JP2014192353A - Method of processing substrate - Google Patents

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Yukihiro Tsuji
幸洋 辻
Akinobu Teramoto
章伸 寺本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of processing a substrate, with which it is possible to reduce an environmental load in waste liquid treatment.SOLUTION: A main surface of a substrate W1 is exposed to a mixture 21 containing ozone water and hydrochloric acid. In this method, the ozone water has a high oxidation reduction potential. By increasing a hydrogen ion concentration of the ozone water, it is possible to reduce an Fe concentration on the substrate surface without performing processing that uses a cleaning fluid that places a heavy load in waste liquid treatment. In a preferred embodiment, it is preferable that pH of the mixture 15 is two or less. The pH of the mixture, which is two or less, is preferable for the reduction of the Fe concentration. Also, in a more preferred embodiment, it is preferable that a concentration of hydrochloric acid (hydrogen chloride) in the mixture 15 is 6% or more. The concentration of the hydrochloric acid in the mixture, which is 6% or more, is preferable for the reduction of the Fe concentration.

Description

本発明は、基板を処理する方法に関する。   The present invention relates to a method for processing a substrate.

特許文献1は、シリコン基板の表面に付着しているパーティクルや金属不純物を除去する方法を開示する。オゾンを含む超純水でシリコン基板を洗浄してシリコン酸化膜を形成し、このシリコン酸化膜の内部や表面にパーティクルおよび金属不純物を取り込む。次に、このシリコン基板を希フッ酸水溶液で洗浄してシリコン酸化膜をエッチングにより除去する。   Patent Document 1 discloses a method for removing particles and metal impurities adhering to the surface of a silicon substrate. The silicon substrate is washed with ultrapure water containing ozone to form a silicon oxide film, and particles and metal impurities are taken into the inside and the surface of the silicon oxide film. Next, this silicon substrate is washed with dilute hydrofluoric acid aqueous solution, and the silicon oxide film is removed by etching.

特開平6−314679号公報JP-A-6-314679

窒化ガリウムなどの化合物半導体デバイスにおいては、素子の微細化と高集積化に伴い、製造工程において混入する金属不純物が素子歩留まり及びデバイス特性に影響する。そのため、製造プロセスでは、金属不純物の除去のために、GaN基板やエピタキシャル基板の洗浄を行う。代表的な洗浄方法として、RCA洗浄がある。この方法では、大量の高濃度薬品を使用するので、リンスに大量の超純水を使用する。廃液処理が環境負荷を大きくする。   In compound semiconductor devices such as gallium nitride, with the miniaturization and high integration of elements, metal impurities mixed in the manufacturing process affect the element yield and device characteristics. Therefore, in the manufacturing process, the GaN substrate and the epitaxial substrate are cleaned to remove metal impurities. RCA cleaning is a typical cleaning method. In this method, since a large amount of high concentration chemicals is used, a large amount of ultrapure water is used for rinsing. Waste liquid treatment increases the environmental impact.

シリコンデバイスでは、シリコン表面を酸化膜で覆った後に、フッ酸を用いてシリコンデバイスを洗浄することによりシリコン表面の酸化膜を犠牲層として利用できる。つまり、酸化膜ごと金属不純物を除去することが可能になる。しかしながら、化合物半導体では、化合物半導体基板表面に形成可能な犠牲層となる適当な酸化膜が見出されていない。   In a silicon device, after covering the silicon surface with an oxide film, the silicon device can be washed with hydrofluoric acid to use the oxide film on the silicon surface as a sacrificial layer. That is, the metal impurities can be removed together with the oxide film. However, for compound semiconductors, no suitable oxide film has been found as a sacrificial layer that can be formed on the surface of the compound semiconductor substrate.

化合物半導体のウエハ製造及びデバイス製造のプロセスは、製造ラインの雰囲気及び/又は製造装置からの微量金属による汚染にさらされている。この汚染物質を除去するために、総計で100回以上の洗浄工程を行っている。代表的な洗浄方法であるRCA洗浄は、硫酸/過酸化水素混合液や、塩酸/過酸化水素混合液、アンモニア/過酸化水素混合液など、高い濃度の薬品を大量に使用する。これ故に、洗浄後の廃液処理に大きな費用が必要である。また、洗浄液に含まれる薬品を化合物半導体表面から除去するために、大量の超純水でリンスを行う。これも高い環境負荷となる。   Compound semiconductor wafer manufacturing and device manufacturing processes are subject to contamination by trace metals from the manufacturing line atmosphere and / or manufacturing equipment. In order to remove this contaminant, a total of 100 or more cleaning steps are performed. RCA cleaning, which is a typical cleaning method, uses a large amount of high concentration chemicals such as sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixture, and ammonia / hydrogen peroxide mixture. Therefore, a large cost is required for the waste liquid treatment after washing. Further, in order to remove chemicals contained in the cleaning liquid from the surface of the compound semiconductor, rinsing is performed with a large amount of ultrapure water. This is also a high environmental load.

