JP2006505139A - 超臨界二酸化炭素／化学調合物を用いたパターン化されたシリコン／二酸化ケイ素上における粒子状汚染物質の除去 - Google Patents
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Abstract
半導体基板上の粒子状汚染物質を小領域から洗浄するための洗浄組成物。本洗浄組成物は、超臨界ＣＯ2（ＳＣＣＯ２）と、アルコールと、フッ素源と、場合によりヒドロキシル添加剤とを含有する。かかる洗浄組成物は、洗浄試薬としてのＳＣＣＯ２が有する固有の欠陥、すなわち、ＳＣＣＯ２の非極性や、それに関連する、ウエハー基板上の粒子状汚染物質に存在し、かつ効率的洗浄のために半導体基板から除去されなければならない無機塩類および極性有機化合物などの種に対する不可溶性を克服している。本洗浄組成物は、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板上に粒子状汚染物質を有する基板に関して、損傷や残留物が生じない洗浄を実現している。
Description
発明の分野
本発明は、その上に粒子状汚染物質を有するパターン化されたシリコン／二酸化ケイ素基板から該汚染物質除去することを目的とした半導体製造に有用な超臨界二酸化炭素系組成物、および半導体基板から粒子状汚染物質を除去するために該組成物を利用する方法に関するものである。
本発明は、その上に粒子状汚染物質を有するパターン化されたシリコン／二酸化ケイ素基板から該汚染物質除去することを目的とした半導体製造に有用な超臨界二酸化炭素系組成物、および半導体基板から粒子状汚染物質を除去するために該組成物を利用する方法に関するものである。
関連技術の説明
半導体製造分野において、粒子状汚染物質を除去するためのウエハーの洗浄には、さまざまな方法が利用されている。これらの方法として、超音波、高圧ジェット洗浄、エキシマレーザ・アブレーション、二酸化炭素スノージェット手法といったいくつかの名称が挙げられる。
半導体製造分野において、粒子状汚染物質を除去するためのウエハーの洗浄には、さまざまな方法が利用されている。これらの方法として、超音波、高圧ジェット洗浄、エキシマレーザ・アブレーション、二酸化炭素スノージェット手法といったいくつかの名称が挙げられる。
近年、洗浄用液体ジェットの動力学と同様に、粒子を半導体基板から吹出させるための空気の利用が幅広く研究されている。
今日までに開発されたあらゆる方法は、複数の欠点を伴う。
より一般的には、半導体基板からの汚染粒子の除去に付随する問題として、表面汚染物質が特性的に有機、無機の両方もしくはいずれか一方であることから、互換性のある洗剤の選択の観点からいえば洗浄プロセスが複雑化する場合があるという事実が挙げられる。さらに、すべての被洗浄表面が、滑らかとは限らず、先行するエッチング、蒸着の両方もしくはいずれか一方のプロセスに起因して変動する凹凸度合いを有するとは限らないことから、洗浄方法が複雑化する可能性がある。さらに、汚染粒子の除去に常に影響を与える、ファンデルワールス引力、静電相互作用、重力および化学的相互作用などのいくつかの接着力が存在する。したがって、流量特性、化学的局面および物理的局面のすべてが関与しており、粒子状汚染物質の除去を困難にしている。
ゆえに、ウエハー表面からの粒子状汚染物質の除去は、半導体製造プロセスの最終生成物であるマイクロ電子デバイスの適切な動作を保証し、製造プロセスにおけるその後の処理工程に関する障害または欠陥を回避するのに重要であるために、洗浄技術の改良を目的とした分野では継続需要が存在している。
発明の概要
本発明は、粒子状汚染粒子を、上部に該汚染物質を有する基板から除去することを目的とした半導体製造に有用な超臨界二酸化炭素系組成物、および半導体基板から汚染粒子を除去するために該組成物を利用する方法に関するものである。
