiconductor, wherein a reaction is obtained by calculating a mathematical expression using one or more variables related to the chemical solution, and at the time of cleaning, controlling the progress of the chemical reaction by controlling the variable based on the mathematical formula. A method for cleaning a substrate is provided.

【0018】「前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こ
る化学反応」とは、薬液による酸化膜の溶解や変質等を
表す化学反応をいう。本発明では、薬液に係る変数を用
い、上記化学反応を反応速度式や化学平衡式等として表
現する。すなわち、反応速度等を、薬液の所定成分の濃
度等を変数とする関数として定式化し、薬液条件の設定
や薬液補充量の制御、薬液条件の管理の際に、上記変数
を制御することにより当該化学反応の進行を制御するも
のである。
"Chemical reaction occurring between the metal oxide film and the chemical solution" refers to a chemical reaction representing the dissolution or alteration of the oxide film by the chemical solution. In the present invention, the chemical reaction is expressed as a reaction rate equation, a chemical equilibrium equation, or the like using variables related to the chemical solution. That is, the reaction rate or the like is formulated as a function using the concentration of a predetermined component of the chemical solution or the like as a variable. It controls the progress of the chemical reaction.

【0019】また本発明によれば、表面に金属酸化膜が
設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基
板の洗浄装置であって、(A)薬液に含まれる所定成分
の濃度または薬液に含まれる化学種の濃度、活量もしく
は活量に係る物理量を間欠的にあるいは連続的に計測す
る計測手段と、(B)薬液の性状を制御するための数式
および薬液に係る所定のデータを記憶するデータ記憶手
段と、(C)前記計測手段により得られた測定値と、前
記データ記憶手段に記憶された前記数式および前記所定
のデータとをもとに、最適薬液条件を算出する演算手段
と、(D)前記最適薬液条件にて洗浄が行われるよう
に、薬液の所定成分の補充を行う薬液補充手段とを備え
たことを特徴とする半導体基板の洗浄装置、が提供され
る。
Further, according to the present invention, there is provided a semiconductor substrate cleaning apparatus for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface by using a chemical, wherein (A) a concentration of a predetermined component contained in the chemical or a chemical. Measuring means for intermittently or continuously measuring the concentration, activity or physical quantity related to the activity of the chemical species contained in (A), and (B) a mathematical formula for controlling the properties of the chemical solution and predetermined data related to the chemical solution. Data storage means for storing; and (C) arithmetic means for calculating an optimum chemical solution condition based on the measured value obtained by the measurement means and the mathematical formula and the predetermined data stored in the data storage means. And (D) a chemical liquid replenishing means for replenishing a predetermined component of the chemical liquid so as to perform the cleaning under the optimum chemical liquid condition.

【0020】この洗浄装置は、薬液の性状を制御するた
めの数式等を記憶するデータ記憶手段を備えており、こ
の数式等に基づいて最適薬液条件、すなわち所望の洗浄
効率の得られる条件にて洗浄が行われるように、薬液の
所定成分の補充が行われる。このため、上述した本発明
の半導体基板の洗浄方法を好適に実現することができ、
金属酸化膜の溶解や損傷、あるいは薬液の疲労を回避し
つつ効率的な洗浄を行うことができる。
This cleaning device is provided with data storage means for storing mathematical formulas and the like for controlling the properties of the chemical solution, and based on the mathematical formulas and the like, under the optimal chemical solution conditions, that is, the conditions under which the desired cleaning efficiency can be obtained. Replenishment of a predetermined component of the chemical solution is performed so that cleaning is performed. Therefore, the above-described method for cleaning a semiconductor substrate of the present invention can be suitably realized,
Efficient cleaning can be performed while avoiding dissolution or damage of the metal oxide film or fatigue of the chemical solution.

【0021】ここで、薬液の性状を制御するための数式
とは、金属酸化膜の溶解量や損傷度、薬液の組成の経時
変化を表す数式等をいい、薬液に含まれる所定成分の濃
度または薬液に含まれる化学種の濃度、活量もしくは活
量に係る物理量を変数として含むものをいう。また、
「薬液の所定成分の補充」とは、洗浄途中における薬液
の補充のみならず、初期の薬液の仕込みも含むものであ
る。
Here, the mathematical expression for controlling the properties of the chemical solution refers to an expression representing the amount of dissolution and damage of the metal oxide film, the temporal change of the composition of the chemical solution, and the like, and the concentration or the concentration of a predetermined component contained in the chemical solution. It refers to a substance containing the concentration, activity or physical quantity related to the activity of a chemical species contained in a chemical solution as a variable. Also,
“Replenishment of a predetermined component of the chemical” includes not only the replenishment of the chemical during the cleaning but also the initial preparation of the chemical.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明は、表面に金属酸化膜が設
けられた半導体基板の洗浄方法に関するものである。金
属酸化膜とは、シリコン酸化膜や強誘電体膜等をいう。
これらの膜を備えた基板の洗浄においては、反応解析に
基づいた厳密な薬液管理が必要となる。特に強誘電体膜
を備えた半導体基板の洗浄にあっては、強誘電体膜の溶
解や変質を防止する必要があることから、より厳密な薬
液管理が必須となる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention relates to a method for cleaning a semiconductor substrate having a surface provided with a metal oxide film. The metal oxide film refers to a silicon oxide film, a ferroelectric film, or the like.
In the cleaning of a substrate provided with these films, strict control of chemicals based on reaction analysis is required. In particular, in cleaning a semiconductor substrate provided with a ferroelectric film, it is necessary to prevent the ferroelectric film from being dissolved or deteriorated, and thus more strict management of a chemical solution is essential.

【0023】本発明においては、半導体基板の種類は特
に限定されず、シリコン基板の他、SOI基板やIII−
V族半導体材料からなる基板等を用いることもできる。
In the present invention, the type of the semiconductor substrate is not particularly limited.
A substrate or the like made of a group V semiconductor material can also be used.

【0024】本発明は、所定の数式を用いて薬液に係る
変数を制御し、これにより金属酸化膜が溶解する量、損
傷度、薬液組成の経時変化、あるいは化学反応の進行を
一定範囲内に制御するものである。薬液に係る変数と
は、薬液の性状等を表す変数をいい、薬液に係る所定の
変数をいい、たとえば、薬液の組成または温度、薬
液に含まれる所定成分の濃度または薬液に含まれる化学
種の濃度、活量もしくは活量に係る物理量、薬液のpH
値等が挙げられる。所定の数式は、実験あるいは化学的
解析により求めることができる。洗浄対象が強誘電体膜
を含む場合は、pH等を変数として用いることが好まし
い。
According to the present invention, a variable relating to a chemical solution is controlled using a predetermined mathematical formula, whereby the amount of metal oxide film dissolved, the degree of damage, the change over time in the chemical solution composition, or the progress of a chemical reaction are kept within a certain range. To control. The variable relating to the chemical refers to a variable representing the property of the chemical, etc., and refers to a predetermined variable relating to the chemical, such as the composition or temperature of the chemical, the concentration of a predetermined component included in the chemical, or the chemical species included in the chemical. Concentration, activity or physical quantity related to activity, pH of drug solution
And the like. The predetermined mathematical expression can be obtained by experiment or chemical analysis. When the object to be cleaned includes a ferroelectric film, it is preferable to use pH or the like as a variable.

【0025】本発明における強誘電体膜は、たとえば容
量素子の容量絶縁膜として用いられる。強誘電体とは、
自発分極を有し、それが電界により反転できる性質を持
つ材料をいう。代表的にはペロブスカイト構造を有する
金属酸化物を挙げることができる。
The ferroelectric film of the present invention is used, for example, as a capacitive insulating film of a capacitive element. What is ferroelectric?
A material that has spontaneous polarization and has the property that it can be inverted by an electric field. Typically, a metal oxide having a perovskite structure can be given.

【0026】本発明における強誘電体膜とは、たとえば
比誘電率10以上の金属酸化膜をいう。このうち、スト
ロンチウム、チタン、バリウム、ジルコニウム、鉛、ビ
スマス、タンタルから選ばれる少なくとも一種を含む酸
化物であることが好ましい。具体的には、BST(Ba
xSr1-xTiO3)、PZT(PbZrxTi1-x3)、
PLZT(Pb1-yLayZrxTi1-x3)、SrBi2
Ta29などのペロブスカイト系材料からなる膜である
ことが好ましい(ここで上記化合物いずれについても、
0≦x≦1、0<y<1である。)。また、Ta25
どを用いることもできる。このような材料を選択した場
合、本発明の効果はより顕著に発揮される。すなわち、
これらの材料を容量素子に適用した場合、大きな蓄積容
量が得られる一方で、強誘電体膜の膜減り・特性劣化を
抑えつつエッチング残渣を除去することが困難であると
いう課題を有していた。本発明の方法では、かかる課題
が解決されるので、上記材料の優れた特性を充分に活か
すことができる。
The ferroelectric film in the present invention is, for example, a metal oxide film having a relative dielectric constant of 10 or more. Among them, an oxide containing at least one selected from strontium, titanium, barium, zirconium, lead, bismuth, and tantalum is preferable. Specifically, BST (Ba
x Sr 1-x TiO 3 ), PZT (PbZr x Ti 1-x O 3 ),
PLZT (Pb 1-y La y Zr x Ti 1-x O 3), SrBi 2
It is preferable that the film is a film made of a perovskite-based material such as Ta 2 O 9 .
0 ≦ x ≦ 1 and 0 <y <1. ). Alternatively, Ta 2 O 5 or the like can be used. When such a material is selected, the effects of the present invention are more remarkably exhibited. That is,
When these materials are applied to a capacitor, a large storage capacitance can be obtained, but there is a problem that it is difficult to remove an etching residue while suppressing a film loss and a characteristic deterioration of a ferroelectric film. . According to the method of the present invention, since such a problem is solved, the excellent characteristics of the above-mentioned material can be fully utilized.

【0027】本発明において強誘電体膜の成膜方法は特
に限定されない。たとえばPZT膜の場合、ゾルゲル
法、スパッタ法、CVD法等の公知の方法により成膜す
ることができる。
In the present invention, the method for forming the ferroelectric film is not particularly limited. For example, in the case of a PZT film, it can be formed by a known method such as a sol-gel method, a sputtering method, and a CVD method.

【0028】本発明の洗浄方法は、強誘電体膜を備えた
基板を洗浄対象とした場合に顕著な効果を発揮し、特に
ドライエッチングによりパターニングされた強誘電体膜
を備えた基板を洗浄対象とした場合により顕著な効果を
発揮する。強誘電体膜を備えた基板を洗浄対象とする場
合、薬液としてアルカリ性洗浄液を用いることが好まし
い。強誘電体膜に付着したエッチング残渣は、アルカリ
性洗浄液を用いて洗浄することにより効果的に除去され
る。ところが、アルカリ性洗浄液を用いた洗浄では、エ
ッチング残渣の溶解やリフトオフ効果による洗浄作用で
はなく、主として、エッチング残渣の強誘電体膜等に対
する付着力やエッチング残渣同士の付着力を有効に低下
させるといった洗浄作用により洗浄が行われる。このよ
うな作用に基づく洗浄は、より厳密な薬液管理が必要で
あり、薬液と洗浄対象物との反応解析に基づいて薬液の
制御を行う本発明の効果がより顕著に発揮される。
The cleaning method of the present invention exhibits a remarkable effect when a substrate having a ferroelectric film is to be cleaned, and in particular, a substrate having a ferroelectric film patterned by dry etching is to be cleaned. In this case, a more remarkable effect is exhibited. When a substrate provided with a ferroelectric film is to be cleaned, it is preferable to use an alkaline cleaning liquid as a chemical. The etching residue adhering to the ferroelectric film is effectively removed by washing with an alkaline washing solution. However, the cleaning using the alkaline cleaning liquid is not a cleaning action due to the dissolution or lift-off effect of the etching residue, but mainly a cleaning that effectively reduces the adhesion of the etching residue to the ferroelectric film and the like and the adhesion between the etching residues. Cleaning is performed by the action. Cleaning based on such an action requires more strict management of the chemical solution, and the effect of the present invention of controlling the chemical solution based on the analysis of the reaction between the chemical solution and the object to be cleaned is more remarkably exhibited.

