JP2001077072A

JP2001077072A - 基板の洗浄方法

Info

Publication number: JP2001077072A
Application number: JP25376799A
Authority: JP
Inventors: Akira Okamoto; 彰岡本
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＶＤ法により基板表面に銅の膜を成膜した
際に基板の端部や裏面に付着する銅を除去して、基板性
能や基板に形成される半導体装置の性能の悪化を防ぐ。【解決手段】銅の酸化種と、酸化銅のエッチング種と
を含む処理液を用いて基板１１の洗浄を行う、もしく
は、銅の酸化種を含む第１の処理液を用いて基板１１を
洗浄した後、酸化銅のエッチング種を含む第２の処理液
を用いて基板を洗浄する基板の洗浄方法であり、銅の酸
化種に過酸化水素およびオゾンのうちの少なくとも一方
を用い、酸化銅のエッチング種にフッ化水素酸を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の洗浄方法に
関し、詳しくは銅配線を形成した基板をウエット洗浄す
るのに好適な基板の洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の製造工程では、半
導体デバイスの微細化、高集積化にともない、製造プロ
セスで付着するパーティクル（微小粒子）、金属汚染や
有機物汚染などが、デバイスの歩留りや特性に与える影
響が増大している。例えば、パーティクルは酸化膜の耐
圧不良や配線ショート、接続不良を引き起こし、金属汚
染や有機物汚染は、酸化膜の耐圧不良や接合リーク不良
を引き起こしている。

【０００３】通常のＬＳＩの製造プロセスは、そのほと
んどのプロセスがパーティクルや金属不純物、有機物汚
染の発生源であるため、デバイスの歩留りやその特性を
向上させるには、全製造プロセスにわたって半導体基板
（ウエハ）の表面および裏面を清浄に保つ必要がある。
そこで、各製造プロセスでは、適宜、半導体基板の清浄
処理が行われており、特に最近の基板洗浄方法として
は、デバイスの微細化や半導体基板の大口径化、コスト
削減の観点から、ウエット洗浄方式が主流となってい
る。

【０００４】半導体装置の配線材料には、従来よりアル
ミニウム合金が使用されてきたが、最近では性能向上の
ために銅を使用するようになっていきている。配線材料
に銅を用いるには、銅が半導体デバイス特性に悪影響を
及ぼさないようにするため、また銅の拡散速度が速いた
め、配線部以外に付着した銅を速やかに、少なくとも熱
処理を行う前に除去する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、銅配線
を形成する過程では、ＰＶＤ（Phisical Vapor Deposit
ion ）法により基板表面に銅の膜を成膜する場合、その
成膜方法の性質上、基板の端部や裏面にまで銅が付着す
る可能性がある。基板の裏面や端部に付着した銅は、そ
の後の工程で基板内部に拡散されるため、半導体基板や
半導体デバイスの特性を劣化させる原因となっている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた基板の洗浄方法である。

【０００７】第１の基板の洗浄方法は、銅の酸化種と、
酸化銅のエッチング種とを含む処理液を用いて基板の洗
浄を行う洗浄方法である。

【０００８】上記第１の洗浄方法では、処理液中に銅の
酸化種と酸化銅のエッチング種とを含むことから、この
処理液を用いて基板を洗浄すると、基板に付着した銅が
酸化種により酸化され、エッチング種により酸化された
銅がエッチングされる。よって、基板に付着した銅が基
板から除去される。

【０００９】第２の基板の洗浄方法は、銅の酸化種を含
む第１の処理液を用いて基板を洗浄する工程と、酸化銅
のエッチング種を含む第２の処理液を用いて前記基板の
洗浄を行う工程とを備えた洗浄方法である。

【００１０】上記第２の洗浄方法では、銅の酸化種を含
む第１の処理液を用いて基板を洗浄する工程で、基板に
付着した銅が酸化される。そして酸化銅のエッチング種
を含む第２の処理液を用いて前記基板の洗浄を行うこと
から、第１の処理液によって酸化された銅が第２の処理
液によってエッチングされる。よって、基板に付着した
銅は基板から除去される。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の洗浄方法に係わる
実施の形態の一例を、図１の概略構成図によって説明す
る。