本発明は、粒子状汚染粒子を、上部に該汚染物質を有する基板から除去することを目的とした半導体製造に有用な超臨界二酸化炭素系組成物、および半導体基板から汚染粒子を除去するために該組成物を利用する方法に関するものである。
一の態様では、本発明は、ＳＣＣＯ２と、アルコールと、フッ素源と、場合によりヒドロキシル添加剤と、を含む粒子状汚染物質の洗浄組成物に関するものである。
別の態様では、本発明は、該洗浄組成物の総重量に基づいて、メタノールが約５〜約２０重量％の濃度で存在し、フッ化物が約０．０１〜約２．０重量％の濃度で存在し、またホウ酸が約０．０１〜約２．０重量％の濃度で存在する、ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ化アンモニウムと、フッ素化界面活性剤と、ホウ酸とを含む、粒子状汚染物質の洗浄組成物に関するものである。
本発明のさらなる態様は、粒子状汚染物質を、上部に該汚染物質を有する基板から除去する方法に関するものであり、該方法は、基板から粒子状汚染物質を除去するのに十分な時間かつ十分な接触条件下で、粒子状汚染物質に、ＳＣＣＯ２と、アルコールと、フッ素源と、場合によりヒドロキシル添加剤と、を含む洗浄組成物を接触させることを含む。
別の態様では、本発明の特徴および実施形態は、以下に示す明細書および添付された特許請求の範囲から一層十分に明確になるであろう。
発明の詳細な説明および発明の好ましい実施形態
本発明は、汚染粒子を、上部に該汚染粒子を有する半導体基板から除去するのに極めて有効な超臨界二酸化炭素系洗浄組成物の発見に基づいている。本発明の組成物および方法は、ブランケットとパターン化されたウエハーの両方のシリコン領域および二酸化ケイ素領域からの、有機組成物、無機組成物の両方もしくはいずれか一方の粒子などの表面粒子の除去に有効である。
本発明は、汚染粒子を、上部に該汚染粒子を有する半導体基板から除去するのに極めて有効な超臨界二酸化炭素系洗浄組成物の発見に基づいている。本発明の組成物および方法は、ブランケットとパターン化されたウエハーの両方のシリコン領域および二酸化ケイ素領域からの、有機組成物、無機組成物の両方もしくはいずれか一方の粒子などの表面粒子の除去に有効である。
超臨界二酸化炭素（ＳＣＣＯ２）は、超臨界ＣＯ2が液体、気体の両方の特性を備えていることから、一見すると、粒子状汚染物質を除去するための好適な試薬として考えられるかもしれない。超臨界ＣＯ2は、気体と同様に、急速に拡散し、低い粘性やほぼゼロに等しい表面張力を有し、深いトレンチやビアに容易に浸透する。また、液体と同様に、「洗浄」媒体として、バルクフロー性能を有している。
しかしながら、超臨界ＣＯ2は、これらの顕著な利点を有するにもかかわらず、非極性である。したがって、超臨界ＣＯ2は、多くの汚染粒子中に存在し、半導体基板から効率的洗浄のために除去されなければならない無機塩類や極性有機化合物などの多くの種を可溶化しない。このように、ＳＣＣＯ２は非極性の性質を示すことから、ウエハー表面における汚染粒子の洗浄を目的とする利用に対して障害が発生する。
超臨界ＣＯ2が有する上記欠陥は、ブランケットとパターン化されたウエハーの両方のシリコン領域および二酸化ケイ素領域から発生する粒子の洗浄にとって極めて効果的であり、上部に上記汚染粒子を有する基板において損傷も残留物も生じない洗浄を実現する、ＳＣＣＯ２系組成物の提供について記載する本発明によって克服されている。
より具体的には、本発明は、ＳＣＣＯ２と、アルコールと、フッ素源と、場合によりヒドロキシル添加剤とを含む粒子状汚染物質の洗浄組成物に焦点を当てている。
本発明の組成物は、Ｓｉ／ＳｉＯ2ウエハーのＳｉ含有領域上でさらなる衝突を回避した状態で、半導体基板上で小領域から粒子状汚染物質を洗浄するための有用性を示している。