【0029】本発明におけるアルカリ性洗浄液はアルカ
リ性のものであればよいが、好ましくは8以上、さらに
好ましくは9以上とすることにより、強誘電体膜の膜減
りを防止しつつエッチング残渣をより一層効果的に除去
することができる。また、pHを13以下、より好まし
くは12以下とすることにより、半導体基板上に形成さ
れたシリコン酸化膜表面等の溶解や表面の荒れを抑える
ことができる。
The alkaline cleaning solution in the present invention may be any alkaline solution, but is preferably 8 or more, more preferably 9 or more, so that the etching residue can be more effectively prevented while preventing the ferroelectric film from being thinned. Can be removed. Further, by setting the pH to 13 or less, more preferably 12 or less, dissolution and surface roughness of the surface of the silicon oxide film formed on the semiconductor substrate can be suppressed.

【0030】本発明におけるアルカリ性洗浄液は、強誘
電体膜の組成成分の酸化還元電位よりも低い酸化還元電
位を有することが好ましく、負の酸化還元電位を有する
ことがより好ましい。強誘電体膜の組成成分の酸化還元
電位よりも高い酸化還元電位を有するものは、強誘電体
膜の表面近傍に存在する酸化状態の不完全な組成成分を
酸化する作用を有するため、強誘電体膜表面を変質さ
せ、その特性を劣化させることがある。たとえばAPM
(アンモニア−過酸化水素水)の酸化還元電位は、正の
値であって強誘電体膜として使用される金属酸化物の酸
化還元電位よりも高い値を示す。このため強誘電体膜の
表面を変質し特性を損なうことがある。
The alkaline cleaning solution of the present invention preferably has a redox potential lower than the redox potential of the components of the ferroelectric film, and more preferably has a negative redox potential. A ferroelectric film having an oxidation-reduction potential higher than the oxidation-reduction potential of a composition component has a function of oxidizing an incompletely oxidized composition component existing near the surface of the ferroelectric film. In some cases, the surface of the body film may be deteriorated and its characteristics may be deteriorated. For example, APM
The oxidation-reduction potential of (ammonia-hydrogen peroxide solution) is a positive value and is higher than the oxidation-reduction potential of a metal oxide used as a ferroelectric film. For this reason, the surface of the ferroelectric film may be deteriorated and its characteristics may be impaired.

【0031】上記と同様の理由により、本発明における
アルカリ性洗浄液は、酸化剤や還元剤を含まないことが
好ましい。特に、強誘電体膜に対して酸化剤としても還
元剤としても作用しうる過酸化水素を併用すると、過酸
化水素が強誘電体膜と反応し自己分解を生じるほか、強
誘電体膜に含まれる特定の元素(たとえばTi等)と錯
体を形成し、表面の組成ずれを起こすため、併用を避け
ることが好ましい。
For the same reason as described above, it is preferable that the alkaline cleaning solution in the present invention does not contain an oxidizing agent or a reducing agent. In particular, when hydrogen peroxide, which can act as both an oxidizing agent and a reducing agent, is used in combination with the ferroelectric film, the hydrogen peroxide reacts with the ferroelectric film to cause self-decomposition and is included in the ferroelectric film. It is preferable to avoid using a specific element (for example, Ti or the like) in combination to form a complex with the specific element (for example, Ti or the like) and cause a surface composition deviation.

【0032】本発明におけるアルカリ性洗浄液として、
たとえば、アンモニア水、アミン類、アンモニウム塩な
どを含む洗浄液が用いられる。これらのうち、いずれを
選択した場合でもアルカリ性であることに起因する静電
反発作用が得られ、エッチング残渣を除去することがで
きる。しかしながら、上記のうち特定の種類のものを選
択することにより、さらに多くの利点を得ることができ
る。たとえば、アンモニア、水酸化テトラメチルアンモ
ニウム(TMAH)、および水酸化トリメチル(2−ヒ
ドロキシ)エチルアンモニウムからなる群から選ばれる
一または二以上の成分を含有することが好ましい。この
ような成分を含有する洗浄液を用いれば、強誘電体膜の
膜減りを防止しつつエッチング残渣をより一層効果的に
除去することができる。また洗浄液の残存も少なく、強
誘電体膜に吸着して特性に悪影響を与えることが少な
い。また洗浄後のすすぎ工程を簡略化できるという利点
も得られる。このうちアンモニア水が特に好ましい。洗
浄液の残存を特に低減することができ、洗浄後のすすぎ
工程を著しく簡略化できる。また洗浄液の濃度等の管理
が容易であり、洗浄液組成の変動による処理のばらつき
を低減できる。
As the alkaline cleaning solution in the present invention,
For example, a cleaning solution containing aqueous ammonia, amines, ammonium salts, and the like is used. Whichever one of them is selected, an electrostatic repulsion action due to being alkaline can be obtained, and an etching residue can be removed. However, more advantages can be obtained by selecting particular ones of the above. For example, it is preferable to contain one or more components selected from the group consisting of ammonia, tetramethylammonium hydroxide (TMAH), and trimethyl (2-hydroxy) ethylammonium hydroxide. By using a cleaning solution containing such components, it is possible to more effectively remove etching residues while preventing the ferroelectric film from being reduced in thickness. Further, there is little residual cleaning liquid, and the cleaning liquid is less likely to be adsorbed on the ferroelectric film and adversely affect the characteristics. Another advantage is that the rinsing step after washing can be simplified. Of these, aqueous ammonia is particularly preferred. The residual cleaning solution can be particularly reduced, and the rinsing step after cleaning can be significantly simplified. Further, it is easy to control the concentration of the cleaning liquid and the like, and it is possible to reduce the variation in the processing due to the fluctuation of the cleaning liquid composition.

【0033】本発明におけるアルカリ性洗浄液として、
電解カソード水を含む溶液を用いることもできる。電解
カソード水とは、たとえば純水やアンモニウムイオンを
含む水を電気分解した際に、陰極側に生成される液のこ
とをいう。電解カソード水は陰極で発生する活性水素に
より高い還元性を有するため、強誘電体膜表面の変質を
もたらすことなく強誘電体膜やエッチング残渣の表面電
位をともに負に帯電することができる。これによりエッ
チング残渣を効果的に除去することができる。
As the alkaline cleaning solution in the present invention,
A solution containing electrolytic cathode water can also be used. Electrolytic cathode water refers to a liquid generated on the cathode side when, for example, pure water or water containing ammonium ions is electrolyzed. Since the electrolytic cathode water has a high reducing property due to the active hydrogen generated at the cathode, both the surface potential of the ferroelectric film and the surface potential of the etching residue can be negatively charged without deteriorating the surface of the ferroelectric film. Thereby, the etching residue can be effectively removed.

【0034】また電解カソード水は、アンモニア水等と
比較してシリコン酸化膜等に対するエッチング作用が小
さいため、シリコン酸化膜の溶解や表面の変性を極力避
ける必要がある場合は、電解カソード水を使用すること
が望ましい。たとえば容量素子の製造工程においては、
強誘電体膜やこれを挟む電極の形成後の洗浄において、
シリコン酸化膜(層間絶縁膜)が露出した状態で洗浄が
行われることが多い。このシリコン酸化膜の溶解等を特
に抑えたい場合には、電解カソード水を使用することが
望ましい。DRAM等の製造においては、層間絶縁膜と
してSOG(SpinOnGlass)膜やHSQ(HydrogenSilis
esquioxane)膜等の低誘電率膜がしばしば利用される。
このSOG膜やHSQ膜は、誘電率が低いために配線間
容量を低減できるという利点があるが、薬液に対する耐
性が低いという問題を併せ持っている。このためSOG
膜等を層間絶縁膜として用いた場合、洗浄液によりSO
G膜等の表面がエッチングされたり表面が変成して誘電
率が上昇する等の問題が生じることがある。したがって
このような場合は、電解カソード水を使用することが望
ましい。
Electrolytic cathode water has a smaller etching effect on a silicon oxide film and the like than ammonia water and the like. Therefore, when it is necessary to minimize dissolution of the silicon oxide film and surface modification, use the electrolytic cathode water. It is desirable to do. For example, in the manufacturing process of a capacitive element,
In cleaning after the formation of the ferroelectric film and the electrodes sandwiching it,
Cleaning is often performed with the silicon oxide film (interlayer insulating film) exposed. If it is desired to particularly suppress the dissolution of the silicon oxide film, it is desirable to use electrolytic cathode water. In the manufacture of DRAM and the like, an SOG (SpinOnGlass) film or an HSQ (HydrogenSilis) is used as an interlayer insulating film.
Low dielectric constant films such as esquioxane) films are often used.
Although the SOG film and the HSQ film have an advantage that the capacitance between wirings can be reduced because of their low dielectric constant, they also have a problem that their resistance to a chemical solution is low. For this reason, SOG
When a film or the like is used as an interlayer insulating film, SO
Problems such as etching of the surface of the G film or the like and modification of the surface to increase the dielectric constant may occur. Therefore, in such a case, it is desirable to use electrolytic cathode water.

【0035】電解カソード水を得るための生成装置とし
て二槽式電気分解方式の装置が一般的に使用される(1
985年発行の電気化学便覧第4版のp.277等)。
電解カソード水の原水、すなわち純水またはアンモニウ
ムイオンを少量(0.5重量%以下)含む水は各電解槽
に送られ、そこで直流電圧を印加することで電気分解さ
れる。陰極側から得られる電解カソード水は、陰極で発
生する活性水素により高い還元性を有するため、強誘電
体膜やSOG膜等に悪影響を与えることなくエッチング
残渣を効果的に除去することができる。
As a generator for obtaining electrolytic cathode water, a two-tank electrolysis type apparatus is generally used (1).
Electrochemical Handbook, 4th Edition, p. 277 etc.).
Raw water of electrolytic cathode water, that is, pure water or water containing a small amount (0.5% by weight or less) of ammonium ions is sent to each electrolytic cell, where it is electrolyzed by applying a DC voltage. Since the electrolytic cathode water obtained from the cathode side has a high reducing property due to active hydrogen generated at the cathode, etching residues can be effectively removed without adversely affecting the ferroelectric film, the SOG film and the like.