シリコンのウエハ製造やデバイス製造のプロセスにおいては、環境負荷低減のために、硫酸/過酸化水素の混合液を使わずにオゾン添加の超純水を使用している。シリコンをオゾン添加超純水に浸漬することにより、その表面にシリコン酸化膜を生成する。この酸化膜に汚染金属を取り込ませて、この酸化膜を犠牲層として、汚染金属ごとフッ酸で除去することが実用的に行われている。しかし、窒化ガリウムに代表される窒化物化合物は、硫酸/過酸化水素の混合液、及びオゾン添加の超純水によっては酸化され難い安定した物質である。これ故に、これらの処理により生成される酸化膜は1nm以下であり、この膜厚の酸化膜は犠牲層として利用できない。したがって、窒化物化合物上の金属汚染の除去に関しては、硫酸/過酸化水素に代表される高温及び高濃度の薬品を使用しているのが、現状である。   In silicon wafer manufacturing and device manufacturing processes, ozone-added ultrapure water is used instead of a sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture to reduce environmental impact. By immersing silicon in ozone-added ultrapure water, a silicon oxide film is formed on the surface. It is practically carried out that the contaminated metal is taken into the oxide film and the contaminated metal is removed with hydrofluoric acid using the oxide film as a sacrificial layer. However, a nitride compound typified by gallium nitride is a stable substance that is not easily oxidized by a mixed solution of sulfuric acid / hydrogen peroxide and ultrapure water added with ozone. Therefore, the oxide film generated by these treatments is 1 nm or less, and an oxide film having this thickness cannot be used as a sacrificial layer. Therefore, at the present time, high-temperature and high-concentration chemicals represented by sulfuric acid / hydrogen peroxide are used for removing metal contamination on nitride compounds.

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、廃液処理における環境負荷を軽減可能な、基板を処理する方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for processing a substrate capable of reducing the environmental load in waste liquid processing.

本発明は、基板を処理する方法に係る。この方法は、(a)III−V族化合物半導体の主面を有する基板を準備する工程と、(b)水素イオン濃度が所定のpH以下に調整されたオゾン水及び塩酸を含む混合物に前記基板の前記主面を曝す工程とを備える。前記III−V族化合物半導体はIII−V族窒化物を備える。   The present invention relates to a method of processing a substrate. This method includes (a) a step of preparing a substrate having a main surface of a III-V compound semiconductor, and (b) a substrate containing ozone water and hydrochloric acid whose hydrogen ion concentration is adjusted to a predetermined pH or lower. Exposing the main surface. The group III-V compound semiconductor includes a group III-V nitride.

この方法(基板を処理する方法)によれば、オゾン水は、高い酸化還元電位を有している。このオゾン水の水素イオン濃度を所定のpH以下となるように高めることによって、廃液処理に大きな負担を生じさせる洗浄液を用いる処理を行うことなく、基板上のFe濃度を低減できる。   According to this method (method for treating a substrate), ozone water has a high redox potential. By increasing the hydrogen ion concentration of the ozone water so as to be equal to or lower than a predetermined pH, the Fe concentration on the substrate can be reduced without performing a treatment using a cleaning liquid that causes a large burden on the waste liquid treatment.

本発明に係る方法では、前記混合物の前記pHは2以下であることが好ましい。この方法(基板を処理する方法)によれば、混合物のpHに関しては、pH2以下であるとき基板表面のFe濃度の低減に好ましい。   In the method according to the present invention, the pH of the mixture is preferably 2 or less. According to this method (method for treating a substrate), the pH of the mixture is preferable for reducing the Fe concentration on the substrate surface when the pH is 2 or less.

本発明に係る方法では、前記混合物における塩酸の濃度は6%以上であることが好ましい。この方法(基板を処理する方法)によれば、混合物の塩酸濃度に関しては、6%以上であるとき基板表面のFe濃度の低減に好ましい。本発明に係る方法では、前記混合物の塩酸の濃度は10%以上であることが好ましい。この方法(基板を処理する方法)によれば、混合物の塩酸濃度が、10%以上であるとき基板表面のFe濃度の低減に好ましい。   In the method according to the present invention, the concentration of hydrochloric acid in the mixture is preferably 6% or more. According to this method (method for treating a substrate), when the hydrochloric acid concentration of the mixture is 6% or more, it is preferable for reducing the Fe concentration on the substrate surface. In the method according to the present invention, the hydrochloric acid concentration in the mixture is preferably 10% or more. According to this method (method for treating a substrate), it is preferable for reducing the Fe concentration on the substrate surface when the hydrochloric acid concentration of the mixture is 10% or more.

本発明に係る方法は、超純水からオゾン水を生成する工程と、前記オゾン水に塩酸を加えて塩酸添加オゾン水を生成して、前記混合物として混合溶液を準備する工程と更に備えることができる。前記塩酸の添加は、前記塩酸添加オゾン水の前記水素イオン濃度(pH)が鉄のプルーベ図において鉄のイオン化領域に位置するように行われる。   The method according to the present invention further includes a step of generating ozone water from ultrapure water, a step of adding hydrochloric acid to the ozone water to generate hydrochloric acid-added ozone water, and preparing a mixed solution as the mixture. it can. The addition of the hydrochloric acid is performed so that the hydrogen ion concentration (pH) of the hydrochloric acid-added ozone water is located in the iron ionization region in the iron probe diagram.

本発明に係る方法では、前記III−V族化合物半導体は、InAlGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1)からなることができる。 In the method according to the present invention, the group III-V compound semiconductor may be made of In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1).

以上説明したように、本発明によれば、廃液処理における環境負荷を軽減可能な、基板を処理する方法を提供できる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a method for processing a substrate capable of reducing the environmental load in waste liquid processing.