洗浄組成物では、フッ素源は、Ｓｉ／ＳｉＯ2表面上に存在するシリコン不純物の除去において有用である。フッ素源は、適切であれば任意の種類、例えば、フッ素含有化合物または他のフッ素種であってもよい。例証となるフッ素源成分として、フッ化水素（ＨＦ）、化学式、ＮＲ3（ＨＦ）3のトリエチルアミン三水素フッ化物または三フッ化水素アミン化合物（式中、各Ｒは、それぞれ独立に、水素および低級アルキル（Ｃ1〜Ｃ8アルキル）から選択される）と、フッ化水素−ピリジン（ｐｙｒ−ＨＦ）、化学式、Ｒ4ＮＦのフッ化アンモニウム（式中、各Ｒは、それぞれ独立に、水素および低級アルキル（Ｃ1〜Ｃ8アルキル）から選択される）と、などが挙げられる。フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）は、現在、本発明の組成物の中で好ましいフッ素源であるものの、適切であれば他のいずれのフッ素源成分も利用され、同一の効果を得ることが可能である。
この組成物として、組成物中でさらなるフッ素およびフッ化物を提供するフッ素化界面活性剤を挙げてもよい。
任意のヒドロキシル添加剤は、ウエハーをさらなる酸化から保護するように機能する。ホウ酸は、いまや好ましいヒドロキシル添加剤であるものの、他のヒドロキシル剤、たとえば、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸も上記目的のために有利に利用される場合がある。さらに、ヒドロキシル添加剤は、たとえば、２−フルオロフェノールといったフッ素源でもよい。
洗浄組成物の溶媒相として、ＳＣＣＯ２／アルコール溶液の形成に用いられるアルコールは、適切であれば任意の種類であってよい。本発明の１つの実施形態において、上記アルコールは、Ｃ1〜Ｃ4アルコール（すなわち、メタノール、エタノール、プロパノール、またはブタノール）、または上記アルコール種の中の２種類以上の混合物を含む。
好ましい実施形態において、該アルコールはメタノールである。ＳＣＣＯ２とともにアルコール相溶化剤が存在することで、粒子状汚染物質中に存在する無機塩類および極性有機化合物に対する組成物の溶解度の増加が促進される。概して、相互に関連し合うＳＣＣＯ２とアルコールとの特定の割合と量は、粒子状汚染物質に対して所望されるＳＣＣＯ２／アルコール溶液の可溶化（溶媒化）作用を提供するために、当業者が余計な努力をすることのない範囲内で容易に決定できるように、適度に変化させてもよい。アルコール濃度は、組成物の総重量に基づき、約５〜約２０重量％の範囲内であればよい。
１つの実施形態では、本発明の洗浄組成物として、ＳＣＣＯ２、アルコール、フッ化アンモニウム、フッ素化界面活性剤、ホウ酸などが挙げられる。
上記特性を有する好ましい組成物において、特にＳｉ／ＳｉＯ2ウエハー表面の洗浄に適するように、洗浄組成物の総重量に基づき、フッ化アンモニウムは約０．０１〜約１．０重量％の濃度で存在し、ホウ酸は約０．０１〜約１．０重量％の濃度で存在する。
洗浄組成物は、約１０００〜約７５００ｐｓｉの範囲内の圧力で、基板からの粒子状汚染物質の除去を所望どおりに達成させるのに十分な時間で、上部に粒子状汚染物質を有する基板に接触されて使用されうる。例えば、接触時間は約５〜約３０分の範囲内で、温度は約３５〜約１００℃にする。しかし、本発明の広範な実施に有利になるように、接触時間と温度を通常より上下に設ける場合は考えられ、これは当然なことである。
１つの実施形態では、Ｓｉ／ＳｉＯ2基板からのＳｉＮ粒子の除去は、温度と圧力がそれぞれ５５℃と４０００ｐｓｉで、３０分の処理時間（１０分の動的フロー（dymanic flow）、１０分の静的ソーク（static soak）、１０分の動的フロー、その後に続く３つの容量によるＳＣＣＯ２／メタノール（２０重量％）リンスおよび純粋な３つの容量によるＳＣＣＯ２リンス）を用いて、ＳＣＣＯ２／アルコール（１５重量％）／フッ化物（０．５５重量％）溶液によって極めて高度に達成された。
特に好ましい実施形態における洗浄プロセスには、上部に粒子状汚染物質を有する基板上方での洗浄組成物の動的フローと、その後に続く洗浄組成物中での基板の静的ソークなどの連続処理工程が含まれる。その際、動的フローと静的ソークの各工程は、交互にかつ繰り返し、このような交互の工程サイクル内に実行される。