【0036】本発明におけるアルカリ性洗浄液として、
キレート化剤を含むものを用いることができる。キレー
ト化剤とは、金属や金属酸化物、特にエッチング残渣に
対してキレート錯体を形成する能力を有する化合物をい
う。具体的には、エチレンジアミン四酢酸(EDT
A)、トランス−1,2−シクロヘキサンジアミン四酢
酸(CyDTA)、ニトリロトリ酢酸(NTA)、ジエ
チレントリアミンペンタ酢酸(DTPA)、N−(2−
ヒドロキシエチル)エチレンジアミン−N,N’,N’
−トリ酢酸(EDTA−OH)等の化合物、またはこれ
らの塩が挙げられる。塩を用いる場合は、半導体装置の
特性に悪影響を及ぼさない塩が好ましく、特にアンモニ
ウム塩のように金属を含まない塩が好ましい。キレート
化剤の含有率は、アルカリ性洗浄液に対して好ましくは
1〜10,000ppm、より好ましくは10〜1,0
00ppmとする。この濃度が薄すぎると充分なキレー
ト効果が得られず、逆に濃すぎると基板表面に有機物が
残存して半導体素子の性能を劣化させる要因になった
り、廃液の処理に費用がかかる。このようなキレート化
剤を用いれば、エッチング残渣の除去効果が高まるばか
りでなく、いったん除去したエッチング残渣の再付着を
効果的に防止することができる。
As the alkaline cleaning solution in the present invention,
Those containing a chelating agent can be used. The chelating agent refers to a compound having the ability to form a chelate complex with a metal or metal oxide, particularly an etching residue. Specifically, ethylenediaminetetraacetic acid (EDT
A), trans-1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid (CyDTA), nitrilotriacetic acid (NTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), N- (2-
(Hydroxyethyl) ethylenediamine-N, N ′, N ′
-Compounds such as triacetic acid (EDTA-OH), or salts thereof. When a salt is used, a salt that does not adversely affect the characteristics of the semiconductor device is preferable, and a salt that does not contain a metal such as an ammonium salt is particularly preferable. The content of the chelating agent is preferably 1 to 10,000 ppm, more preferably 10 to 1,0 ppm with respect to the alkaline washing liquid.
00 ppm. If the concentration is too low, a sufficient chelating effect cannot be obtained. Conversely, if the concentration is too high, organic substances remain on the substrate surface, deteriorating the performance of the semiconductor device, and costly waste liquid treatment is required. The use of such a chelating agent not only enhances the effect of removing the etching residue, but also can effectively prevent reattachment of the etching residue once removed.

【0037】本発明の洗浄を行う際、超音波を印加して
もよい。このようにすることによって洗浄効果を一層高
めることができることがある。この場合、超音波の周波
数は800kHz以上とすることが好ましい。800k
Hz未満であると、ウエハにダメージを与えることがあ
り、また、超音波による洗浄作用が充分に得られない場
合がある。
When performing the cleaning of the present invention, ultrasonic waves may be applied. By doing so, the cleaning effect may be further enhanced. In this case, the frequency of the ultrasonic wave is preferably 800 kHz or more. 800k
If the frequency is lower than Hz, the wafer may be damaged, and the cleaning action by the ultrasonic wave may not be sufficiently obtained.

【0038】本発明における洗浄において、洗浄方法と
しては種々のものを適用することができる。たとえば浸
漬法、スプレー法、ロール塗布法、スピンコート法また
は他の機械的方法を用いることができる。
In the cleaning in the present invention, various cleaning methods can be applied. For example, dipping, spraying, roll coating, spin coating, or other mechanical methods can be used.

【0039】次に、本発明の好ましい実施形態として、
半導体基板上に成膜した強誘電体膜をドライエッチング
によりパターニングした後の洗浄を例に挙げて説明す
る。
Next, as a preferred embodiment of the present invention,
The cleaning after patterning a ferroelectric film formed on a semiconductor substrate by dry etching will be described as an example.

【0040】(第一の実施形態)本発明者らは、洗浄の
際に生じる強誘電体膜の特性劣化が、薬液による当該強
誘電体膜の溶解に大きく係わることを見出し、さらに、
この溶解反応が薬液のpH(または水素イオン濃度また
は水酸化物イオン濃度)に依存することを見出した。か
かる知見を踏まえ、洗浄に関わる溶解反応を化学平衡解
析、化学反応速度解析、その他の化学反応の解析手法に
より、当該解析結果と実験的に得られた結果と照合する
ことで、酸化物の溶解量を算出する溶解量算出式を導出
した。当該溶解量計算式を金属酸化膜の洗浄における薬
液条件の設定に用いることにより、強誘電体膜の特性を
劣化させずに効果的な洗浄を行うことができる。
(First Embodiment) The present inventors have found that the property deterioration of a ferroelectric film caused during cleaning is greatly related to the dissolution of the ferroelectric film by a chemical solution.
It has been found that this dissolution reaction depends on the pH (or hydrogen ion concentration or hydroxide ion concentration) of the chemical solution. Based on this knowledge, the dissolution reaction related to cleaning can be compared with experimental results by chemical equilibrium analysis, chemical reaction rate analysis, and other chemical reaction analysis methods to dissolve oxides. A dissolution amount calculation formula for calculating the amount was derived. By using the formula for calculating the amount of dissolution for setting the chemical solution conditions for cleaning the metal oxide film, effective cleaning can be performed without deteriorating the characteristics of the ferroelectric film.

【0041】まず、本実施形態において洗浄条件の設定
に用いる溶解量計算式について説明する。
First, the equation for calculating the amount of dissolution used for setting the washing conditions in this embodiment will be described.

【0042】溶解度積(KS)は、溶液中での難溶性塩
の溶解度を示す尺度として用いることができるが、金属
酸化物(Mlm)においては、その水和物とも考えられ
る金属水酸化物(M(OH)m,m=1,2,...)
の溶解度積を調べることにより、その溶解度を推定する
ことができる。なお、複酸化物については、金属の酸化
状態に応じてそれぞれの水酸化物の溶解度積を考慮する
ことが必要となる。式(1)は、金属水酸化物の溶解反
応における化学平衡関係を表す。式(2)は、その溶解
度積(KS)であり、塩を構成する金属イオン(Mm+
と水酸化物イオン(OH-)の濃度の積で与えられる。
さらに、前記溶解度積(KS)は、式(3)および式
(4)で与えられる水の解離定数(KW)とphを代入
することにより式(5)に変形できる。なお、KWは温
度により決まる定数(平衡定数)であり、標準エンタル
ピー変化(ΔHO)、標準エントロピー変化(ΔSO)、
絶対温度(T)から求めることができる。式(5)は、
金属水酸化物が溶解して生ずる金属イオンの飽和濃度を
表し、すなわち、金属水酸化物の飽和溶解量と見なすこ
とができる。図1に、式(5)に基づき得られる塩基性
酸化物の飽和溶解量と溶液のpHの関係を示す。一般
に、酸化物の溶解量は、溶液のpHに強く依存する。
The solubility product (K S ) can be used as a measure of the solubility of a sparingly soluble salt in a solution. In the case of a metal oxide (M 1 O m ), the solubility product (K S ) Hydroxide (M (OH) m , m = 1, 2,...)
By examining the solubility product of, its solubility can be estimated. In the case of a complex oxide, it is necessary to consider the solubility product of each hydroxide according to the oxidation state of the metal. Equation (1) represents a chemical equilibrium relationship in a metal hydroxide dissolution reaction. Equation (2) is the solubility product (K S ) of the metal ion (M m + ) constituting the salt.
And the concentration of hydroxide ion (OH ).
Further, the solubility product (K S ) can be transformed into Equation (5) by substituting the water dissociation constant (K W ) and ph given by Equations (3) and (4). Here, K W is a constant (equilibrium constant) determined by temperature, and changes in standard enthalpy (ΔH O ), standard entropy (ΔS O ),
It can be determined from the absolute temperature (T). Equation (5) is
It represents the saturation concentration of metal ions generated by dissolution of metal hydroxide, that is, it can be regarded as the saturated solubility of metal hydroxide. FIG. 1 shows the relationship between the saturated dissolved amount of the basic oxide obtained based on the formula (5) and the pH of the solution. In general, the amount of oxide dissolved strongly depends on the pH of the solution.

【0043】[0043]

【数1】 (Equation 1)

【0044】一方、化学反応の反応速度(rV)は、一
般に反応系内の物質濃度に依存し、実験的には反応種の
濃度([X],[Y]...)と反応速度定数(k)の
積で式(6)に表される。前記溶解反応において、正反
応のみを考慮すれば、溶解量(w)は溶解速度(r)と
時間(t)の積で式(7)に与えられる。この場合、飽
和溶解量は、平衡到達までに要する反応時間での溶解速
度(r)の積分値で近似される。この積分で得られた飽
和溶解量と式(5)で表される飽和溶解量を比較するこ
とにより、式(8)のように溶解量計算式(W1)が導
かれる。式(8)において、phは変数であり、α、β
は被洗浄物、薬液成分、温度等の条件によって決まる定
数である。
On the other hand, the reaction rate (r V ) of a chemical reaction generally depends on the concentration of a substance in a reaction system, and experimentally, the concentration ([X], [Y]. The product of the constant (k) is expressed by equation (6). In the dissolution reaction, if only the positive reaction is considered, the dissolution amount (w) is given by the product of the dissolution rate (r) and the time (t) in equation (7). In this case, the saturated dissolution amount is approximated by the integral value of the dissolution rate (r) in the reaction time required to reach equilibrium. By comparing the saturated dissolved amount obtained by this integration with the saturated dissolved amount represented by the formula (5), a dissolved amount calculation formula (W 1 ) is derived as in the formula (8). In equation (8), ph is a variable, α, β
Is a constant determined by conditions such as an object to be cleaned, a chemical solution component, and temperature.

【0045】[0045]

【数2】 (Equation 2)

【0046】以上は、特に金属水酸化物の化学平衡が式
(1)により表される場合についての説明であるが、金
属水酸化物の種類によっては、式(9)の化学平衡に表
される反応が生じ、ヒドロキシ錯体(M(OH)
(m+n-1) n-1)が生成する場合がある。この場合、溶液中
に存在するヒドロキシ錯体の濃度([M(OH)
(m+n-1) n-1])は式(10)で与えられる。KSnは、当
該平衡における平衡定数である。したがって、溶液中の
ヒドロキシ錯体の総濃度(Σ[M(O
H)(m+n-1) n-1])は式(11)のようになり、当該溶
解反応における金属水酸化物の溶解量が与えられる。式
(8)と同様に、溶解量計算式(Wn)を式(12)に
定める。なお、式(12)において、n=1は式(8)
に相当する。
The above is a description in particular of the case where the chemical equilibrium of the metal hydroxide is represented by the formula (1). Depending on the type of the metal hydroxide, the chemical equilibrium of the formula (9) may be used. Reaction occurs and the hydroxy complex (M (OH)
(m + n-1) n-1 ) may be generated. In this case, the concentration of the hydroxy complex present in the solution ([M (OH)
(m + n-1) n-1 ]) is given by equation (10). K Sn is an equilibrium constant in the equilibrium. Therefore, the total concentration of the hydroxy complex in the solution (Σ [M (O
H) (m + n-1) n-1 ]) is given by the formula (11), and gives the amount of metal hydroxide dissolved in the dissolution reaction. Similarly to the equation (8), the equation for calculating the amount of dissolution (W n ) is defined in the equation (12). Note that in the equation (12), n = 1 is obtained by the equation (8)
Is equivalent to

【0047】[0047]

【数3】 (Equation 3)

【0048】次に、上記数式を用いた薬液条件および薬
液補充量の確定方法について説明する。
Next, a description will be given of a method of determining the chemical solution condition and the chemical solution replenishment amount using the above formula.

