JP2012256655A - 基板処理方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング等における基板に付着するパーティクルを減らす。
【解決手段】基板を、前記基板を洗浄するための薬液に浸漬させ、前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、パーティクルを前記薬液内から除去し、前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出すことを特徴とする基板処理方法を提供することにより上記課題を解決する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、基板処理方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。

半導体装置は、シリコンウエハ等の基板表面における加工を行なうことにより製造される。このため半導体装置の製造する際には、薬液等によるウエットエッチングや洗浄等の基板処理が製造工程の一部として行なわれており、例えば、絶縁膜やシリサイド形成のための金属膜を成膜する前に行なわれている。

このようなウエットエッチングや洗浄等の基板処理においては、基板表面に付着していたパーティクル等が薬液等により除去されるが、除去されたパーティクル等は薬液内を浮遊しており、薬液等より基板を取り出す際に、基板にパーティクルが付着する場合がある。また、基板表面に形成されている膜を除去する場合も同様に、基板表面に形成された膜を剥離することにより膜の成分のパーティクルが生じ、生じたパーティクル等は薬液内を浮遊し、薬液等より基板を取り出す際に、基板にパーティクルが付着する場合がある。このように基板に付着したパーティクルは異物であるため、歩留り低下の要因となることから、薬液等からパーティクルを除去する方法の検討がなされている。

特開平６−８４８７１号公報 特開平７−３７８４９号公報 特開平７−９４４５９号公報

例えば、半導体装置は、シリコン基板の表面に酸化膜を形成し、所定の領域に不純物元素のイオン注入を行なった後、酸化膜を除去し、その後、ゲート酸化膜を形成し、更に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成することにより製造される。このような製造方法においては、ゲート酸化膜を形成する前の前処理の工程として、酸化膜を除去する工程が行なわれるが、この工程は酸化膜の形成されたシリコン基板をフッ酸（ＨＦ）水溶液に浸漬させることにより行なわれる。

この工程を図１に基づき説明する。最初に、図１（ａ）に示すように、薬液槽２０に入れられたフッ酸水溶液２１に、酸化膜１１が表面に形成されているシリコン基板１０を浸漬させる。フッ酸水溶液２１は薬液槽２０に入れられており、更に、ポンプ２２によりフッ酸水溶液２１を薬液槽２０の底面に設けられた供給口２０ａより供給することにより、フッ酸水溶液２１が溢れ出しオーバーフローしている状態となる。この薬液槽２０より溢れ出したフッ酸水溶液２１はオーバーフロー槽２３に流れ込む。表面に酸化膜１１が形成されているシリコン基板１０は、この薬液槽２０内のフッ酸水溶液２１に浸漬させる。尚、フッ酸水溶液２１はポンプ２２により循環されており、オーバーフロー槽２３に流れ込んだフッ酸水溶液２１は、不図示の濾過処理装置によりパーティクル等が除去された後、再び、ポンプ２２により供給口２０ａから供給される。

このように、薬液槽２０内に表面に酸化膜１１が形成されているシリコン基板１０を浸漬させることにより、図１（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の表面に形成されていた酸化膜１１はシリコン基板１０の表面より除去される。除去された酸化膜１１は分離しパーティクル１１ａとなり、薬液槽２０内のフッ酸水溶液２１内を浮遊する。このパーティクル１１ａは、一部はオーバーフロー槽２３にフッ酸水溶液２１とともに流れ出すが、すべてのパーティクル１１ａが流れ出すのではなく、その多くは薬液槽２０内に留まっている。

この後、図１（ｃ）に示すように、表面の酸化膜１１が除去されたシリコン基板１０を薬液槽２０より取り出す。この際に、薬液槽２０のフッ酸水溶液２１中に浮遊していたパーティクル１１ａがシリコン基板１０の表面に付着（再付着）する。このように、シリコン基板１０の表面にパーティクル１１ａが付着すると、製造される半導体装置の歩留りが低下する。

このため、半導体装置を製造する際の洗浄やウエットエッチング等において、基板表面に付着するパーティクル等が少ない基板処理方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法が望まれている。

本実施の形態の一観点によれば、基板を、前記基板を洗浄するための薬液に浸漬させ、前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、パーティクルを前記薬液内から除去し、前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出すことを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板を洗浄するための薬液が入れられている薬液槽と、前記薬液内に浮遊しているパーティクルを除去するための網部と、を有し、前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記網部により、前記薬液内に浮遊している前記パーティクルを除去することを特徴とする。