【００１２】図１に示すように、ＰＶＤ法によって、基
板（例えばシリコン基板）１１の表面１１ｓに銅膜１２
を成膜する。その際、基板１１の端面１１ｅおよび裏面
１１ｂ側に銅（図示せず）が回り込み付着される。その
後、全反射傾向Ｘ線分析によって、この基板１１の銅に
よる汚染濃度を測定した。その結果、基板の裏面１１ｂ
にはおよそ１×１０¹⁴atoms/cm²程度の濃度で銅が付着
されていることがわかった。

【００１３】次に上記のように銅を成膜した基板１１
を、銅の酸化種と酸化銅のエッチング種とを含む処理液
を用いて洗浄処理した。このような処理液として、例え
ば、フッ化水素酸０．５ｗｔ％と過酸化水素０．０３ｗ
ｔ％を含む処理液を用いた。その後、基板１１の濯ぎを
純水を用いて行った。

【００１４】上記第１の洗浄方法では、処理液中に銅の
酸化種である過酸化水素と酸化銅のエッチング種である
フッ化水素酸とを含むことから、この処理液を用いて基
板１１を洗浄すると、基板１１に付着した銅が過酸化水
素により酸化されて酸化銅が生成され、その酸化銅がエ
ッチング種のフッ化水素酸によりエッチングされるた
め、基板１１に付着した銅が除去される。

【００１５】上記洗浄を行った後、全反射傾向Ｘ線分析
によって、上記基板１１の銅による汚染濃度を測定し
た。その結果、洗浄後の銅の汚染濃度は、およそ１×１
０¹⁰atoms/cm²程度に低減されたことがわかった。よっ
て、第１の洗浄方法には、十分な洗浄効果があることが
確認された。

【００１６】上記第１の洗浄方法では、銅の酸化種であ
る過酸化水素と酸化銅のエッチング種であるフッ化水素
酸とを含む処理液を用いて基板１１の洗浄を行ったが、
銅の酸化種としてオゾンを用いることも可能である。

【００１７】次に、本発明の第２の洗浄方法に係わる実
施の形態の一例を以下に説明する。

【００１８】前記図１に示したのと同様に、ＰＶＤ法に
よって、基板（例えばシリコン基板）１１の表面１１ｓ
に銅膜１２を成膜する。その際、基板１１の端面１１ｅ
および裏面１１ｂ側に銅（図示せず）が回り込み付着さ
れる。その後、全反射傾向Ｘ線分析によって、この基板
１１の銅による汚染濃度を測定した。その結果、基板の
裏面１１ｂにはおよそ1 ×１０¹⁴atoms/cm²程度の濃度
で銅（図示せず）が付着されていることがわかった。

【００１９】次に第１の工程を行う。この工程では、上
記のように銅を成膜した基板１１を、銅の酸化種を含む
第１の処理液を用いて洗浄処理した。このような第１の
処理液として、例えば、過酸化水素を２．８ｗｔ％含む
ものを用いた。その後、第２の工程を行う。この第２の
工程では、酸化銅のエッチング種を含む第２の処理液を
用いて基板１１の洗浄処理を行った。このような第２の
処理液として、例えば、フッ化水素酸を０．５ｗｔ％含
むものを用いた。その後、基板１１の濯ぎを純水を用い
て行った。

【００２０】上記第２の洗浄方法では、銅の酸化種であ
る過酸化水素を含む第１の処理液を用いて基板１１を洗
浄する工程で、基板１１に付着した銅が酸化される。次
いで酸化銅のエッチング種であるフッ化水素酸を含む第
２の処理液を用いて基板１１の洗浄を行うことから、第
１の処理液によって酸化された銅が第２の処理液によっ
てエッチングされるため、基板１１に付着した銅が除去
される。

【００２１】上記洗浄を行った後、全反射傾向Ｘ線分析
によって、上記基板１１の銅による汚染濃度を測定し
た。その結果、洗浄後の銅の汚染濃度は、およそ1 ×１
０¹⁰atoms/cm²程度に低減されたことがわかった。よっ
て、第２の洗浄方法には、十分な洗浄効果があることが
確認された。

【００２２】上記第２の洗浄方法では、銅の酸化種であ
る過酸化水素を含む第１の処理液と酸化銅のエッチング
種であるフッ化水素酸を含む第２の処理液を用いて基板
１１の洗浄を行ったが、第１の処理液として銅の酸化種
であるオゾンを含むものを用いることも可能であり、ま
た過酸化水素とオゾンとを含むものを用いることも可能
である。