【0049】上記薬液条件の設定において、特に重要と
されるのは薬液のpH条件である。このpH条件は、金
属酸化膜の特性に劣化が生じないための許容溶解量を予
め設定することにより、前記溶解量計算式を用いて算出
される。図2(a)、図2(b)は、それぞれ式(8)、式
(12)の溶解量計算式を用いて得られる強誘電体膜の
溶解量(W)と薬液のpHの関係図である。図2(a)、
図2(b)において、W *は強誘電体膜の許容溶解量であ
る。当該pH条件の算出に式(8)を用いた場合には、
薬液のpH条件をW*に対応するpH(図2(a)中の
pH*)よりも大きくすることで、薄膜の劣化を抑える
ことができる。同様に、当該算出に式(12)を用いた
場合には、薬液のpH条件をpH* min≦pH≦pH* max
の範囲に設定することで薄膜の劣化を抑えることができ
る。
In setting the above chemical solution conditions, it is particularly important.
What is performed is the pH condition of the drug solution. This pH condition is
Predict the allowable amount of dissolution so that the characteristics of the oxide film do not deteriorate.
Calculated using the above formula for calculating the amount of dissolution.
Is done. 2 (a) and 2 (b) show equations (8) and (8), respectively.
Of the ferroelectric film obtained by using the dissolution amount calculation formula of (12)
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a dissolution amount (W) and a pH of a chemical solution. FIG. 2 (a),
In FIG. 2B, W *Is the allowable dissolution amount of the ferroelectric film.
You. When equation (8) is used to calculate the pH condition,
Set pH condition of chemical solution to W*(FIG. 2 (a))
pH*) To suppress degradation of the thin film
be able to. Similarly, equation (12) was used for the calculation.
In this case, set the pH condition of the drug solution to pH* min≦ pH ≦ pH* max
By setting the range, the deterioration of the thin film can be suppressed.
You.

【0050】次に、pH* min≦pH≦pH* maxに設定し
た場合について、薬液補充量の確定方法について説明す
る。この方法は、薬液の過剰量または不足量を薬液に係
る一または二以上の変数を用いて表現した数式を求め、
洗浄に際し、金属酸化膜の溶解する量または損傷度が所
定の範囲内に収まるように、前記数式に基づいて前記変
数を制御するものである。
Next, a method for determining the replenishing amount of the chemical solution when pH * min ≦ pH ≦ pH * max is set will be described. This method obtains a mathematical expression expressing the excess or deficiency of the drug solution using one or more variables related to the drug solution,
At the time of cleaning, the variables are controlled based on the above formula so that the amount of dissolution or the degree of damage of the metal oxide film falls within a predetermined range.

【0051】まず、設定されたpH条件に対応する薬液
の濃度範囲を、化学平衡解析により求める。例えば、薬
液が、成分A、成分Bの複数成分からなる混合液の場合
には、図3の成分A、成分Bの濃度(CA,CB)関係図
において、当該薬液濃度範囲は斜線部分で示される。さ
らに、薬液の管理、制御等の実用上の問題から、各成分
の適正濃度範囲(CAmin≦CA≦CAmax,CBmin≦CB
Bmax)が設定される場合には、薬液濃度範囲は斜線部
分の太線内に定まる。
First, a chemical solution concentration range corresponding to the set pH condition is determined by chemical equilibrium analysis. For example, chemical solution, in the case of a mixture composed of a plurality of component A, component B, component of FIG. 3 A, the concentration of component B (C A, C B) in the relationship diagram, the drug solution concentration range hatched portion Indicated by Further, due to practical problems such as the management and control of the chemical solution, the appropriate concentration range of each component (C Amin ≦ C A ≦ C Amax , C Bmin ≦ C B
When (C Bmax ) is set, the concentration range of the chemical solution is determined within the shaded thick line.

【0052】図4は、設定された薬液濃度範囲におけ
る、各成分の過剰(不足)濃度(CA E,CB E)とpH変
動のダイアグラムを表す。予め前記数式および前記解析
を用いて、各成分の過剰(不足)濃度に対するpH変動
の関係を求めておくことにより、当該薬液濃度を維持す
るために適した各成分の補充量を予測することができ
る。一般に、所定濃度(C*)に設定された薬液に対す
る成分Xの添加量(VX)は過剰(不足)濃度(CX E
を用いて式(13)に表される。この式を用いて薬液の
補充を行うことにより、薬液のpHが適正範囲内に収ま
り、金属酸化膜の溶解量は前述の許容溶解量以下とな
る。
FIG. 4 shows a diagram of the excess (deficient) concentration (C A E , C B E ) and pH fluctuation of each component in the set chemical solution concentration range. By previously calculating the relationship between the excess (insufficient) concentration of each component and the pH fluctuation using the above formula and the analysis, it is possible to predict the replenishment amount of each component suitable for maintaining the concentration of the drug solution. it can. In general, the addition amount (V X ) of the component X to the chemical solution set to a predetermined concentration (C * ) is an excess (insufficient) concentration (C X E ).
Is represented by equation (13). By replenishing the chemical solution using this formula, the pH of the chemical solution falls within an appropriate range, and the amount of the metal oxide film dissolved is equal to or less than the above-mentioned allowable dissolution amount.

【0053】[0053]

【数4】 (Equation 4)

【0054】上記薬液条件および最適薬液補充量の設定
に用いられる全ての値およびデータは、設定値としてデ
ータ処理部に記憶され、当該データ処理部により薬液条
件および薬液補充量の設定は行われる。
All the values and data used for setting the above-mentioned chemical solution conditions and the optimal amount of chemical solution replenishment are stored in the data processing unit as set values, and the data processing unit sets the chemical solution conditions and the amount of chemical solution replenishment.

【0055】次に、上記実施形態に示した洗浄方法に好
適に用いることのできる洗浄装置の一例について図5を
参照して説明する。
Next, an example of a cleaning apparatus which can be suitably used in the cleaning method shown in the above embodiment will be described with reference to FIG.

【0056】図5の洗浄装置は、下記(A)〜(D)を
備えている。 (A)薬液に含まれる所定成分の濃度または薬液に含ま
れる化学種の濃度、活量もしくは活量に係る物理量を間
欠的にあるいは連続的に計測する計測手段 (B)薬液の性状を制御するための数式および薬液に係
る所定のデータを記憶するデータ記憶手段 (C)前記計測手段により得られた測定値と、前記デー
タ記憶手段に記憶された前記数式および前記所定のデー
タとをもとに、最適薬液条件を算出する演算手段と、 (D)前記最適薬液条件にて洗浄が行われるように、薬
液の所定成分の補充を行う薬液補充手段
The cleaning apparatus shown in FIG. 5 includes the following (A) to (D). (A) intermittently or continuously measuring the concentration of a predetermined component contained in a drug solution or the concentration, activity or physical quantity relating to the activity of a chemical species contained in the drug solution. (B) controlling the properties of the drug solution. Data storage means for storing mathematical formulas and predetermined data relating to the chemical solution for the measurement (C) based on the measured values obtained by the measuring means and the mathematical formulas and the predetermined data stored in the data storage means Calculating means for calculating an optimal chemical solution condition; and (D) a chemical solution replenishing device for replenishing a predetermined component of the chemical solution so as to perform cleaning under the optimal chemical solution condition.

【0057】図5に示された濃度分析計13、pH分析
計14は、(A)の計測手段に該当する。また、この装
置は不図示のデータ処理部を備えており、これは上記
(B)および(C)を含んでいる。また、送液ポンプ
7、送液ポンプ8、開閉弁5、開閉弁6が(D)の薬液
補充手段に該当する。
The concentration analyzer 13 and the pH analyzer 14 shown in FIG. 5 correspond to the measuring means (A). Further, this device is provided with a data processing unit (not shown), which includes the above (B) and (C). Further, the liquid feed pump 7, the liquid feed pump 8, the on-off valve 5, and the on-off valve 6 correspond to the chemical liquid replenishing means (D).

【0058】貯留槽3および貯留槽4に貯留された薬液
は、送液ポンプ7、送液ポンプ8、開閉弁5、開閉弁6
を介して送液され、洗浄液1として洗浄槽16に貯留さ
れる。洗浄槽16への薬液供給量の制御は、データ処理
部(不図示)に予め記憶された薬液条件、および濃度分
析計13、pH分析計14、温度分析計15により随時
モニターされる洗浄液1の状態をもとに、送液ポンプ
7、送液ポンプ8、開閉弁5、開閉弁6が当該データ処
理部に制御されることによって行われる。洗浄液1は、
ヒーター10により加熱され、貯留槽16で表面に金属
酸化膜が形成されたウエハ2の洗浄が行われる。オ−バ
ーフロー槽9内に溢れた洗浄液は、送液ポンプ11によ
りフィルター12を介して貯留槽16へ送液され、再び
ウエハ2の洗浄に用いられる。
The chemicals stored in the storage tank 3 and the storage tank 4 are supplied to a liquid feed pump 7, a liquid feed pump 8, an on-off valve 5, and an on-off valve 6, respectively.
And stored in the cleaning tank 16 as the cleaning liquid 1. The control of the supply amount of the chemical solution to the cleaning tank 16 is performed by controlling the chemical solution conditions stored in advance in a data processing unit (not shown) and the cleaning solution 1 monitored as needed by the concentration analyzer 13, the pH analyzer 14, and the temperature analyzer 15. Based on the state, the liquid supply pump 7, the liquid supply pump 8, the on-off valve 5, and the on-off valve 6 are controlled by the data processing unit. Cleaning solution 1
The wafer 2 heated by the heater 10 and having the metal oxide film formed on the surface thereof in the storage tank 16 is cleaned. The cleaning liquid overflowing in the overflow tank 9 is sent to the storage tank 16 via the filter 12 by the liquid sending pump 11, and is used again for cleaning the wafer 2.

【0059】(第二の実施の形態)洗浄の際に強誘電体
膜の特性が劣化する原因として、薬液の疲労が挙げられ
る。ここで、薬液の疲労とは、強誘電体膜と薬液間の化
学反応に由来する薬液成分の濃度変化、薬液自身の揮発
や分解等による濃度変化を言う。このような濃度変化
は、洗浄対象物の処理量や処理時間に伴い経時的に生じ
るものであり、薬液の疲労によって薬液濃度が所定の条
件範囲から外れるような場合には、洗浄性能の低下、強
誘電体膜の損傷を引き起こす原因となる。例えば薬液が
酸成分C、アルカリ成分Dの複数成分からなる混合液の
場合、酸成分C、アルカリ成分Dに対してそれぞれ式
(14)、式(15)のような解離平衡が独立に存在す
る。さらに、それぞれの解離成分における化学平衡から
式(16)に表される濃度バランスが成り立つ。
(Second Embodiment) As a cause of the deterioration of the characteristics of the ferroelectric film during cleaning, fatigue of a chemical solution is cited. Here, the chemical solution fatigue refers to a change in the concentration of a chemical solution component resulting from a chemical reaction between the ferroelectric film and the chemical solution, and a change in concentration due to volatilization or decomposition of the chemical solution itself. Such a concentration change occurs with the passage of time and the processing time of the object to be cleaned, and when the chemical solution concentration is out of a predetermined condition range due to fatigue of the chemical solution, the cleaning performance decreases, This may cause damage to the ferroelectric film. For example, in the case where the chemical solution is a mixed solution composed of a plurality of components of the acid component C and the alkali component D, the dissociation equilibrium as shown in the formulas (14) and (15) exists independently for the acid component C and the alkali component D. . Further, from the chemical equilibrium of each dissociation component, the concentration balance represented by the equation (16) is established.