また、本実施の形態の他の一観点によれば、表面に酸化膜が形成されている基板を薬液に浸漬させ、前記酸化膜を前記基板より剥離し、前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、前記酸化膜が剥離することにより生じたパーティクルを前記薬液内より除去し、前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出し、前記取り出された基板表面にゲート酸化膜を形成し、前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成し、前記基板表面にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする。

開示の基板処理方法、基板処理装置及び半導体装置の製造方法によれば、洗浄やウエットエッチング等において、基板の表面に付着するパーティクル等を減らすことができるため、半導体装置の歩留りを向上させることができる。

従来の基板処理方法の説明図 従来の基板処理方法においてシリコン基板に付着するパーティクルの説明図 パーティクルのＳＥＭ像 従来の基板処理装置の説明図 第１の実施の形態における基板処理装置及び基板処理方法の説明図（１） 第１の実施の形態における基板処理装置及び基板処理方法の説明図（２） 第１の実施の形態における基板処理方法の効果の説明図 第２の実施の形態における基板処理装置及び基板処理方法の説明図 ｐＨとゼータポテンシャルとの相関図 第３の実施の形態における半導体装置の製造方法の説明図

発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

〔第１の実施の形態〕
最初に、図１に示す工程において、薬液槽２０より取り出したシリコン基板１０の表面に付着しているパーティクル１１ａについて説明する。

図２は、薬液槽２０より取り出されたシリコン基板１０を示すものである。図２に示すように、薬液槽２０より取り出されたシリコン基板１０の表面にはパーティクル１１ａが付着している。図３は、シリコン基板１０に付着しているパーティクル１１ａのＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を示す。パーティクル１１ａは、シリコン基板１０の表面に形成されていた酸化膜１１が剥離して分離したものであり、パーティクル１１ａの大きさは約０．２μｍ程度である。

このようなパーティクル１１ａは、図４に示すように、フッ酸水溶液２１を薬液槽２０の底部からポンプ２２により供給して、フッ酸水溶液２１をオーバーフローさせることにより、徐々に除去することが可能である。従って、薬液槽２０にシリコン基板１０を浸漬させてフッ酸水溶液２１を長時間オーバーフローさせることにより、フッ酸水溶液２１中に含まれるパーティクル１１ａの数を減らすことができる。しかしながら、この間、シリコン基板１０はフッ酸水溶液２１内に浸漬されているため、シリコン基板１０に与えるダメージが大きく、歩留りの低下を招くため、実際の製造プロセスとしては用いることはできない。

（基板処理方法及び基板処理装置）
次に、本実施の形態における基板処理方法及び基板処理装置について説明する。本実施の形態における基板処理方法及び基板処理装置は、シリコン基板等の表面に形成されている酸化膜を除去するためのものである。尚、本実施の形態では、薬液としてフッ酸水溶液を用いた場合について説明するが、他のエッチング液又は洗浄液等を用いた場合についても適用可能である。

図５等に基づき本実施の形態における基板処理装置について説明する。本実施の形態における基板処理装置は、薬液槽１２０内にフッ酸水溶液１２１が入れられており、フッ酸水溶液１２１は、ポンプ１２２により薬液槽１２２の底面又は側面に設けられた供給口１２０ａより薬液槽１２０内に供給されている。薬液槽１２０の側面にはオーバーフロー槽１２３が設けられており、薬液槽１２０より溢れ出たフッ酸水溶液１２１はオーバーフロー槽１２３に流れ込む。尚、本実施の形態では、フッ酸水溶液１２１はポンプ１２２により循環されており、オーバーフロー槽１２３に流れ込んだフッ酸水溶液１２１は、不図示の濾過処理装置によりパーティクル等が除去された後、再び、ポンプ１２２により供給口１２０ａより供給される。

また、本実施の形態における基板処理装置では、パーティクル除去部１３０が設けられている。パーティクル除去部１３０は、網部１３１と網部１３１を支持する支持部１３２により形成されており、網部１３１と支持部１３２の接合部分を軸に網部１３１が可動することができるように形成されている。網部１３１には開口部が２次元状に形成されており、開口部の幅は０．１μｍ以下で形成されている。これは、前述したように、酸化膜を剥離することより生じた酸化シリコンのパーティクルの大きさが約０．２μｍであるため、このパーティクルを除去するため、網部１３１の開口部は、パーティクルの大きさよりも小さく形成されている。また、網部１３１は、フッ酸水溶液１２１に溶けることがないように、薬品耐性の高い絶縁体材料により形成されていることが好ましく、樹脂材料により形成されていることが好ましい。具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン又はフッ素樹脂等により形成されていることが好ましい。