図1は、本実施の形態に係る方法における主要な装置を示す図面である。FIG. 1 is a diagram showing main apparatuses in the method according to the present embodiment. 図2は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を示す図面である。FIG. 2 is a drawing showing major steps in the method according to the present embodiment. 図3は、鉄のプールベ図を示す図面である。FIG. 3 is a drawing showing an iron pool diagram. 図4は、銅(Cu)の洗浄除去に関する効果を示す図面である。FIG. 4 is a view showing an effect relating to cleaning removal of copper (Cu). 図5は、ニッケル(Ni)の洗浄除去に関する効果を示す図面である。FIG. 5 is a diagram showing an effect relating to cleaning removal of nickel (Ni). 図6は、亜鉛(Zn)の洗浄除去に関する効果を示す図面である。FIG. 6 is a diagram showing an effect relating to cleaning removal of zinc (Zn). 図7は、鉄(Fe)の洗浄除去に関する効果を示す図面である。FIG. 7 is a view showing an effect relating to cleaning removal of iron (Fe). 図8は、いくつかの洗浄液に関する鉄の除去効果を示す図面である。FIG. 8 is a drawing showing the effect of removing iron with respect to several cleaning solutions.

引き続いて、添付図面を参照しながら、基板を処理する方法、III−V族化合物半導体の表面を処理する方法、III−V族化合物半導体を洗浄する方法に係る本発明の実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   Subsequently, embodiments of the present invention relating to a method for treating a substrate, a method for treating a surface of a group III-V compound semiconductor, and a method for cleaning a group III-V compound semiconductor will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、基板を処理する方法、III−V族化合物半導体の表面を処理する方法、III−V族化合物半導体を洗浄する方法における主要な装置を示す図面である。システム11では、超純水生成装置13は超純水UPWを生成する。超純水UPWは、例えばオゾン水O3−UPWのために用いられる。オゾン水生成装置15はオゾン水O3−UPWを生成する。オゾン水O3−UPWの生成は、例えば気体のオゾンをバブリング等により超純水UPWに添加することができる。オゾン水におけるオゾン濃度は例えば10ppm以上であることができ、また20ppm以下であることができる。次いで、混合装置19は、塩酸(又は塩化水素)貯蔵器17からの塩酸(又は塩化水素)をオゾン水O3−UPWに添加して、オゾン水及び塩化水素の混合物21を作製する。第1処理装置23には混合物21が供給される。第1処理装置23において混合物21に基板W1が曝される。第2処理装置25にはオゾン水O3−UPWが供給される。第2処理装置25においてオゾン水O3−UPWに基板W1が曝される。第3処理装置27には純水UPWが供給される。第3処理装置27において超純水UPWに基板W1が曝される。第1処理装置23、第2処理装置25及び第3処理装置27からの廃水は、廃水処理装置29に送られる。廃水処理装置29は、第1処理装置23、第2処理装置25及び第3処理装置27からの供給物を廃棄可能な程度まで処理する。   FIG. 1 is a drawing showing main apparatuses in a method for treating a substrate, a method for treating a surface of a group III-V compound semiconductor, and a method for cleaning a group III-V compound semiconductor. In the system 11, the ultrapure water generator 13 generates ultrapure water UPW. The ultrapure water UPW is used for, for example, ozone water O3-UPW. The ozone water generator 15 generates ozone water O3-UPW. Ozone water O3-UPW can be generated, for example, by adding gaseous ozone to ultrapure water UPW by bubbling or the like. The ozone concentration in the ozone water can be, for example, 10 ppm or more, and can be 20 ppm or less. Next, the mixing device 19 adds the hydrochloric acid (or hydrogen chloride) from the hydrochloric acid (or hydrogen chloride) reservoir 17 to the ozone water O3-UPW to produce a mixture 21 of ozone water and hydrogen chloride. The mixture 21 is supplied to the first processing device 23. In the first processing apparatus 23, the substrate W1 is exposed to the mixture 21. The second treatment device 25 is supplied with ozone water O3-UPW. In the second processing apparatus 25, the substrate W1 is exposed to the ozone water O3-UPW. Pure water UPW is supplied to the third processing device 27. In the third processing apparatus 27, the substrate W1 is exposed to ultrapure water UPW. Waste water from the first treatment device 23, the second treatment device 25, and the third treatment device 27 is sent to the waste water treatment device 29. The wastewater treatment device 29 treats the supplies from the first treatment device 23, the second treatment device 25, and the third treatment device 27 to such an extent that they can be discarded.

図2は、基板を処理する方法、III−V族化合物半導体の表面を処理する方法、III−V族化合物半導体を洗浄する方法における主要な工程を示す図面である。工程S101では、基板W1を準備する。基板W1はIII−V族化合物半導体からなる主面を有することができ、好適な実施例では、このIII−V族化合物半導体はIII−V族窒化物を備える。基板W1は、III−V族窒化物ウエハ、このウエハ上にIII−V族窒化物を堆積したエピタキシャル基板、III−V族窒化物と異なるウエハ上にIII−V族窒化物を堆積したエピタキシャル基板、単結晶GaN基板等であることができる。III−V族窒化物はInAlGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1)からなることができ、このIII−V族窒化物としては、例えばGaN、InGaN、AlGaN、AlN等であることができる。 FIG. 2 is a drawing showing main steps in a method for treating a substrate, a method for treating a surface of a III-V compound semiconductor, and a method for cleaning a III-V compound semiconductor. In step S101, a substrate W1 is prepared. The substrate W1 can have a main surface made of a III-V compound semiconductor, and in a preferred embodiment, the III-V compound semiconductor comprises III-V nitride. The substrate W1 is a group III-V nitride wafer, an epitaxial substrate in which a group III-V nitride is deposited on the wafer, an epitaxial substrate in which a group III-V nitride is deposited on a wafer different from the group III-V nitride. It can be a single crystal GaN substrate or the like. III-V nitrides can consist of In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1), as the group III-V nitride, for example GaN, It can be InGaN, AlGaN, AlN, or the like.