【0060】[0060]

【数5】 (Equation 5)

【0061】したがって、洗浄の際に何れかの成分の濃
度が変化した場合、全ての成分の濃度に影響が生じるこ
とになり薬液組成が変化する。本実施例では予め薬液成
分の濃度変化に対し化学平衡解析、化学反応速度解析、
その他の化学反応の解析手法により得られる当該解析結
果と実験的に得られた結果と照合することで、薬液の疲
労を予測判断する数式を導出し、当該数式を金属酸化膜
の洗浄における薬液条件の設定および薬液補充および薬
液管理に用いることにより、強誘電体膜の特性を劣化さ
せずに効果的な洗浄を行うことができる。
Therefore, if the concentration of any of the components changes during washing, the concentrations of all the components are affected, and the chemical composition changes. In this example, chemical equilibrium analysis, chemical reaction rate analysis,
By collating the analysis results obtained by other chemical reaction analysis methods with the results obtained experimentally, a mathematical formula for predicting and judging the fatigue of the chemical solution is derived, and the mathematical formula is used for the chemical solution condition in cleaning the metal oxide film. By using the setting and the replenishment and management of the chemical solution, effective cleaning can be performed without deteriorating the characteristics of the ferroelectric film.

【0062】以下、本実施形態において薬液条件の設定
および薬液補充および薬液管理に用いる薬液の疲労を予
測判断する数式について説明する。
A description will now be given of equations for predicting and judging fatigue of a chemical used in setting of chemical conditions, replenishment of chemicals, and management of chemicals in the present embodiment.

【0063】薬液中の任意の成分Xに対する初期濃度を
CX0とすれば、洗浄時間tにおける成分Xの濃度CX
は式(17)に表される。式(17)中のf(t)は、
洗浄時間tを変数に含む成分Xの減少量を表す関数であ
る。実験的には多くの場合、f(t)は(式)18で近
似することができる。γ、τは洗浄条件(被洗浄物、共
存薬液、温度、洗浄処理量、洗浄装置等)により決まる
定数である。したがって、前記式(17)、式(18)
を用いることにより各薬液成分の経時的な濃度変化を求
めることができ、さらに、前記式(14)、式(1
5)、式(16)により得られる濃度バランスの関係か
ら薬液組成の変化に伴う薬液の疲労を予測判断すること
が出来る。
Assuming that the initial concentration for an arbitrary component X in the chemical solution is CX0, the concentration CX of the component X during the cleaning time t
Is represented by equation (17). F (t) in equation (17) is
This is a function representing the decrease amount of the component X including the cleaning time t as a variable. Experimentally, in many cases, f (t) can be approximated by (Equation 18). γ and τ are constants determined by the cleaning conditions (the cleaning target, the coexisting chemical solution, the temperature, the cleaning processing amount, the cleaning apparatus, etc.). Therefore, the above equations (17) and (18)
The change in concentration of each chemical component over time can be obtained by using
5) From the relationship of the concentration balance obtained by the equation (16), it is possible to predict and judge the fatigue of the chemical solution accompanying the change in the chemical solution composition.

【0064】[0064]

【数6】 (Equation 6)

【0065】上記薬液の疲労を予測判断することが出来
る数式を用いた薬液条件の設定および薬液補充および薬
液管理に用いる全ての値およびデータは、設定値として
データ処理部に記憶され、当該データ処理部により薬液
補充および薬液管理の設定は行われる。
All values and data used for the setting of the chemical condition, the replenishment of the chemical solution and the management of the chemical solution using a mathematical expression capable of predicting and judging the fatigue of the chemical solution are stored in the data processing section as set values. The setting of the chemical solution replenishment and the chemical solution management is performed by the section.

【0066】[0066]

【実施例】(実施例1)以下、本発明の一実施例を図面
にしたがって説明する。図5において、洗浄液1はアン
モニア水であり、貯留槽3には市販の電子工業用アンモ
ニア水(29重量%)が、貯留槽4には超純水がそれぞ
れ貯留されている。ウエハ2は、6インチシリコンウエ
ハの片面にPZT膜が300nmの膜厚で成膜したもの
である。液温が25℃において、PZT膜の許容溶解量
を膜厚の0.01%以下とした場合、前記溶解量計算式
を用いて算出されたpH条件は10以上であった。図6
には、当該pH範囲(pH10)および当該pH範囲外
(pH6)でPZT膜を洗浄し、薬液による金属酸化膜
の浸食の度合いを知る目安として、洗浄液1中への金属
酸化膜の溶解量を分析した結果を、膜厚減少量(%)と
洗浄時間(分)の関係として示す。当該pH範囲に調整
された洗浄液を用いた場合には、洗浄時間60分におい
ても0.01%以上の膜厚減少は見られなかった。な
お、本実施例では、前述の式(8)の溶解量計算式を薬
液条件の設定に用い、当該溶解量計算式の設定値は、そ
れぞれα=10-7.5、β=1、KW=10-14とした。
(Embodiment 1) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 5, the cleaning liquid 1 is ammonia water, and the storage tank 3 stores commercially available ammonia water for electronic industry (29% by weight), and the storage tank 4 stores ultrapure water. The wafer 2 has a PZT film with a thickness of 300 nm formed on one surface of a 6-inch silicon wafer. When the allowable dissolution amount of the PZT film was 0.01% or less of the film thickness at a liquid temperature of 25 ° C., the pH condition calculated by using the dissolution amount calculation formula was 10 or more. FIG.
The PZT film is washed in the pH range (pH 10) and out of the pH range (pH 6), and the amount of the metal oxide film dissolved in the cleaning solution 1 is determined as a measure of the degree of erosion of the metal oxide film by the chemical solution. The results of the analysis are shown as the relationship between the thickness reduction (%) and the cleaning time (minute). When the cleaning solution adjusted to the pH range was used, no decrease in film thickness of 0.01% or more was observed even in the cleaning time of 60 minutes. In the present embodiment, the dissolution amount calculation formula of the above-mentioned formula (8) is used for setting the chemical solution conditions, and the set values of the dissolution amount calculation formula are α = 10 −7.5 , β = 1, and K W = 10 -14 .

【0067】(実施例2)本実施例で用いる洗浄装置の
概略構造を図7に示す。表面に金属酸化膜が形成された
ウエハ2はウエハ支持台18に設置される。ウエハ支持
台17は、ウエハ2との接触部を減圧する機能を有して
おり、当該接触部が密着することにより、ウエハ2は当
該支持台に固定される。また、当該支持台は、回転数を
任意に変えることのできる回転機能を有しており、ウエ
ハを当該支持台に固定したまま回転させることができ
る。貯留槽19、貯留槽20、貯留槽21には薬液が貯
留されており、それぞれの薬液は、開閉弁23、開閉弁
24、開閉弁25を介して貯留槽22に送液され混合さ
れる。なお、データ処理部(不図示)によって、開閉弁
23、開閉弁24、開閉弁25は制御され、それぞれの
薬液は所定の混合比に混合される。貯留槽22に貯留さ
れた当該混合液は、pH分析計28、濃度分析計29に
よってモニターされ、送液ポンプ26およびノズル31
を介してウエハ2に噴霧される。貯留槽33には別の薬
液が貯留され、pH分析計30によってモニターされ、
送液ポンプ27およびノズル32を介してウエハ2に噴
霧される。膜厚分析計33によって、ウエハ2の表面に
形成された金属酸化膜の膜厚が随時モニターされる。ノ
ズル31、ノズル32からのそれぞれの薬液の噴霧量お
よび噴霧時間は、データ処理部(不図示)により制御さ
れる送液ポンプ26、送液ポンプ27によって制御され
る。
(Embodiment 2) FIG. 7 shows a schematic structure of a cleaning apparatus used in this embodiment. The wafer 2 having a metal oxide film formed on its surface is placed on a wafer support 18. The wafer support 17 has a function of depressurizing a contact portion with the wafer 2, and the wafer 2 is fixed to the support by the close contact of the contact portion. Further, the support has a rotation function capable of arbitrarily changing the number of rotations, and can rotate the wafer while being fixed to the support. Chemicals are stored in the storage tank 19, the storage tank 20, and the storage tank 21, and the respective chemicals are sent to the storage tank 22 via the open / close valves 23, 24, and 25 and mixed. The on-off valve 23, the on-off valve 24, and the on-off valve 25 are controlled by a data processing unit (not shown), and the respective chemicals are mixed at a predetermined mixing ratio. The mixed liquid stored in the storage tank 22 is monitored by a pH analyzer 28 and a concentration analyzer 29, and is supplied to a liquid sending pump 26 and a nozzle 31.
Is sprayed onto the wafer 2 via Another chemical solution is stored in the storage tank 33 and monitored by the pH analyzer 30.
It is sprayed on the wafer 2 via the liquid sending pump 27 and the nozzle 32. The film thickness of the metal oxide film formed on the surface of the wafer 2 is monitored as needed by the film thickness analyzer 33. The spray amount and the spray time of each chemical solution from the nozzles 31 and 32 are controlled by a liquid feed pump 26 and a liquid feed pump 27 which are controlled by a data processing unit (not shown).

【0068】この装置を用いた洗浄方法の一例を以下、
図面にしたがって説明する。
An example of a cleaning method using this apparatus will be described below.
This will be described with reference to the drawings.