【００２３】次に、上記第１、第２の洗浄方法におい
て、図２の（１）に示すように、基板の表面１１ｓ側に
銅配線２１が露出している場合には、この銅配線２１を
溶解せずに基板の裏面１１ｂのみを洗浄する必要があ
る。

【００２４】そこで、図２の（２）に示すように、基板
の表面１１ｓに、洗浄に用いる処理液に不溶な、例えば
窒化ケイ素膜のような保護膜２２を形成して、全ての銅
配線２１の表面を被覆する。

【００２５】そして浸漬式の装置を用いて、前記第１の
洗浄方法もしくは第２の洗浄方法により洗浄処理を行
う。それにより、基板の表面１１ｓ側の銅配線２１を溶
解させることなく、基板の裏面１１ｂ等に付着した不要
な銅原子を除去することができる。

【００２６】また、図３に示すような枚葉式の処理装置
５１を用いて洗浄処理を行うことによって、前記図２の
（１）によって説明したような、基板の表面１１ｓ側に
銅配線２１が露出している基板の裏面１１ｂ側を、銅配
線２１を溶解せずに洗浄することができる。

【００２７】まず、枚葉式の処理装置５１を図３の
（１）の正面図および（２）に平面図によって説明す
る。なお、平面図ではチャックの記載を省略し、基板を
２点鎖線で記載している。

【００２８】図３に示すように、枚葉式の処理装置５１
には、基板１１を保持するもので例えば矢印ア方向に回
動可能な基板保持手段５２が設けられている。この基板
保持手段５２に保持された基板１１の上方には、洗浄中
に基板の表面１１ｓを保護するための流体６１（矢印で
示す）をその基板の表面１１ｓ上に供給する第１のノズ
ル５３が設けられている。また、基板保持手段５２に保
持されている基板の裏面１１ｂ側には、その裏面１１ｂ
に処理液６２（矢印で示す）を供給する第２のノズル５
４が備えられている。また上記基板の裏面１１ｂ側に
は、その裏面１１ｂに純水（図示せず）を供給する第３
のノズル５５が備えられている。

【００２９】上記第２のノズル５４は、例えば、矢印サ
方向に回動自在に構成されている。また上記第３のノズ
ル５５は、例えば、矢印シ方向に回動自在に構成されて
いる。そして必要なときに、第２、第３のノズル５４、
５５の各射出部が基板の裏面１１ｂの中央に位置するよ
うに構成されている。

【００３０】図４の要部概略平面図に示すように、上記
第２のノズル５４は、供給される処理液の種類に応じて
複数本設けることが好ましい。この図面では、第１の処
理液を供給する第２のノズル５４（５４Ａ）と第２の処
理液を供給する第２のノズル５４（５４Ｂ）の２本のノ
ズルを基板１１（２点鎖線で示す）の裏面側に設けた構
成を示した。さらに基板１１の表面側には基板の表面１
１ｓを保護するための流体（例えば純水）を供給する第
３のノズル５５が設けられている。

【００３１】上記第２のノズル５４（５４Ａ）は回動支
軸５６Ａを中心に矢印ス方向に回動自在に構成されてい
て、上記第２のノズル５４（５４Ｂ）は回動支軸５６Ｂ
を中心に矢印セ方向に回動自在に構成されていて、上記
第３のノズル５５は回動支軸５７を中心に矢印シ方向に
回動自在に構成されていて、必要なときに各ノズル射出
部が基板１１（２点鎖線で示す）の裏面の中央に位置す
るように構成されている。

【００３２】上記第２のノズル５４はシャワーノズルで
構成されていてもよい。もしくは、上記第２のノズル５
４（５４Ａ、５４Ｂ）は複数本のノズルで構成されてい
てもよい。いずれの構成であっても、基板１１の裏面の
全面に処理液が行き渡るようになっていればよい。

【００３３】上記基板の表面１１ｓを保護するための流
体には、純水もしくは不活性な気体を用い、上記処理液
には、上記説明したような銅の酸化種と酸化銅のエッチ
ング種とを含む処理液、もしくは上記説明したような銅
の酸化種を含む処理液と酸化銅のエッチング種とを含む
処理液とを用いる。