工程S102では、オゾン水及び塩酸を含む混合物21に基板W1の主面を曝す。この方法によれば、オゾン水は、高い酸化還元電位を有している。このオゾン水の水素イオン濃度を所定のpH以下となるように高めることによって、廃液処理に大きな負担を生じさせる洗浄液を用いる処理を行うことなく、基板上のFe濃度を低減できる。好適な実施例では、混合物15のpHは2以下であることが好ましい。この混合物のpHに関しては、pH2以下であるときFe濃度の低減に好ましい。また、更に好適な実施例では、混合物15における塩酸(塩化水素)の濃度は6%以上であることが好ましい。この混合物の塩酸濃度に関しては、6%以上であるとき基板表面のFe濃度を好適に低減することができる。或いは、混合物15における塩酸(塩化水素)の濃度は10%以上であることが好ましい。10%以上であるときFe濃度の低減に特に好ましく、これは、塩酸濃度が高いほどpHが下がり、pHが小さいほどFeのイオン化が促進されるためである。ここで、塩酸の濃度は質量パーセント濃度である。   In step S102, the main surface of the substrate W1 is exposed to the mixture 21 containing ozone water and hydrochloric acid. According to this method, ozone water has a high redox potential. By increasing the hydrogen ion concentration of the ozone water so as to be equal to or lower than a predetermined pH, the Fe concentration on the substrate can be reduced without performing a treatment using a cleaning liquid that causes a large burden on the waste liquid treatment. In a preferred embodiment, the pH of the mixture 15 is preferably 2 or less. Regarding the pH of this mixture, when the pH is 2 or less, it is preferable for reducing the Fe concentration. In a more preferred embodiment, the concentration of hydrochloric acid (hydrogen chloride) in the mixture 15 is preferably 6% or more. Regarding the hydrochloric acid concentration of this mixture, when it is 6% or more, the Fe concentration on the substrate surface can be suitably reduced. Alternatively, the concentration of hydrochloric acid (hydrogen chloride) in the mixture 15 is preferably 10% or more. When the concentration is 10% or more, it is particularly preferable for reducing the Fe concentration. This is because the higher the hydrochloric acid concentration, the lower the pH, and the lower the pH, the more the ionization of Fe is promoted. Here, the concentration of hydrochloric acid is a mass percent concentration.

必要な場合には、混合物21に基板W1の主面を曝した後に、工程S103では、基板W1を純水UPWに曝すことができる。また、必要な場合には、混合物21又は純水UPWに基板W1の主面を曝した後に、工程S104では、この基板W1を乾燥することができる。   If necessary, after exposing the main surface of the substrate W1 to the mixture 21, in step S103, the substrate W1 can be exposed to pure water UPW. If necessary, after exposing the main surface of the substrate W1 to the mixture 21 or pure water UPW, the substrate W1 can be dried in step S104.

また、工程S102の曝す工程に先立って、装置27を用いて基板W1を純水UPWに曝すことができる。これと独立に、工程S102の曝す工程に先立って、装置25を用いて基板W1をオゾン水O3+UPWに曝すことができる。また、工程S102の曝す工程に先立って、装置27を用いて基板W1を純水UPWに曝すと共に、装置25を用いて基板W1をオゾン水O3+UPWに曝すことができる。   Further, prior to the exposure step of step S102, the substrate W1 can be exposed to the pure water UPW using the apparatus 27. Independently of this, the substrate W1 can be exposed to the ozone water O3 + UPW using the apparatus 25 prior to the exposure step of step S102. Prior to the exposure step of step S102, the substrate W1 can be exposed to pure water UPW using the device 27, and the substrate W1 can be exposed to ozone water O3 + UPW using the device 25.

さらに、工程S102の曝す工程の後に、装置27を用いて基板W1を純水UPWに曝すことができる。これと独立に、工程S102の曝す工程の後に、装置25を用いて基板W1をオゾン水O3+UPWに曝すことができる。また、工程S102の曝す工程の後に、装置27を用いて基板W1を純水UPWに曝すと共に、装置25を用いて基板W1をオゾン水O3+UPWに曝すことができる。   Furthermore, the substrate W1 can be exposed to the pure water UPW using the apparatus 27 after the exposure step of the step S102. Independently of this, the substrate W1 can be exposed to the ozone water O3 + UPW by using the apparatus 25 after the exposing step S102. In addition, after the exposing step S102, the substrate W1 can be exposed to the pure water UPW using the apparatus 27, and the substrate W1 can be exposed to the ozone water O3 + UPW using the apparatus 25.