次に、本実施の形態における基板処理方法について説明する。本実施の形態における基板処理方法は、最初に、図５（ａ）に示すように、表面に酸化膜の形成されているシリコン基板１１０を薬液槽１２０内におけるフッ酸水溶液１２１に浸漬させる。これにより、シリコン基板１１０の表面の酸化膜は除去され、パーティクル１１１ａが発生し、フッ酸水溶液１２１内を浮遊する。フッ酸水溶液１２１は薬液槽１２０の底部に設けられた供給口１２０ａより単位時間当たり一定量が供給されており、薬液槽１２０からフッ酸水溶液１２１が溢れ出している。このため薬液槽１２０内では、下から上に向かうフッ酸水溶液１２１の流れが生じており、この流れに伴いパーティクル１１１ａがフッ酸水溶液１２１内を浮遊している。

次に、図５（ｂ）に示すように、パーティクル除去部１３０の網部１３１を薬液槽１２０内におけるフッ酸水溶液１２１に浸漬させる。

次に、図５（ｃ）に示すように、パーティクル除去部１３０の網部１３１を支持部１３２と網部１３１との接続部分を軸に動かすことにより、フッ酸水溶液１２１内におけるシリコン基板１１０の上部を網部１３１により覆う。

次に、図６（ａ）に示すように、支持部１３２を上方向、即ち、シリコン基板１１０の取出し方向に移動させる。これに伴い網部１３１も上方向に移動し、薬液槽１２０内の上部、即ち、シリコン基板１１０を取り出す方向におけるフッ酸水溶液１２１中に存在しているパーティクル１１１ａを除去する。

次に、図６（ｂ）に示すように、シリコン基板１１０を薬液槽１２０内のフッ酸水溶液１２１より取り出す。本実施の形態では、網部１３１によりシリコン基板１１０の上方のフッ酸水溶液１２１中に存在しているパーティクル１１１ａは除去されているため、取り出されたシリコン基板１１０の表面に付着するパーティクル１１１ａの数を減らすことができる。

ところで、長時間ポンプ１２２により薬液槽１２０内にフッ酸水溶液１２１を供給し続けた場合、徐々にではあるがパーティクル１１１ａの量を減らすことができ、本実施の形態と同様の効果を得ることができるものと考えられる。しかしながら、前述のとおり、長時間シリコン基板１１０をフッ酸水溶液１２１に浸漬させた場合には、シリコン基板１１０に与えるダメージが大きく、製造される半導体装置の歩留りの低下を招くため実用的ではない。

図７は、シリコン基板１１０をフッ酸水溶液１２１に浸漬させる時間とシリコン基板１１０に付着するパーティクル１１１ａの数の関係を説明するものである。図７では、１点が１枚のシリコン基板を示すものであり、フッ酸水溶液１２１に浸漬させる時間が通常の３分程度であるシリコン基板の群をグループＡで示し、フッ酸水溶液１２１に浸漬させる時間が通常よりも長い約５分であるシリコン基板の群をグループＢで示す。この図より、グループＡにおけるシリコン基板では、１枚のシリコン基板１１０に付着するパーティクル１１１ａの数の平均は、１５６１個であった。これに対し、グループＢにおけるシリコン基板では、１枚のシリコン基板１１０に付着するパーティクル１１１ａの数の平均は、５２０個であった。

このように、フッ酸水溶液１２１中よりパーティクル１１１ａを減らすことにより、シリコン基板１１０に付着するパーティクル１１１ａの数を減らすことができる。従って、本実施の形態において、パーティクル除去部１３０によりパーティクル１１１ａを除去した場合においても同様の効果、即ち、シリコン基板１１０に付着するパーティクル１１１ａの数を減らすことができるものと考えられる。特に、本実施の形態では、シリコン基板１１０を取り出す方向となるシリコン基板１１０の上部に存在していたパーティクル１１１ａは、網部１３１により除去されるため、この領域のフッ酸水溶液１２１中にはパーティクル１１１ａは殆ど存在していない。このため、より一層、シリコン基板１１０に付着するパーティクル１１１ａの数を減らすことができるものと考えられる。