【0069】図7において、貯留槽18には市販の電子
工業用アンモニア水(29重量%)が、貯留槽19には
市販の電子工業用過酸化水素水(30重量%)が、貯留
槽20には超純水がそれぞれ貯留されており、これらの
混合液が金属酸化膜の洗浄に用いられる。ウエハ2は、
6インチシリコンウエハの両面にSiO2膜が100n
mの膜厚で形成したものである。液温を65℃とし、
[NH3]=0.06〜1.2M、[H22]=1.6
Mの濃度範囲において、強誘電体膜の洗浄を行った。洗
浄時間10分における膜の許容溶解量を1±0.1nm
とした場合、前記溶解量計算式を用いて得られる薬液の
水酸化物イオン濃度範囲は、[OH-]=3.7〜4.
5×10-4Mであった。図8には、当該薬液濃度範囲で
ある[NH 3]=0.6M、[H22]=1.6M、
[OH-]=4.3×10-4Mの条件で洗浄を行った場
合の、膜厚減少量(nm)と洗浄時間(分)の関係を、
当該薬液濃度範囲外([NH3]=0.06M、[H2
2]=1.6M、[OH-]=1.1×10-4M、および
[NH3]=1.2M、[H22]=1.6M、[O
-]=6.5×10-4M)の場合と比較して示す。当
該薬液濃度範囲に調整された洗浄液を用いた場合には、
洗浄時間10分において、膜厚減少量が1±0.1nm
の範囲に制御された。なお、本実施例では、式(7)の
溶解量計算式を薬液条件の設定に用い、反応に係わる化
学種XをOH-とした。計算ではOH-濃度の代わりにO
-の活量を用い、反応速度定数をk=295(nm・
l・min-1・mol-1)とした。本実施例によれば、
前期実施の形態における酸化膜の洗浄方法および洗浄装
置に加えて、次の効果を得ることができる。すなわち、
ウエハ毎に新しい薬液が用いられるため、洗浄処理量の
増加に伴う薬液の性能劣化や薬液に蓄積する不純物によ
るウエハの再汚染が起こらないという効果がある。ま
た、洗浄に用いる薬液量が少量ですむため、薬液使用量
や薬液廃棄量が低減できるという効果もある。
In FIG. 7, the storage tank 18 has a commercially available electronic device.
Industrial ammonia water (29% by weight) is stored in the storage tank 19.
Commercially available hydrogen peroxide solution for electronics industry (30% by weight)
Ultrapure water is stored in the tank 20, and
The mixed solution is used for cleaning the metal oxide film. Wafer 2
SiO on both sides of 6 inch silicon waferTwo100n film
m. When the liquid temperature is 65 ° C,
[NHThree] = 0.06-1.2 M, [HTwoOTwo] = 1.6
In the M concentration range, the ferroelectric film was cleaned. Washing
The allowable dissolution amount of the membrane at a purification time of 10 minutes is 1 ± 0.1 nm.
If, and the drug solution obtained by using the dissolution amount calculation formula
The hydroxide ion concentration range is [OH-] = 3.7-4.
5 × 10-FourM. FIG. 8 shows the range of the drug solution concentration.
[NH Three] = 0.6M, [HTwoOTwo] = 1.6M,
[OH-] = 4.3 × 10-FourAfter washing under the condition of M
In this case, the relationship between the thickness reduction (nm) and the cleaning time (minute)
Out of the chemical concentration range ([NHThree] = 0.06M, [HTwoO
Two] = 1.6 M, [OH-] = 1.1 × 10-FourM, and
[NHThree] = 1.2M, [HTwoOTwo] = 1.6M, [O
H-] = 6.5 × 10-FourM) is shown in comparison with the case. This
When using a cleaning solution adjusted to the chemical solution concentration range,
In the cleaning time of 10 minutes, the thickness reduction amount is 1 ± 0.1 nm.
Was controlled in the range. In the present embodiment, the expression (7)
Use the dissolution amount calculation formula to set the chemical solution conditions, and
Class X is OH-And OH in calculation-O instead of concentration
H-And the reaction rate constant was k = 295 (nm
l · min-1・ Mol-1). According to the present embodiment,
Method and apparatus for cleaning oxide film in first embodiment
In addition to the arrangement, the following effects can be obtained. That is,
Because a new chemical solution is used for each wafer,
Due to the deterioration of the chemical performance due to the increase and impurities accumulated in the chemical
This has the effect that no recontamination of the wafer occurs. Ma
In addition, the amount of chemical used for cleaning is small, so the amount of chemical used
Also, there is an effect that the amount of chemical liquid waste can be reduced.

【0070】(実施例3)図5において、洗浄液1はア
ンモニアと過酸化水素の混合液であり、貯留槽3には市
販の電子工業用アンモニア水(29重量%)が、貯留槽
4には市販の電子工業用過酸化水素水(30重量%)
が、別の貯留槽(不図示)には超純水がそれぞれ貯留さ
れている。ウエハ2は、6インチシリコンウエハの片面
にPt膜を200nmの膜厚で成膜し、さらにPt膜の
上部に直径120mmのPZT膜を300nmの膜厚で
成膜したものである。液温が65℃において、各薬液の
初期濃度をそれぞれアンモニア0.6M、過酸化水素
1.6Mとした場合、ウエハ2の洗浄に伴う過酸化水素
濃度の変化は式(17)を用いると図9に示す曲線1と
なった。なお、式(17)における成分の減少量を表す
関数f(t)として式(18)を用い、当該式の設定値
をそれぞれγ=0.04、τ=0.8とした。さらに、
図9には実際に上記薬液条件にてウエハ2の洗浄を行っ
たときの過酸化水素の濃度変化と、当該数式に基づき適
宜薬液の補充を行ったときの過酸化水素の濃度変化をそ
れぞれプロットした。当該数式に基づき適宜薬液を補充
を行った場合には洗浄時間60分においても過酸化水素
濃度をほぼ初期濃度に維持することができた。
(Embodiment 3) In FIG. 5, the cleaning liquid 1 is a mixed liquid of ammonia and hydrogen peroxide, and the storage tank 3 contains commercially available ammonia water (29% by weight) for the electronic industry, and the storage tank 4 contains Commercially available hydrogen peroxide solution for electronic industry (30% by weight)
However, ultrapure water is stored in separate storage tanks (not shown). The wafer 2 is obtained by forming a Pt film with a thickness of 200 nm on one surface of a 6-inch silicon wafer, and further forming a PZT film with a diameter of 120 mm on the Pt film with a thickness of 300 nm. When the initial temperature of each chemical solution is 0.6 M ammonia and 1.6 M hydrogen peroxide at a solution temperature of 65 ° C., respectively, the change in the hydrogen peroxide concentration accompanying the cleaning of the wafer 2 can be calculated by using equation (17). The curve 1 shown in FIG. Expression (18) was used as a function f (t) representing the amount of component decrease in Expression (17), and the set values of the expression were set to γ = 0.04 and τ = 0.8, respectively. further,
FIG. 9 plots a change in the concentration of hydrogen peroxide when the wafer 2 is actually cleaned under the above-described chemical solution conditions, and a change in the concentration of hydrogen peroxide when the chemical solution is appropriately replenished based on the mathematical formula. did. When the chemical solution was appropriately replenished based on the formula, the hydrogen peroxide concentration could be maintained at almost the initial concentration even in the cleaning time of 60 minutes.

【0071】(実施例4)図5において、洗浄液1はア
ンモニアと過酸化水素の混合液であり、貯留槽3には市
販の電子工業用アンモニア水(29重量%)が、貯留槽
4には市販の電子工業用過酸化水素水(30重量%)
が、別の貯留槽(不図示)には超純水がそれぞれ貯留さ
れている。ウエハ2は、6インチシリコンウエハの両面
にSiO2膜を100nmの膜厚で形成したものであ
る。である。液温が65℃において、各薬液の初期濃度
をそれぞれアンモニア0.6M、過酸化水素1.6Mと
した場合、ウエハ2の洗浄に伴うアンモニア濃度の変化
は式(17)を用いると図10に示す曲線2となった。
なお、式(17)における成分の減少量を表す関数f
(t)として式(18)を用い、当該式の設定値をそれ
ぞれγ=0.16、τ=0.2とした。さらに、図10
には実際に上記薬液条件にてウエハ2の洗浄を行ったと
きのアンモニアの濃度変化と、当該数式に基づき適宜薬
液の補充を行ったときのアンモニアの濃度変化をそれぞ
れプロットした。当該数式に基づき適宜薬液を補充を行
った場合には洗浄時間180分においてもアンモニア濃
度をほぼ初期濃度に維持することができた。
(Example 4) In FIG. 5, the cleaning liquid 1 is a mixture of ammonia and hydrogen peroxide, and the storage tank 3 contains commercially available ammonia water for electronic industry (29% by weight). Commercially available hydrogen peroxide solution for electronic industry (30% by weight)
However, ultrapure water is stored in separate storage tanks (not shown). The wafer 2 is a 6-inch silicon wafer having a SiO2 film formed on both sides with a thickness of 100 nm. It is. When the initial temperature of each chemical solution is 0.6 M ammonia and 1.6 M hydrogen peroxide at a solution temperature of 65 ° C., the change in the ammonia concentration accompanying the cleaning of the wafer 2 is shown in FIG. The result is curve 2 shown in FIG.
Note that a function f representing the amount of decrease in the component in equation (17)
Equation (18) was used as (t), and the set values of the equation were γ = 0.16 and τ = 0.2, respectively. Further, FIG.
FIG. 3 plots the change in the ammonia concentration when the wafer 2 is actually cleaned under the above-described chemical solution conditions, and the change in the ammonia concentration when the chemical solution is appropriately replenished based on the mathematical formula. When the chemical solution was appropriately replenished based on the formula, the ammonia concentration could be maintained at almost the initial concentration even during the cleaning time of 180 minutes.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば所
定の数式を用いて薬液の性状の制御が行われるため、処
理対象物に応じた最適な薬液条件の設定、維持、管理が
行われ、被洗浄物の特性を劣化させずに効果的な洗浄を
行うことができる。
As described above, according to the present invention, the properties of a chemical solution are controlled using a predetermined mathematical formula, so that setting, maintenance, and management of optimal chemical solution conditions according to a processing target are performed. Thus, effective cleaning can be performed without deteriorating the characteristics of the object to be cleaned.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】薬液のpHと飽和溶解量との関係を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the pH of a chemical solution and the amount of a saturated solution.

【図2】薬液の最適pHを決定する方法を説明するため
の図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for determining an optimum pH of a chemical solution.

【図3】設定されたpH条件に対応する薬液の濃度範囲
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a concentration range of a chemical solution corresponding to a set pH condition.

【図4】薬液の各成分の濃度の過剰(不足)濃度とpH
変動のダイアグラムである。
FIG. 4: Excessive (insufficient) concentration of each component of the chemical solution and pH
It is a diagram of fluctuation.

【図5】本発明の洗浄装置の概略構造を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a schematic structure of a cleaning device of the present invention.

【図6】洗浄時間と強誘電体膜の膜厚減少量の関係を示
す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a cleaning time and a thickness reduction amount of a ferroelectric film.

【図7】本発明の洗浄装置の概略構造を示す図である。FIG. 7 is a view showing a schematic structure of a cleaning device of the present invention.

【図8】洗浄時間と強誘電体膜の膜厚減少量の関係を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a cleaning time and a thickness reduction amount of a ferroelectric film.

【図9】洗浄時間と過酸化水素の濃度変化の関係を示す
図である。
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between a cleaning time and a change in the concentration of hydrogen peroxide.

【図10】洗浄時間とアンモニアの濃度変化の関係を示
す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a cleaning time and a change in the concentration of ammonia.

【図11】強誘電体膜が設けられた半導体基板の従来の
洗浄方法を示す図である。
FIG. 11 is a view showing a conventional method for cleaning a semiconductor substrate provided with a ferroelectric film.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 洗浄液 2 ウエハ 3 貯留槽 4 貯留槽 5 開閉バルブ 6 開閉バルブ 7 送液ポンプ 8 送液ポンプ 9 オーバーフロー槽 10 ヒーター 11 送液ポンプ 12 フィルター 13 濃度分析計 14 pH分析計 15 温度分析計 16 洗浄槽 17 排水口 18 ウエハ支持台 19 貯留槽 20 貯留槽 21 貯留槽 22 貯留槽 23 開閉バルブ 24 開閉バルブ 25 開閉バルブ 26 送液ポンプ 27 送液ポンプ 28 pH分析計 29 温度分析計 30 pH分析計 31 ノズル 32 ノズル 33 貯留槽 34 ウエハ 35 容量素子用電極または容量絶縁膜 36 マスク 37 エッチング残渣 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cleaning liquid 2 Wafer 3 Storage tank 4 Storage tank 5 Opening / closing valve 6 Opening / closing valve 7 Liquid sending pump 8 Liquid sending pump 9 Overflow tank 10 Heater 11 Liquid sending pump 12 Filter 13 Concentration analyzer 14 pH analyzer 15 Temperature analyzer 16 Washing tank 17 Drainage port 18 Wafer support 19 Storage tank 20 Storage tank 21 Storage tank 22 Storage tank 23 Open / close valve 24 Open / close valve 25 Open / close valve 26 Liquid feed pump 27 Liquid feed pump 28 pH analyzer 29 Temperature analyzer 30 pH analyzer 31 Nozzle 32 Nozzle 33 Storage tank 34 Wafer 35 Capacitor element electrode or capacitive insulating film 36 Mask 37 Etching residue

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────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成11年10月26日(1999.10.
26)
[Submission date] October 26, 1999 (1999.10.
26)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

【請求項】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
による前記薬液の組成の経時変化を、前記薬液のpH値
を用いて表現した数式を求め、前記数式に基づいて前記
薬液の補充を行うことを特徴とする半導体基板の洗浄方
法。
6. A method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, the method comprising cleaning the semiconductor substrate with a chemical reaction between the metal oxide film and the chemical solution. A method for cleaning a semiconductor substrate, comprising: obtaining a mathematical expression expressing a temporal change in composition using a pH value of the chemical solution, and replenishing the chemical solution based on the mathematical expression.