基板W1への処理に先立って、工程S105では、超純水UPWからオゾン水O3−UPWを生成する。次いで、工程S106では、このオゾン水O3−UPWに塩酸又は塩化水素を加え塩酸添加オゾン水を生成して、混合物21として混合溶液を準備する。   Prior to processing on the substrate W1, in step S105, ozone water O3-UPW is generated from the ultrapure water UPW. Next, in step S106, hydrochloric acid or hydrogen chloride is added to the ozone water O3-UPW to generate hydrochloric acid-added ozone water, and a mixed solution is prepared as the mixture 21.

塩酸添加オゾン水は混合物21として使用できる。塩酸又は塩化水素の添加は、塩酸添加オゾン水のpHが鉄のプルーベ図において鉄のイオン化領域に位置するように行われる。   Hydrochloric acid-added ozone water can be used as the mixture 21. The addition of hydrochloric acid or hydrogen chloride is performed so that the pH of the hydrochloric acid-added ozone water is located in the iron ionization region in the iron probe diagram.

この調整(塩酸添加オゾン水の調整)は例えば以下のように行われる。図3は、鉄のプールベ図を示す。プールベ図は、3つの部分に分けられている。第1領域では、鉄が不活性態である。第2領域では、鉄が不動態である。第3領域では、鉄がイオン化可能である。図3において、以下の符号を用いる。
HCl:塩酸。
SPM:硫酸/過酸化水素の混合液、混合の重量比(硫酸:過酸化水素=4:1)。
HPM:塩酸/過酸化水素/純水の混合液、混合の重量比(塩酸:過酸化水素:純水=1:1:6)、液温は摂氏70度。
DHF:希フッ酸、濃度0.5%。
UPW:超純水。
O3−UPW:オゾン添加超純水(いわゆる、オゾン水)、濃度10〜20ppm。
HCl+O3+UPW:塩酸とオゾン添加超純水との混合溶液。
NH3:アンモニア水、濃度29%。
This adjustment (adjustment of hydrochloric acid-added ozone water) is performed as follows, for example. FIG. 3 shows an iron pool diagram. The pool map is divided into three parts. In the first region, iron is inactive. In the second region, iron is passive. In the third region, iron can be ionized. In FIG. 3, the following symbols are used.
HCl: hydrochloric acid.
SPM: Sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture, mixing weight ratio (sulfuric acid: hydrogen peroxide = 4: 1).
HPM: hydrochloric acid / hydrogen peroxide / pure water mixture, mixing weight ratio (hydrochloric acid: hydrogen peroxide: pure water = 1: 1: 6), liquid temperature is 70 degrees Celsius.
DHF: dilute hydrofluoric acid, concentration 0.5%.
UPW: Ultrapure water.
O3-UPW: Ozone-added ultrapure water (so-called ozone water), concentration 10-20 ppm.
HCl + O3 + UPW: Mixed solution of hydrochloric acid and ozone-added ultrapure water.
NH3: Ammonia water, concentration 29%.

オゾン水の酸化還元電位は1.2ボルト程度であり、この値は濃度36%の塩酸の酸化還元電位(約1ボルト)よりも大きい。混合液SPM及び混合液HPMの酸化還元電位は、オゾン水の酸化還元電位(1.2程度)より大きい。   The oxidation-reduction potential of ozone water is about 1.2 volts, and this value is larger than the oxidation-reduction potential (about 1 volt) of hydrochloric acid having a concentration of 36%. The redox potential of the mixed liquid SPM and the mixed liquid HPM is greater than the redox potential of ozone water (about 1.2).

塩酸の濃度及び酸化還元電位については、図3に示されるように、6%塩酸は鉄のイオン化領域にあり、10%塩酸も鉄のイオン化領域にある。一方、高濃度の36%塩酸は鉄のイオン化領域にある。矢印A1に示されるように、超純水UPWは、塩酸の添加に応じて、酸化還元電位が高くなる。超純水UPWの酸化還元電位より低い値では、鉄のイオン化領域は、pHが小さくなるにつれて酸化還元電位がほぼ一定の割合で上昇する。これ故に、ある程度の塩酸の濃度において、初めてpH2を越える。したがって、塩酸濃度6%、10%の希塩酸液中では、鉄は不動態領域にあり、基板W1の主面から鉄(Fe)を除去できない。   Regarding the concentration of hydrochloric acid and the oxidation-reduction potential, as shown in FIG. 3, 6% hydrochloric acid is in the iron ionization region, and 10% hydrochloric acid is also in the iron ionization region. On the other hand, high concentration of 36% hydrochloric acid is in the iron ionization region. As indicated by the arrow A1, the ultrapure water UPW has a higher redox potential depending on the addition of hydrochloric acid. At a value lower than the redox potential of ultrapure water UPW, the redox potential of the iron ionization region increases at a substantially constant rate as the pH decreases. Therefore, pH 2 is exceeded for the first time at a certain concentration of hydrochloric acid. Therefore, in a dilute hydrochloric acid solution having a hydrochloric acid concentration of 6% and 10%, iron is in a passive region, and iron (Fe) cannot be removed from the main surface of the substrate W1.