例えば、動的フロー／静的ソークの両工程は、前述の例証的な実施形態での３０分の接触時間において、１０分の動的フローと、１０分の静的ソークと、１０分の動的フローとからなるシーケンスを含むように、３つの連続サイクル期間中に実行される。
洗浄組成物を粒子状汚染物質に耐性を有する基板に接触させた後、基板は、１回目の洗浄工程では、好ましくは大量のＳＣＣＯ２／アルコール溶液（他のいかなる成分も含有しない）、例えば、２０％メタノール溶液で洗浄され、粒子状汚染物質の除去が効果的であった基板領域から、残留、沈殿する任意の添加剤が除去され、２回目の洗浄工程では、最後に大量の純粋なＳＣＣＯ２で洗浄され、基板領域から、任意の残留するアルコール相溶化剤、沈殿する添加剤の両方もしくはいずれか一方が除去される。
本発明の特徴および利点は、以下に述べる経験的努力と結果を通して、より完全に明らかになる。
本試験で試験されるサンプルウエハーには、パターン化された二酸化ケイ素層およびシリコン層の上に存在する窒化シリコン粒子が含まれていた。これらのサンプルは、まず５０℃かつ４４００ｐｓｉで純粋なＳＣＣＯ２を用いて処理され、１０ｍＬ／分の流速をもつフローによって一部の粒子は除去されるものの、すべての汚染粒子を完全に除去するには効果的でなかった。
図１は、パターン化された二酸化ケイ素層およびシリコン層を含むウエハーの光学顕微鏡写真であり、ＳＣＣＯ２／メタノール溶液によるウエハー洗浄後にウエハー上部に存在するＳｉＮ汚染粒子を示している。
つぎに、さまざまな添加剤／界面活性剤がＳＣＣＯ２／メタノール溶液に添加され、その粒子除去の効率性が試験された。
図２は、５０℃で、ＳＣＣＯ２／メタノール／ホウ酸／ＮＨ4Ｆ溶液で洗浄されるウエハーの光学画像を示し、ＳｉＮ粒子はＳｉＯ2表面から除去されるものの、シリコン領域からの同粒子の除去については、この清浄液は効果的でなかったことを明示している。ホウ酸は、フッ化物イオンによる衝突からＳｉＯ2表面を保護するとともに、酸化シリコン表面に水素結合することで、ファンデルワールス力によって保持される可能性が高い同粒子のリフトオフを促進した。フッ素源は、ＳｉＮ粒子との化学反応によって粒子除去を促進するために用いられたことから、ウエハー表面からの同粒子除去に有用であった。水分への暴露の際にＨＦを生成しない、共有結合を形成するフッ素源は、一般にシリコン表面から粒子を除去するものとして期待されている。
図３は、ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ素化界面活性剤とを含有する洗浄組成物による洗浄後の、図１に示される種類のウエハーの光学顕微鏡写真である。図３から明らかなように、ＳＣＣＯ２／メタノール／フッ素化界面活性剤溶液は、ＳｉＯ2表面から粒子を除去しなかった。
図４は、ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ化アンモニウムと、ホウ酸と、フッ素化界面活性剤とを含有する洗浄組成物による洗浄後の、図１に示される種類のウエハーの光学顕微鏡写真であり、上記組成物がすべてのパターン化されたウエハーから表面粒子を見事に除去したことを示している。
このように、上述した写真は、本発明に記載される、ウエハー基板上の粒子状汚染物質の除去に対する洗浄組成物の有効性を示す証拠である。
本発明の洗浄組成物は、例えば、混合容器をゆっくりとかき混ぜながら各成分を単純に混合することで容易に調合される。
上記洗浄組成物は、いったん調合されると、ポストエッチ残留物除去のために、適度に高められた圧力で、例えば、洗浄組成物が適度な体積率および量で供給され、結果的に所望される接触動作を有効にする加圧された接触チャンバー内で、上部の残留物と接触する対象の基板に適用される。