【請求項】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、時刻t1における薬液のpH値を用いて時刻t2(t
2>t1)における前記薬液の組成を表現した数式を求
め、前記数式に基づいて前記薬液の補充を行うことを特
徴とする半導体基板の洗浄方法。
7. A method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface thereof using a chemical solution , wherein the pH value of the chemical solution at time t 1 is used to clean the semiconductor substrate at time t 2 (t
2> t 1) obtains a formula that expresses the composition of the chemical solution in the method for cleaning a semiconductor substrate which is characterized in that the replenishment of the chemical on the basis of the equation.

【請求項】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
を前記薬液のpH値を用いて表現した数式を求め、洗浄
に際し、前記数式に基づいて前記pH値を制御すること
により前記化学反応の進行を制御することを特徴とする
半導体基板の洗浄方法。
8. A semiconductor substrate cleaning method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, wherein a chemical reaction between the metal oxide film and the chemical solution is performed by the chemical solution . A method for cleaning a semiconductor substrate, comprising: obtaining a mathematical expression expressed by using a pH value; and controlling the pH value based on the mathematical expression to control the progress of the chemical reaction during cleaning.

【請求項】 前記金属酸化膜は、強誘電体膜であるこ
とを特徴とする請求項1乃至いずれかに記載の半導体
基板の洗浄方法。
Wherein said metal oxide film, a semiconductor substrate cleaning method according to any of claims 1 to 8, characterized in that a ferroelectric film.

【請求項10】 前記強誘電体膜は、ドライエッチング
によりパターニングされた膜である請求項に記載の半
導体基板の洗浄方法。
Wherein said ferroelectric layer, a semiconductor substrate cleaning method according to claim 9 which is a film patterned by dry etching.

【請求項11】 前記強誘電体膜は、ストロンチウム、
チタン、バリウム、ジルコニウム、鉛、ビスマス、タン
タルから選ばれる少なくとも一種を含む金属酸化物であ
ることを特徴とする請求項または10に記載の半導体
基板の洗浄方法。
Wherein said ferroelectric layer, strontium,
Titanium, barium, zirconium, lead, bismuth, a semiconductor substrate cleaning method according to claim 9 or 10, characterized in that a metal oxide containing at least one selected from tantalum.

【請求項12】 前記強誘電体膜は、BST、PZT、
PLZT、SrBi 2Ta29、およびTa25からな
る群から選ばれるいずれかの膜であることを特徴とする
請求項または10に記載の半導体基板の洗浄方法。
Claims12The ferroelectric film is made of BST, PZT,
PLZT, SrBi TwoTaTwoO9, And TaTwoOFiveFrom
Characterized in that it is any membrane selected from the group consisting of
Claim9Or103. The method for cleaning a semiconductor substrate according to item 1.

【請求項13】 表面に強誘電体膜が設けられた半導体
基板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であ
って、前記強誘電体膜と前記薬液との間に起こる化学反
応による前記薬液の組成の経時変化を、前記薬液に係る
一または二以上の変数を用いて表現した数式を求め、前
記数式に基づいて前記薬液の補充を行うことを特徴とす
る半導体基板の洗浄方法。
13. The strong semiconductor substrate with a dielectric film is provided on a surface a semiconductor substrate cleaning method for cleaning with a chemical solution, the by chemical reactions that occur between the chemical and the ferroelectric film A method for cleaning a semiconductor substrate, comprising: obtaining a mathematical expression expressing a temporal change in the composition of a chemical solution using one or more variables relating to the chemical solution, and replenishing the chemical solution based on the mathematical expression.

【請求項14】 表面に強誘電体膜が設けられた半導体
基板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であ
って、時刻t1における薬液に係る一または二以上の変
数を用いて時刻t2(t2>t1)における前記薬液の組
成を表現した数式を求め、前記数式に基づいて前記薬液
の補充を行うことを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
14. The semiconductor substrate provided with a ferroelectric film on the surface a cleaning method of a semiconductor substrate to be cleaned with a chemical solution, the time using one or more variables relating to the chemical at time t 1 A method of cleaning a semiconductor substrate, comprising: obtaining a mathematical expression representing the composition of the chemical solution at t 2 (t 2 > t 1 ); and replenishing the chemical solution based on the mathematical formula.

【請求項15】 表面に強誘電体膜が設けられた半導体
基板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であ
って、前記強誘電体膜と前記薬液との間に起こる化学反
応を前記薬液に係る一または二以上の変数を用いて表現
した数式を求め、洗浄に際し、前記数式に基づいて前記
変数を制御することにより前記化学反応の進行を制御す
ることを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
15. The semiconductor substrate provided with a ferroelectric film on the surface a cleaning method of a semiconductor substrate to be cleaned with a chemical solution, the chemical reactions that occur between the chemical and the ferroelectric film Cleaning of a semiconductor substrate, wherein a mathematical expression expressed by using one or more variables related to a chemical solution is obtained, and in cleaning, the progress of the chemical reaction is controlled by controlling the variables based on the mathematical formula. Method.

【請求項16】 前記変数は、前記薬液の組成または温
度である請求項1、2、13、14または15に記載の
半導体基板の洗浄方法。
16. The method of cleaning a semiconductor substrate according to claim 1 , wherein the variable is a composition or a temperature of the chemical solution.

【請求項17】 前記変数は、前記薬液のpH値である
請求項1、2、13、14または15に記載の半導体基
板の洗浄方法。
17. The variable is a pH value of the chemical solution.
The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 1, 2, 13, 14, or 15 .

【手続補正2】[Procedure amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0014[Correction target item name] 0014

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0014】また本発明によれば、表面に金属酸化膜が
設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基
板の洗浄方法であって、前記金属酸化膜と前記薬液との
間に起こる化学反応による前記薬液の組成の経時変化
を、前記薬液の組成または温度を用いて表現した数式を
求め、前記数式に基づいて前記薬液の補充を行うことを
特徴とする半導体基板の洗浄方法が提供される。また本
発明によれば、表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
による前記薬液の組成の経時変化を、前記薬液のpH値
を用いて表現した数式を求め、前記数式に基づいて前記
薬液の補充を行うことを特徴とする半導体基板の洗浄方
法が提供される。また本発明によれば、表面に強誘電体
膜が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導
体基板の洗浄方法であって、前記強誘電体膜と前記薬液
との間に起こる化学反応による前記薬液の組成の経時変
化を、前記薬液に係る一または二以上の変数を用いて表
現した数式を求め、前記数式に基づいて前記薬液の補充
を行うことを特徴とする半導体基板の洗浄方法が提供さ
れる。
Further, according to the present invention, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, the method comprising the step of cleaning a semiconductor substrate between the metal oxide film and the chemical solution. A method for cleaning a semiconductor substrate is provided, wherein a temporal change in the composition of the chemical solution due to a reaction is obtained by using a composition or temperature of the chemical solution to obtain a mathematical expression, and the chemical solution is replenished based on the mathematical expression. You. Also book
According to the invention, a semiconductor substrate having a surface provided with a metal oxide film
This is a method of cleaning a semiconductor substrate by cleaning a plate using a chemical solution.
Reaction between the metal oxide film and the chemical solution
The change over time of the composition of the drug solution due to the pH value of the drug solution
Find the mathematical expression expressed using, based on the mathematical formula
Cleaning method of semiconductor substrate characterized by replenishing chemical solution
A law is provided. Further, according to the present invention, a ferroelectric
Semiconductor for cleaning semiconductor substrate with film using chemical solution
A method of cleaning a body substrate, wherein the ferroelectric film and the chemical
Over time in the composition of the drug solution due to the chemical reaction occurring between
Is expressed using one or more variables related to the chemical solution.
Obtain the expressed mathematical formula, and replenish the chemical based on the mathematical formula.
And a method for cleaning a semiconductor substrate, comprising:
It is.

【手続補正3】[Procedure amendment 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0015[Correction target item name] 0015

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0015】さらに本発明によれば、表面に金属酸化膜
が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体
基板の洗浄方法であって、時刻t1における薬液の組成
または温度を用いて時刻t2(t2>t1)における前記
薬液の組成を表現した数式を求め、前記数式に基づいて
前記薬液の補充を行うことを特徴とする半導体基板の洗
浄方法が提供される。さらに本発明によれば、表面に金
属酸化膜が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄す
る半導体基板の洗浄方法であって、時刻t1における薬
液のpH値を用いて時刻t2(t2>t1)における前記
薬液の組成を表現した数式を求め、前記数式に基づいて
前記薬液の補充を行うことを特徴とする半導体基板の洗
浄方法が提供される。さらに本発明によれば、表面に強
誘電体膜が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄す
る半導体基板の洗浄方法であって、時刻t1における薬
液に係る一または二以上の変数を用いて時刻t2(t2
1)における前記薬液の組成を表現した数式を求め、
前記数式に基づいて前記薬液の補充を行うことを特徴と
する半導体基板の洗浄方法が提供される。
[0015] Further, according to the present invention, a semiconductor substrate having a metal oxide film is provided on a surface a semiconductor substrate cleaning method for cleaning with a chemical solution, the composition of the chemical solution at time t 1
Alternatively, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate, wherein a formula expressing the composition of the chemical solution at time t 2 (t 2 > t 1 ) is obtained using a temperature, and the chemical solution is replenished based on the mathematical formula. Is done. Furthermore, according to the present invention, gold
Cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film using a chemical solution
A semiconductor substrate cleaning method that, drugs at time t 1
At time t 2 (t 2 > t 1 ) using the pH value of the liquid,
Obtain a formula expressing the composition of the drug solution, based on the above formula
Washing the semiconductor substrate, wherein the chemical solution is replenished.
A cleaning method is provided. Furthermore, according to the present invention,
Cleaning a semiconductor substrate provided with a dielectric film using a chemical solution
A semiconductor substrate cleaning method that, drugs at time t 1
The time t 2 (t 2 >) using one or more variables relating to the liquid.
A mathematical expression expressing the composition of the chemical solution at t 1 ) is obtained,
Replenishing the drug solution based on the formula,
A method for cleaning a semiconductor substrate is provided.