HCl及びオゾン水の混合物の酸化還元電位は、HCl濃度に依存して変化していない。このため、HCl及びオゾン水の混合物の酸化還元電位は、HCl濃度の増加に伴って混合物のpHが小さくなるけれども、矢印A2に示されるように、ほぼ一定の値である。濃度4%のHClの水素イオン濃度は、pH値で2よりわずかに大きいので、この混合容液中の鉄は不動態領域に入る。一方、HCl及びオゾン水の混合物(HCl濃度6%及び10%)では、水素イオン濃度は、PH値で2より小さいので、この混合容液中の鉄はイオン化領域に入る。発明者らの見積もりでは、HCl及びオゾン水の混合物(HCl濃度4.2%)では、水素イオン濃度(pH)がほぼ2である。この水素イオン濃度より大きくなるように(pHが小さくなるように)、HCl及びオゾン水の混合物を作成する。本実施の形態において廃液処理おける環境負荷を避けるためには、基板表面からの鉄の除去効果を考慮すると、HCl及びオゾン水の混合物におけるHCl濃度は20%以下であることが好ましい。   The redox potential of the mixture of HCl and ozone water does not change depending on the HCl concentration. For this reason, the oxidation-reduction potential of the mixture of HCl and ozone water is a substantially constant value as indicated by the arrow A2, although the pH of the mixture decreases as the HCl concentration increases. Since the hydrogen ion concentration of 4% HCl is slightly greater than 2 at the pH value, the iron in this mixed volume enters the passive region. On the other hand, in the mixture of HCl and ozone water (HCl concentrations 6% and 10%), the hydrogen ion concentration is less than 2 in terms of PH value, so iron in this mixed solution enters the ionization region. According to the inventors' estimation, the hydrogen ion concentration (pH) is approximately 2 in a mixture of HCl and ozone water (HCl concentration 4.2%). A mixture of HCl and ozone water is prepared so as to be higher than the hydrogen ion concentration (so that the pH is reduced). In order to avoid an environmental load in the waste liquid treatment in the present embodiment, the HCl concentration in the mixture of HCl and ozone water is preferably 20% or less in consideration of the effect of removing iron from the substrate surface.

ウエハプロセスにおける金属汚染の除去は、ウエハに付着した金属をイオン化させ洗浄液中に溶解させて、ウエハから金属が脱離することにより実現されている。これまで、金属をウエハ表面から除去するためには、硫酸/過酸化水素混合液(SPM)や塩酸/過酸化水素混合液(SC−2)、濃度36%の濃塩酸、濃度29%のアンモニア水、濃度0.5%の希フッ酸、フッ酸/過酸化水素の混合液(FPM)などの高濃度・高温の薬液が用いられてきた。   The removal of metal contamination in the wafer process is realized by ionizing the metal adhering to the wafer and dissolving it in the cleaning liquid, and detaching the metal from the wafer. Until now, in order to remove metal from the wafer surface, sulfuric acid / hydrogen peroxide mixture (SPM) or hydrochloric acid / hydrogen peroxide mixture (SC-2), concentrated hydrochloric acid with a concentration of 36%, ammonia with a concentration of 29% High concentration and high temperature chemicals such as water, dilute hydrofluoric acid having a concentration of 0.5%, and hydrofluoric acid / hydrogen peroxide mixture (FPM) have been used.

環境負荷の低減のために、これらの薬液の使用量低減が求められている。シリコンデバイスにおいては、オゾン添加超純水にシリコンを浸漬することにより表面に酸化膜を形成できる。この酸化膜形成を利用して、酸化膜上や酸化膜中に汚染金属を取り込ませて、この酸化膜を犠牲層として汚染金属ごとフッ酸で除去することができる。しかし、窒化ガリウムに代表される化合物半導体デバイスにおいては、生成する酸化膜(酸化ガリウム等)の膜厚が薄い。これ故に、犠牲層としの機能を果たすことができない。これ故に、III−V族窒化物では、現在でも高濃度・高温の薬液に頼った洗浄を行っている。   In order to reduce the environmental burden, there is a demand for reducing the amount of these chemicals used. In a silicon device, an oxide film can be formed on the surface by immersing silicon in ozone-added ultrapure water. Utilizing this oxide film formation, contaminated metal can be taken in or on the oxide film, and the entire contaminated metal can be removed with hydrofluoric acid using this oxide film as a sacrificial layer. However, in a compound semiconductor device typified by gallium nitride, the generated oxide film (gallium oxide or the like) is thin. Therefore, it cannot function as a sacrificial layer. For this reason, III-V nitrides are still washed with high concentration and high temperature chemicals.

この課題を鑑みて、本実施の形態により、例えば窒化ガリウム上において低い環境負荷の洗浄液を用いて金属を除去する洗浄を可能にする方法を見出している。低環境負荷の洗浄液としては、機能水を用いる。機能水は、例えば、脱気した超純水にオゾンや水素、アンモニアガスなどをppmオーダーの濃度で添加することにより生成可能であり、機能水そのものは、通常の水として廃棄できる特徴を持つ。金属の除去には、例えば濃度10ppmのオゾン添加の超純水O3+UPWを用いる。   In view of this problem, the present embodiment has found a method that enables cleaning to remove metal using, for example, a low environmental load cleaning liquid on gallium nitride. Functional water is used as a low environmental load cleaning solution. Functional water can be generated, for example, by adding ozone, hydrogen, ammonia gas, or the like to degassed ultrapure water at a concentration on the order of ppm, and the functional water itself can be discarded as normal water. For removing the metal, for example, ozone-added ultrapure water O3 + UPW having a concentration of 10 ppm is used.