【００３４】そして、基板の裏面１１ｂのみを、上記説
明した第１、もしくは第２の洗浄方法を用いて洗浄を行
う。

【００３５】すなわち、第１の洗浄方法では、第１のノ
ズル５３より基板の表面１１ｓを保護する流体として、
純水もしくは不活性な気体（例えば希ガスもしくは窒
素）を基板の表面１１ｓに向けて供給し、第２のノズル
５４（例えば５４Ａ）よりフッ化水素酸０．５ｗｔ％と
過酸化水素０．０３ｗｔ％とを含む処理液を供給して、
基板の裏面１１ｂの全面を洗浄して、付着している銅を
エッチングして除去する。その後、第３のノズル５５よ
り純水を基板の裏面１１ｂに供給して濯ぎを行う。な
お、第２のノズル５４（例えば５４Ａ）より処理液が供
給されている間および第３のノズル５５より純水が供給
されている間は、上記第１のノズル５３より基板の表面
１１ｓを保護する流体を供給し続ける。

【００３６】また第２の洗浄方法では、第１のノズル５
３より基板の表面１１ｓを保護する流体として、純水も
しくは不活性な気体（例えば希ガスもしくは窒素）を基
板の表面１１ｓに向けて供給し、第２のノズル５４Ａよ
り、例えば過酸化水素を２．８ｗｔ％含む第１の処理液
を基板の裏面１１ｂに供給し、裏面１１ｂの全面を洗浄
して、付着している銅を酸化させる。次いで第２のノズ
ル５４Ｂより、例えばフッ化水素酸を０．５ｗｔ％含む
第２の処理液を基板の裏面１１ｂに供給し、裏面１１ｂ
の全面を洗浄して、付着している酸化された銅をエッチ
ングして除去する。その後、第３のノズル５５より純水
を基板の裏面１１ｂに供給して濯ぎを行う。なお、第２
のノズル５４Ａ、５４Ｂより第１、第２の処理液が供給
されている間および第３のノズル５５より純水が供給さ
れている間は、上記第１のノズル５３より基板の表面１
１ｓを保護する流体を供給し続ける。

【００３７】なお、上記第１、第２の処理液は、１本の
第２のノズル５４より供給してもよいが、上記説明した
ように第２のノズル５４を２本設け、それぞれの第２の
ノズル５４Ａ、５４Ｂより供給されることが好ましい。

【００３８】その結果、上記いずれの方法であっても、
基板の表面１１ｓ側に形成されている銅配線２１を溶解
することなく、基板の裏面１１ｂ等に付着した不要な銅
原子を除去することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の第１の洗
浄方法によれば、銅の酸化種と酸化銅のエッチング種と
を含む処理液を用いて基板を洗浄するので、基板に付着
した銅を酸化種により酸化することができ、その酸化し
た銅をエッチング種によりエッチングするとができるの
で、基板に付着した銅を基板から除去することができ
る。よって、基板を高清浄度に維持することができる。

【００４０】上記第２の洗浄方法では、銅の酸化種を含
む第１の処理液を用いて基板を洗浄するので、基板に付
着した銅を酸化することができる。そして酸化銅のエッ
チング種を含む第２の処理液を用いて基板を洗浄するの
で、第１の処理液によって酸化された銅を第２の処理液
によってエッチングすることができるので、基板に付着
した銅を基板から除去することができる。よって、基板
を高清浄度に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄方法により洗浄される基板の概略
図である。

【図２】本発明の洗浄方法により洗浄される基板の概略
断面図である。

【図３】本発明の洗浄方法に用いる洗浄装置の概略を示
す正面図である。

【図４】本発明の洗浄方法に用いる洗浄装置のノズルの
配置例を示す平面図である。

【符号の説明】

１１…基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅の酸化種と、酸化銅のエッチング種と
を含む処理液を用いて基板の洗浄を行うことを特徴とす
る基板の洗浄方法。
【請求項２】前記銅の酸化種に過酸化水素もしくはオ
ゾンを用いることを特徴とする請求項１記載の基板の洗
浄方法。
【請求項３】前記酸化銅のエッチング種にフッ化水素
酸を用いることを特徴とする請求項１記載の基板の洗浄
方法。
【請求項４】銅の酸化種を含む第１の処理液を用いて
基板を洗浄する工程と、酸化銅のエッチング種を含む第２の処理液を用いて前記
基板の洗浄を行う工程とを備えたことを特徴とする基板
の洗浄方法。
【請求項５】前記銅の酸化種に過酸化水素およびオゾ
ンのうちの少なくとも一方を用いることを特徴とする請
求項４記載の基板の洗浄方法。
【請求項６】前記酸化銅のエッチング種にフッ化水素
酸を用いることを特徴とする請求項４記載の基板の洗浄
方法。