【手続補正4】[Procedure amendment 4]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0017[Correction target item name] 0017

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0017】また本発明によれば、表面に金属酸化膜が
設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基
板の洗浄方法であって、前記金属酸化膜と前記薬液との
間に起こる化学反応を前記薬液の組成または温度を用い
て表現した数式を求め、洗浄に際し、前記数式に基づい
て前記薬液の組成または温度を制御することにより前記
化学反応の進行を制御することを特徴とする半導体基板
の洗浄方法が提供される。また本発明によれば、表面に
金属酸化膜が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄
する半導体基板の洗浄方法であって、前記金属酸化膜と
前記薬液との間に起こる化学反応を前記薬液のpH値を
用いて表現した数式を求め、洗浄に際し、前記数式に基
づいて前記pH値を制御することにより前記化学反応の
進行を制御することを特徴とする半導体基板の洗浄方法
が提供される。また本発明によれば、表面に強誘電体膜
が設けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体
基板の洗浄方法であって、前記強誘電体膜と前記薬液と
の間に起こる化学反応を前記薬液に係る一または二以上
の変数を用いて表現した数式を求め、洗浄に際し、前記
数式に基づいて前記変数を制御することにより前記化学
反応の進行を制御することを特徴とする半導体基板の洗
浄方法が提供される。
Further, according to the present invention, there is provided a method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface thereof using a chemical solution, the method comprising the step of cleaning a semiconductor substrate between the metal oxide film and the chemical solution. A semiconductor characterized in that the reaction is determined by using a composition or temperature of the chemical solution to obtain a mathematical expression, and in cleaning, the progress of the chemical reaction is controlled by controlling the composition or temperature of the chemical solution based on the mathematical expression. A method for cleaning a substrate is provided. According to the present invention,
Cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film using a chemical solution
A method for cleaning a semiconductor substrate, comprising:
The chemical reaction that takes place between the chemical and the pH value of the chemical
The mathematical expression expressed by using the above formula is obtained, and upon washing, the mathematical expression
And controlling the pH value to control the chemical reaction.
Method for cleaning a semiconductor substrate, characterized by controlling progress
Is provided. According to the invention, a ferroelectric film is formed on the surface.
For cleaning a semiconductor substrate provided with a substrate using a chemical solution
A method of cleaning a substrate, wherein the ferroelectric film and the chemical
The chemical reaction occurring between one or more of the chemicals
The formula expressed by using the variables of
Controlling the variables based on mathematical formulas
Washing of a semiconductor substrate characterized by controlling the progress of the reaction
A cleaning method is provided.

【手続補正5】[Procedure amendment 5]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0019[Correction target item name] 0019

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【0019】本発明においては、表面に金属酸化膜が設
けられた半導体基板を薬液を用いて洗浄する半導体基板
の洗浄装置であって、(A)薬液に含まれる所定成分の
濃度または薬液に含まれる化学種の濃度、活量もしくは
活量に係る物理量を間欠的にあるいは連続的に計測する
計測手段と、(B)薬液の性状を制御するための数式お
よび薬液に係る所定のデータを記憶するデータ記憶手段
と、(C)前記計測手段により得られた測定値と、前記
データ記憶手段に記憶された前記数式および前記所定の
データとをもとに、最適薬液条件を算出する演算手段
と、(D)前記最適薬液条件にて洗浄が行われるよう
に、薬液の所定成分の補充を行う薬液補充手段とを備え
たことを特徴とする半導体基板の洗浄装置、を用いるこ
とができる。
According to the present invention, there is provided a semiconductor substrate cleaning apparatus for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface thereof by using a chemical, wherein (A) the concentration of a predetermined component contained in the chemical or the chemical Measuring means for intermittently or continuously measuring the concentration, activity or physical quantity related to the activity of the chemical species to be measured, and (B) storing mathematical formulas for controlling the properties of the chemical solution and predetermined data related to the chemical solution. Data storage means, and (C) arithmetic means for calculating an optimum chemical solution condition based on the measured value obtained by the measurement means and the mathematical formula and the predetermined data stored in the data storage means, (D) the optimum as washing with liquid condition is performed, Mochiiruko cleaning device, a semiconductor substrate, characterized in that a chemical replenishment means for performing a replenishment of a predetermined component of the chemical
Can be.

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
により前記金属酸化膜が溶解する量を前記薬液に係る一
または二以上の変数を用いて表現した数式を求め、洗浄
に際し、前記金属酸化膜の溶解する量が所定の範囲内に
収まるように、前記数式に基づいて前記変数を制御する
ことを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
1. A method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, wherein the metal oxide film is formed by a chemical reaction occurring between the metal oxide film and the chemical solution. An amount expressing the amount of the film dissolved using one or more variables related to the chemical solution is determined, and upon cleaning, the amount of the metal oxide film dissolved is within a predetermined range. Cleaning the semiconductor substrate by controlling the above variables.
【請求項2】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
により前記金属酸化膜が受ける損傷度を前記薬液に係る
一または二以上の変数を用いて表現した数式を求め、洗
浄に際し、前記金属酸化膜の損傷度が所定の範囲内に収
まるように、前記数式に基づいて前記変数を制御するこ
とを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
2. A method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface thereof using a chemical solution, wherein the metal oxide film is formed by a chemical reaction occurring between the metal oxide film and the chemical solution. Obtain a mathematical expression expressing the degree of damage to the film using one or more variables related to the chemical solution, and upon cleaning, based on the mathematical expression, so that the degree of damage to the metal oxide film falls within a predetermined range. A method for cleaning a semiconductor substrate, wherein the variable is controlled.
【請求項3】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
による前記薬液の組成の経時変化を、前記薬液に係る一
または二以上の変数を用いて表現した数式を求め、前記
数式に基づいて前記薬液の補充を行うことを特徴とする
半導体基板の洗浄方法。
3. A method for cleaning a semiconductor substrate having a surface provided with a metal oxide film using a chemical solution, wherein the semiconductor substrate is provided with a metal oxide film, wherein the chemical solution is caused by a chemical reaction between the metal oxide film and the chemical solution. A method for cleaning a semiconductor substrate, comprising: obtaining a mathematical expression expressing a temporal change in composition using one or more variables relating to the chemical solution, and replenishing the chemical solution based on the mathematical expression.
【請求項4】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、時刻t1における薬液に係る一または二以上の変数
を用いて時刻t2(t2>t1)における前記薬液の組成
を表現した数式を求め、前記数式に基づいて前記薬液の
補充を行うことを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
4. The semiconductor substrate of a metal oxide film is provided on the surface a cleaning method of a semiconductor substrate to be cleaned with a chemical solution, the time using one or more variables relating to the chemical at time t 1 t 2. A method of cleaning a semiconductor substrate, comprising: obtaining a mathematical expression representing the composition of the chemical solution at (t 2 > t 1 ), and replenishing the chemical solution based on the mathematical formula.
【請求項5】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体基
板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄方法であっ
て、前記金属酸化膜と前記薬液との間に起こる化学反応
を前記薬液に係る一または二以上の変数を用いて表現し
た数式を求め、洗浄に際し、前記数式に基づいて前記変
数を制御することにより前記化学反応の進行を制御する
ことを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
5. A method for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on a surface using a chemical solution, wherein a chemical reaction occurring between the metal oxide film and the chemical solution is applied to the chemical solution. A method of cleaning a semiconductor substrate, wherein a mathematical expression expressed by using one or more variables is obtained, and in cleaning, the progress of the chemical reaction is controlled by controlling the variables based on the mathematical expression.
【請求項6】 前記金属酸化膜は、強誘電体膜であるこ
とを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の半導体
基板の洗浄方法。
6. The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 1, wherein said metal oxide film is a ferroelectric film.
【請求項7】 前記強誘電体膜は、ドライエッチングに
よりパターニングされた膜である請求項6に記載の半導
体基板の洗浄方法。
7. The method according to claim 6, wherein the ferroelectric film is a film patterned by dry etching.
【請求項8】 前記強誘電体膜は、ストロンチウム、チ
タン、バリウム、ジルコニウム、鉛、ビスマス、タンタ
ルから選ばれる少なくとも一種を含む金属酸化物である
ことを特徴とする請求項6または7に記載の半導体基板
の洗浄方法。
8. The ferroelectric film according to claim 6, wherein the ferroelectric film is a metal oxide containing at least one selected from strontium, titanium, barium, zirconium, lead, bismuth, and tantalum. A method for cleaning a semiconductor substrate.
【請求項9】 前記強誘電体膜は、BST、PZT、P
LZT、SrBi2Ta29、およびTa25からなる
群から選ばれるいずれかの膜であることを特徴とする請
求項6または7に記載の半導体基板の洗浄方法。
9. The ferroelectric film is made of BST, PZT, PZT,
The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the film is any one selected from the group consisting of LZT, SrBi 2 Ta 2 O 9 , and Ta 2 O 5 .
【請求項10】 前記薬液は、pHが8以上のアルカリ
性洗浄液であることを特徴とする請求項1乃至9いずれ
かに記載の半導体基板の洗浄方法。
10. The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the chemical liquid is an alkaline cleaning liquid having a pH of 8 or more.
【請求項11】 前記変数は、前記薬液の組成または温
度である請求項1乃至10いずれかに記載の半導体基板
の洗浄方法。
11. The method according to claim 1, wherein the variable is a composition or a temperature of the chemical solution.
【請求項12】 前記変数は、前記薬液に含まれる所定
成分の濃度または前記薬液に含まれる化学種の濃度、活
量もしくは活量に係る物理量である請求項1乃至11い
ずれかに記載の半導体基板の洗浄方法。
12. The semiconductor according to claim 1, wherein the variable is a concentration of a predetermined component contained in the chemical solution or a concentration, activity or physical quantity related to activity of a chemical species contained in the chemical solution. Substrate cleaning method.
【請求項13】 前記変数は、前記薬液のpH値である
請求項1乃至12いずれかに記載の半導体基板の洗浄方
法。
13. The method according to claim 1, wherein the variable is a pH value of the chemical solution.
【請求項14】 表面に金属酸化膜が設けられた半導体
基板を薬液を用いて洗浄する半導体基板の洗浄装置であ
って、(A)薬液に含まれる所定成分の濃度または薬液
に含まれる化学種の濃度、活量もしくは活量に係る物理
量を間欠的にあるいは連続的に計測する計測手段と、
(B)薬液の性状を制御するための数式および薬液に係
る所定のデータを記憶するデータ記憶手段と、(C)前
記計測手段により得られた測定値と、前記データ記憶手
段に記憶された前記数式および前記所定のデータとをも
とに、最適薬液条件を算出する演算手段と、(D)前記
最適薬液条件にて洗浄が行われるように、薬液の所定成
分の補充を行う薬液補充手段とを備えたことを特徴とす
る半導体基板の洗浄装置。
14. A semiconductor substrate cleaning apparatus for cleaning a semiconductor substrate provided with a metal oxide film on its surface using a chemical, comprising: (A) a concentration of a predetermined component contained in the chemical or a chemical species contained in the chemical. Measurement means for intermittently or continuously measuring the concentration, activity or physical quantity related to the activity,
(B) data storage means for storing a mathematical formula for controlling the properties of the chemical solution and predetermined data relating to the chemical solution; (C) a measured value obtained by the measuring means; and the data stored in the data storage means. Calculating means for calculating an optimum chemical solution condition based on a mathematical formula and the predetermined data; and (D) a chemical solution replenishing device for replenishing a predetermined component of the chemical solution so as to perform cleaning under the optimum chemical solution condition. An apparatus for cleaning a semiconductor substrate, comprising:
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