ウエハプロセス中においては、蒸着装置の電極の部品類に使用される銅(Cu)、真空チャンバの材料であるステンレス鋼に含まれる鉄(Fe)及びニッケル(Ni)、並びに冷却装置の真鍮製配管に含まれる亜鉛(Zn)などが装置の摩耗やプラズマダメージによってウエハに付着することがある。これが金属汚染となる。これらの金属の除去について、オゾン添加超純水と従来の高濃度・高温の洗浄液で比較を行った。   During the wafer process, copper (Cu) used for the electrode parts of the vapor deposition apparatus, iron (Fe) and nickel (Ni) contained in stainless steel that is the material of the vacuum chamber, and brass piping of the cooling apparatus In some cases, zinc (Zn) contained in the wafer adheres to the wafer due to wear of the apparatus or plasma damage. This becomes metal contamination. The removal of these metals was compared between ozone-added ultrapure water and a conventional high-concentration / high-temperature cleaning solution.

図4は、銅(Cu)の洗浄除去に関する効果を示す。図4を参照すると、オゾン添加超純水O3+UPW(98%)は、他の洗浄液(SPM(100%)、NH3(100%)、DHF(96%)、FPM(100%))と同等の洗浄能を有する。丸括弧内の数値は除去率を示す。   FIG. 4 shows the effect on cleaning removal of copper (Cu). Referring to FIG. 4, ozone-added ultrapure water O3 + UPW (98%) is equivalent to other cleaning liquids (SPM (100%), NH3 (100%), DHF (96%), FPM (100%)). Have the ability. The numerical value in parentheses indicates the removal rate.

図5は、ニッケル(Ni)の洗浄除去に関する効果を示す。オゾン添加超純水O3+UPW(80%)は、他の洗浄液(SPM(97%)、NH3(98%)、DHF(88%)、FPM(97%))と同等の洗浄能を持っている。   FIG. 5 shows the effect on cleaning removal of nickel (Ni). Ozone-added ultrapure water O3 + UPW (80%) has the same cleaning ability as other cleaning liquids (SPM (97%), NH3 (98%), DHF (88%), FPM (97%)).

図6は、亜鉛(Zn)の洗浄除去に関する効果を示す。オゾン添加超純水O3+UPW(97%)は他の洗浄液(SPM(100%)、NH3(99%)、DHF(100%)、FPM(100%))と同等の洗浄効果を持っている。   FIG. 6 shows the effect on cleaning removal of zinc (Zn). Ozone-added ultrapure water O 3 + UPW (97%) has the same cleaning effect as other cleaning liquids (SPM (100%), NH 3 (99%), DHF (100%), FPM (100%)).

図7は、鉄(Fe)の洗浄除去に関する効果を示す。SPMの洗浄効果(99%)は、オゾン添加超純水(35%)も含めた他の洗浄液(NH3(65%)、DHF(69%)、FPM(40%))に比べて著しく優れる。   FIG. 7 shows the effect on the cleaning removal of iron (Fe). The cleaning effect (99%) of SPM is remarkably superior to other cleaning liquids (NH3 (65%), DHF (69%), FPM (40%)) including ozone-added ultrapure water (35%).

発明者の知見によれば、鉄の除去効果については鉄のプールべ図に基づいて理解できる。鉄のイオン化は洗浄液の酸化還元電位と水素イオン濃度(pH)に関係する。そこで、プールべ図により、鉄をイオン化して基板又はウエハから脱離可能な洗浄液を導き出せる。図8は、いくつかの洗浄液に関する鉄の除去効果を示す。6%塩酸及びオゾン添加超純水の混合物(86%)、10%塩酸及びオゾン添加超純水の混合物(87%)を用いるとき、鉄の除去率は、オゾン添加超純水(O3+UPW)(35%)より改善されて、SPM(99%)に近い洗浄能を示す。つまり、鉄は、オゾン添加超純水(O3+UPW)だけではイオン化しない。故に、鉄は不動態領域にあり、基板W1の主面から鉄(Fe)を除去できない。しかし、水素イオン濃度としてpH値が2以下になるように、超純水に塩酸(塩化水素)を添加してpHを調整することにより、鉄をイオン化させることができる。特に、塩酸濃度が高いほど、pH値が下がり(水素イオン濃度が大きくなり)、pH値が小さいほどFeのイオン化が促進される。鉄のイオン化は、汚染物としての鉄をイオン化して、ウエハから脱離させる。したがって、従来のような高濃度・高温のSPMを用いることなく、オゾンを添加した超純水及び塩酸の混合物を用いることにより、ウエハプロセス中に付着する鉄、銅、ニッケル、亜鉛といった金属の汚染物質を除去することが可能になる。オゾンを添加した超純水及び塩酸の混合物の利用は、従来の課題であった環境負荷の低減を実現する。   According to the inventor's knowledge, the iron removal effect can be understood based on the iron pool chart. Iron ionization is related to the redox potential of the cleaning solution and the hydrogen ion concentration (pH). Therefore, a cleaning solution that can be desorbed from the substrate or wafer by ionizing iron can be derived from the pool chart. FIG. 8 shows the iron removal effect for several cleaning solutions. When a mixture of 6% hydrochloric acid and ozone-added ultrapure water (86%), 10% hydrochloric acid and ozone-added ultrapure water (87%) was used, the removal rate of iron was determined by adding ozone-added ultrapure water (O3 + UPW) ( 35%), showing a cleaning ability close to SPM (99%). That is, iron is not ionized only with ozone-added ultrapure water (O3 + UPW). Therefore, iron is in a passive region, and iron (Fe) cannot be removed from the main surface of the substrate W1. However, iron can be ionized by adjusting the pH by adding hydrochloric acid (hydrogen chloride) to ultrapure water so that the pH value is 2 or less as the hydrogen ion concentration. In particular, the higher the hydrochloric acid concentration, the lower the pH value (the higher the hydrogen ion concentration), and the lower the pH value, the more the ionization of Fe is promoted. In the ionization of iron, iron as a contaminant is ionized and desorbed from the wafer. Therefore, by using a mixture of ultrapure water and hydrochloric acid to which ozone is added without using high-concentration and high-temperature SPM as in the past, contamination of metals such as iron, copper, nickel, and zinc adhering to the wafer process. It becomes possible to remove the substance. The use of a mixture of ultrapure water and hydrochloric acid to which ozone is added realizes a reduction in environmental burden, which has been a conventional problem.