尚、本実施の形態は、基板に付着しているパーティクルや酸化シリコン以外のパーティクル、例えば、窒化シリコンやシリコン等のパーティクルにも適用することができる。また、フッ酸水溶液以外の薬液等についても同様に適用することができる。

〔第２の実施の形態〕
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図８に示すように第１の実施の形態における基板処理装置において、網部１３１を帯電させるための帯電部１４０を有するものである。帯電部１４０は絶縁体材料により形成されている網部１３１を帯電させるためものであり、帯電ブラシ等により形成されている。

パーティクル１１１ａの成分が酸化シリコンである場合、水溶液と接するとその表面はゼータ電位に帯電する。図９に示すように、水溶液がフッ酸である場合には、酸化シリコンのパーティクル１１１ａは、プラスに帯電する。従って、帯電部１４０により網部１３１をマイナスに帯電させることにより、網部１３１にパーティクル１１１ａを引き寄せ付着させることができ、パーティクル１１１ａをより効率よく除去することができる。

尚、本実施の形態は、酸化シリコン以外の成分のパーティクル、即ち、窒化シリコンやシリコン等のパーティクルにも適用することができ、また、フッ酸水溶液以外の薬液等についても適用することができる。この際、図９に示すように、パーティクルとなる物質と水溶液のｐＨの値によって帯電する極性が変わる場合があるため、パーティクルが帯電する極性に対応して、帯電部１４０により網部１３１をプラスまたはマイナスに帯電させる。

〔第３の実施の形態〕
次に、第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態または第２の実施の形態における基板処理方法及び基板処理装置を用いた半導体装置の製造方法である。

本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図１０に基づき説明する。

最初に、ステップ１０２（Ｓ１０２）において、シリコン基板１１０の表面に酸化膜を形成する。具体的には、シリコン基板の表面を熱酸化することによりシリコン酸化膜を形成する。

次に、ステップ１０４（Ｓ１０４）において、不純物元素のイオン注入が行なわれる領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。具体的には、シリコン酸化膜の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターンを形成する。

次に、ステップ１０６（Ｓ１０６）において、レジストパターンの形成されていない領域のシリコン基板１１０に不純物元素のイオン注入を行なう。具体的には、シリコン基板１１０にｐ型またはｎ型となる不純物元素を注入する。

次に、ステップ１０８（Ｓ１０８）において、有機溶剤等によりレジストパターンを除去した後、前処理を行なう。この前処理は、ＲＣＡ洗浄とフッ酸水溶液によるエッチングとを組み合わせたものである。具体的には、最初に、ＲＣＡ洗浄におけるＳＣ１（Standard Clean 1）となる洗浄を行なう。この洗浄は過酸化水素水と水酸化アンモニウムとのアルカリ性混合液用いたものであり、この洗浄によりシリコン酸化膜等の表面に付着しているパーティクルを除去する。次に、フッ酸水溶液によりシリコン基板１１０の表面に形成されているシリコン酸化膜を除去する。このプロセスは、第１の実施の形態または第２の実施の形態における基板処理方法及び基板処理装置を用いて行なう。次に、ＲＣＡ洗浄におけるＳＣ２（Standard Clean 2）となる洗浄を行なう。この洗浄は塩酸と過酸化水素水との酸性混合液を用いたものであり、これによりシリコン基板１１０の表面に付着している金属付着物を除去するとともに、シリコン基板１１０の表面に１ｎｍ以下の薄い酸化膜を形成する。

次に、ステップ（Ｓ１１０）において、ゲート酸化膜を形成する。具体的には、シリコン基板１１０の表面を熱酸化することによりゲート酸化膜を形成する。

次に、ステップ（Ｓ１１２）において、ゲート酸化膜上にポリシリコン膜を形成する。具体的には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、ポリシリコン膜を形成する。

次に、ステップ（Ｓ１１４）において、ポリシリコン膜が除去される領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。具体的には、ポリシリコン膜の表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、レジストパターンを形成する。

次に、ステップ１１６（Ｓ１１６）において、レジストパターンの形成されていない領域のポリシリコン膜をドライエッチングにより除去し、更に、レジストパターンを有機溶剤等により除去する。これにより、ポリシリコンにより形成されるゲート電極が形成される。