本発明の洗浄組成物のための特定の接触条件は、本願明細書の開示に基づき、当業者が実施する範囲内で容易に決定可能であり、基板からのポストエッチ残留物除去を所望どおり達成している間、本発明の洗浄組成物における各成分の特定の割合および各成分の濃度は、幅広く変化する可能性があることが認められるであろう。
したがって、本発明の特定の態様、特徴および例示的な実施形態に関して、本発明が本願明細書に記載されている一方、本発明の有用性は、このように限定されることなく、むしろ多くの他の態様、特徴および実施形態にまで拡大され、これらを包含することが認識されるであろう。したがって、本願明細書の後に記載される特許請求の範囲は、その技術思想および範囲内であり、すべての上記の態様、特徴および実施形態を含むように、同様に幅広く解釈されることを意図するものである。
図面の簡単な説明
ＳＣＣＯ２／メタノール溶液によるウエハー洗浄後の、上部にＳｉＮ汚染粒子が示される、パターン化された二酸化ケイ素層およびシリコン層を含むウエハーの光学顕微鏡写真。
ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ化アンモニウムと、ホウ酸とを含有する洗浄組成物による洗浄後の、図１に示される種類のウエハーの光学顕微鏡写真。
ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ素化界面活性剤とを含有する洗浄組成物による洗浄後の、図１に示される種類のウエハーの光学顕微鏡写真。
ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ化アンモニウムと、ホウ酸と、フッ素化界面活性剤とを含有する洗浄組成物による洗浄後の、図１に示される種類のウエハーの光学顕微鏡写真。
Claims (28)
- ＳＣＣＯ２と、アルコールと、フッ素源と、場合によりヒドロキシル添加剤と、を含むポストエッチ残留物の洗浄組成物。
- 前記アルコールは、少なくとも１つのＣ1〜Ｃ4アルコールを含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記アルコールは、メタノールを含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記フッ素源は、フッ化水素（ＨＦ）と、化学式、ＮＲ3（ＨＦ）3の三フッ化水素アミン化合物（式中、各Ｒは、それぞれ独立に、水素および低級アルキルから選択される）と、フッ化水素−ピリジン（ｐｙｒ−ＨＦ）と、化学式、Ｒ4ＮＦのフッ化アンモニウム（式中、各Ｒは、それぞれ独立に水素および低級アルキルから選択される）と、からなる群から選択されるフッ素含有化合物を含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記フッ素源は、フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記ヒドロキシル添加剤は、ホウ酸を含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記ヒドロキシル添加剤は、前記フッ素源の少なくとも一部である、請求項１に記載の組成物。
- 前記ヒドロキシル添加剤と前記フッ素源は、２−フルオロフェノールを含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記アルコールは、前記組成物の総重量に基づいて、約５〜約２０重量％の範囲内の濃度を有する、請求項１に記載の組成物。
- 前記フッ素源は、前記洗浄組成物の総重量に基づいて、約０．０１〜約２．０重量％の濃度を有する、請求項１に記載の組成物。
- フッ化アンモニウムと、フッ素化界面活性剤と、ホウ酸とを含む、請求項１に記載の組成物。
- 前記フッ化アンモニウムは、前記洗浄組成物の総重量に基づいて、約０．１〜約２．０重量％の濃度を有する、請求項１１に記載の組成物。
- ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ化アンモニウムと、フッ素化界面活性剤と、ホウ酸とを含む粒子状汚染物質の洗浄組成物であって、前記洗浄組成物の総重量に基づいて、前記メタノールは、約５〜約２０重量％の濃度で存在し、前記フッ化物は、約０．０１〜約２．０重量％の濃度で存在し、前記ホウ酸は、約０．０１〜約２．０重量％の濃度で存在する、洗浄組成物。
- その上に粒子状汚染物質を有する基板から前記粒子状汚染物質を除去する方法であって、前記基板から前記粒子状汚染物質を除去するのに十分な時間かつ十分な接触条件下で、前記粒子状汚染物質を、ＳＣＣＯ２と、アルコールと、フッ素源と、場合によりヒドロキシル添加剤とを含む洗浄組成物に接触させることを含む、方法。
- 前記接触条件は、高圧力を含む、請求項１４に記載の方法。
- 前記高圧力は、約１０００から約７５００ｐｓｉの範囲内の圧力を含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記接触時間は、約５〜約３０分の範囲内にある、請求項１４に記載の方法。
- 前記フッ素源は、フッ化水素（ＨＦ）と、化学式、ＮＲ3（ＨＦ）3の三フッ化水素アミン化合物（各Ｒは、それぞれ独立に、水素および低級アルキルから選択される）と、フッ化水素−ピリジン（ｐｙｒ−ＨＦ）と、化学式、Ｒ4ＮＦのフッ化アンモニウム（式中、各Ｒは、それぞれ独立に、水素および低級アルキルから選択される）と、からなる群から選択されるフッ素含有化合物を含む、請求項１４に記載の方法。
- 前記フッ素源は、フッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）を含む、請求項１４に記載の方法。
- 前記組成物は、ＳＣＣＯ２と、メタノールと、フッ化アンモニウムと、フッ素化界面活性剤と、ホウ酸とを含み、前記洗浄組成物の総重量に基づいて、前記メタノールは、約５〜約２０重量％の濃度で存在し、前記フッ化物は、約０．０１〜約２．０重量％の濃度で存在し、前記ホウ酸は、約０．０１〜約２．０重量％の濃度で存在する、請求項１４に記載の方法。
- 前記接触工程が、（ｉ）前記洗浄組成物を前記ポストエッチ残留物に動的フロー接触させることと、（ｉｉ）前記洗浄組成物を前記ポストエッチ残留物に静的ソーク接触させることとを含む洗浄サイクルを含む、請求項１４に記載の方法。
- 前記洗浄サイクルは、前記ポストエッチ残留物に関して、動的フロー接触（ｉ）と、静的ソーク接触（ｉｉ）とを交互にかつ繰り返し実行する、請求項２１に記載の方法。
- 前記洗浄サイクルは、（ｉ）動的フロー接触と、（ｉｉ）静的ソーク接触を順番に実行し、前記順番を３回繰り返すことを含む、請求項２２に記載の方法。
- １回目の洗浄工程ではＳＣＣＯ２／アルコール洗浄溶液、２回目の洗浄工程ではＳＣＣＯ２により、前記基板を前記粒子状汚染物質が除去された領域において洗浄し、前記１回目の洗浄工程において残留し沈殿する添加剤を除去し、前記２回目の洗浄工程において残留し沈殿する添加剤、残留するアルコールの両方もしくはいずれか一方を除去するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
- ＳＣＣＯ２と、アルコールと、フッ素源と、抗酸化剤と、を含むポストエッチ残留物の洗浄組成物。
- 前記抗酸化剤は、ホウ酸と、３−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸と、２−フルオロフェノールとからなる群から選択される、請求項２５に記載のポストエッチ残留物の洗浄組成物。
- 前記アルコールは、Ｃ1〜Ｃ4アルコールを含み、前記抗酸化剤は、ホウ酸を含む、請求項２５に記載のポストエッチ残留物の洗浄組成物。
- 基板からポストエッチ残留物を除去するために前記基板を洗浄する方法であって、請求項２７で請求されるように、前記基板をフォトレジスト洗浄組成物に接触させることを含む、方法。
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