この方法では、超純水からオゾン水を生成すると共に、このオゾン水に塩酸を加えて塩酸添加オゾン水を生成して、混合物として混合溶液を準備する。塩酸の添加は、塩酸添加オゾン水のpHが鉄のプルーベ図において鉄のイオン化領域に位置するように行われることが好ましい。   In this method, ozone water is generated from ultrapure water, and hydrochloric acid is added to the ozone water to generate hydrochloric acid-added ozone water to prepare a mixed solution as a mixture. The addition of hydrochloric acid is preferably performed such that the pH of the ozone-added ozone water is located in the iron ionization region in the iron probe diagram.

また、本実施形態に係る鉄を除去する方法は、他の化合物半導体材料、すなわち、ガリウムヒ素、インジウム燐、窒化アルミニウム、炭化シリコンなどのウエハ製造やデバイスプロセスにおいても適用可能な方法である。また、シリコンのように犠牲層を形成しないので、エピタキシャル層の膜厚変動や表面荒れが抑制できる。   In addition, the method for removing iron according to the present embodiment is a method that can also be applied to wafer manufacturing and device processes of other compound semiconductor materials, that is, gallium arsenide, indium phosphide, aluminum nitride, silicon carbide, and the like. In addition, since a sacrificial layer is not formed unlike silicon, fluctuations in the film thickness and surface roughness of the epitaxial layer can be suppressed.

本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。   The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment.

以上説明したように、本実施形態によれば、廃液処理における環境負荷を軽減可能な、基板を処理する方法を提供できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a method for processing a substrate capable of reducing the environmental load in waste liquid processing.

11…システム、13…超純水生成装置、UPW…超純水、O3−UPW…オゾン水、15…オゾン水生成装置、17…塩酸(又は塩化水素)貯蔵器、19…混合装置、21…混合物、23…第1処理装置、25…第2処理装置、27…第3処理装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... System, 13 ... Ultrapure water generator, UPW ... Ultrapure water, O3-UPW ... Ozone water, 15 ... Ozone water generator, 17 ... Hydrochloric acid (or hydrogen chloride) reservoir, 19 ... Mixer, 21 ... Mixture, 23 ... first processing device, 25 ... second processing device, 27 ... third processing device.

Claims (6)

基板を処理する方法であって、
III−V族化合物半導体の主面を有する基板を準備する工程と、
水素イオン濃度が所定のpH以下に調整されたオゾン水及び塩酸を含む混合物に前記基板の前記主面を曝す工程と、
を備え、
前記III−V族化合物半導体はIII−V族窒化物を備える、基板を処理する方法。
A method of processing a substrate, comprising:
Preparing a substrate having a principal surface of a III-V compound semiconductor;
Exposing the main surface of the substrate to a mixture containing ozone water and hydrochloric acid whose hydrogen ion concentration is adjusted to a predetermined pH or lower;
With
A method of processing a substrate, wherein the III-V compound semiconductor comprises III-V nitride.
前記混合物の前記pHは2以下である、請求項1に記載された基板を処理する方法。   The method of treating a substrate according to claim 1, wherein the pH of the mixture is 2 or less. 前記混合物における塩酸の濃度は6%以上である、請求項1又は請求項2に記載された基板を処理する方法。   The method for processing a substrate according to claim 1, wherein the concentration of hydrochloric acid in the mixture is 6% or more. 前記混合物の塩酸の濃度は10%以上である、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された基板を処理する方法。   The method for processing a substrate according to claim 1, wherein the hydrochloric acid concentration in the mixture is 10% or more. 超純水からオゾン水を生成する工程と、
前記オゾン水に塩酸を加えて塩酸添加オゾン水を生成して、前記混合物として混合溶液を準備する工程と、
更に備え、
前記塩酸の添加は、前記塩酸添加オゾン水の前記水素イオン濃度(pH)が鉄のプルーベ図において鉄のイオン化領域に位置するように行われる、請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された基板を処理する方法。
Producing ozone water from ultra pure water;
Adding hydrochloric acid to the ozone water to generate hydrochloric acid-added ozone water, and preparing a mixed solution as the mixture;
In addition,
The addition of the hydrochloric acid is performed such that the hydrogen ion concentration (pH) of the hydrochloric acid-added ozone water is located in an iron ionization region in an iron probe diagram. A method of processing the described substrate.
前記III−V族化合物半導体は、InAlGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1)からなる、請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された基板を処理する方法。 The group III-V compound semiconductor is composed of In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1), according to any one of claims 1 to 5 Of processing a processed substrate.
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