次に、ステップ１１８（Ｓ１１８）において、ソース電極及びドレイン電極を形成する。具体的には、ソース電極及びドレイン電極の形成される領域におけるゲート酸化膜を除去し、ゲート酸化膜の除去された領域に金属材料等により形成されるソース電極及びドレイン電極を形成する。以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
基板を、前記基板を洗浄するための薬液に浸漬させ、
前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、
前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、パーティクルを前記薬液内から除去し、
前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出すことを特徴とする基板処理方法。
（付記２）
前記薬液は薬液槽内に入れられており、前記薬液を前記薬液槽の底又は側面より供給することにより、前記薬液が前記薬液槽より溢れ出していることを特徴とする付記１に記載の基板処理方法。
（付記３）
前記膜が形成されている基板は、表面に酸化膜が形成されているシリコン基板であって、
前記薬液は、フッ酸水溶液であることを特徴とする付記１又は２に記載の基板処理方法。
（付記４）
前記網部は、絶縁体材料により形成されているものであることを特徴とする付記１から３のいずれかに記載の基板処理方法。
（付記５）
前記網部は、帯電されていることを特徴とする付記４に記載の基板処理方法。
（付記６）
前記網部の開口部の大きさは、１μｍ以下であることを特徴とする付記１から５のいずれかに記載の基板処理方法。
（付記７）
基板を洗浄するための薬液が入れられている薬液槽と、
前記薬液内に浮遊しているパーティクルを除去するための網部と、
を有し、
前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記網部により、前記薬液内に浮遊している前記パーティクルを除去することを特徴とする基板処理装置。
（付記８）
前記網部の開口部の大きさは１μｍ以下であることを特徴とする付記７に記載の基板処理装置。
（付記９）
前記網部は、絶縁体材料により形成されているものであることを特徴とする付記７又は８に記載の基板処理装置。
（付記１０）
前記網部を帯電させるための帯電部を有することを特徴とする付記９に記載の基板処理装置。
（付記１１）
表面に酸化膜が形成されている基板を薬液に浸漬させ、前記酸化膜を前記基板より剥離し、
前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、
前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、前記酸化膜が剥離することにより生じたパーティクルを前記薬液内より除去し、
前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出し、
前記取り出された基板表面にゲート酸化膜を形成し、
前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成し、
前記基板表面にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記１２）
前記基板はシリコン基板であり、
前記酸化膜はシリコン酸化膜であり、
前記薬液はフッ酸水溶液であることを特徴とする付記１１に記載の半導体装置の製造方法。

１１０ シリコン基板
１１１ａ パーティクル
１２０ 薬液槽
１２０ａ 開口部
１２１ フッ酸水溶液
１２２ ポンプ
１２３ オーバーフロー槽
１３０ パーティクル除去部
１３１ 網部
１３２ 支持部

Claims (6)

1. 基板を、前記基板を洗浄するための薬液に浸漬させ、
   前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、
   前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、パーティクルを前記薬液内から除去し、
   前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出すことを特徴とする基板処理方法。
2. 前記膜が形成されている基板は、表面に酸化膜が形成されているシリコン基板であって、
   前記薬液は、フッ酸水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の基板処理方法。
3. 基板を洗浄するための薬液が入れられている薬液槽と、
   前記薬液内に浮遊しているパーティクルを除去するための網部と、
   を有し、
   前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記網部により、前記薬液内に浮遊している前記パーティクルを除去することを特徴とする基板処理装置。
4. 前記網部は、絶縁体材料により形成されているものであることを特徴とする請求項３に記載の基板処理装置。
5. 前記網部を帯電させるための帯電部を有することを特徴とする請求項４に記載の基板処理装置。
6. 表面に酸化膜が形成されている基板を薬液に浸漬させ、前記酸化膜を前記基板より剥離し、
   前記薬液に前記基板を浸漬させた状態で、前記薬液内における前記基板の上方に網部を設置し、
   前記基板を取り出す方向に前記網部を移動させることにより、前記酸化膜が剥離することにより生じたパーティクルを前記薬液内より除去し、
   前記薬液内より前記パーティクルが除去された後に、前記基板を前記薬液より取り出し、
   前記取り出された基板表面にゲート酸化膜を形成し、
   前記ゲート酸化膜上にゲート電極を形成し、
   前記基板表面にソース電極及びドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。