JP2019207923A - シリコンウェーハの洗浄方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】良好なパーティクル品質と安定したケミカル酸化膜を形成することが可能なシリコンウェーハの洗浄方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハをＳＣ１洗浄した後、酸化力を有する洗浄液で洗浄するシリコンウェーハの洗浄方法であって、前記ＳＣ１洗浄により前記シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄することにより、更に前記ケミカル酸化膜の厚さが１．０ｎｍ以上になるように成長させることを特徴とするシリコンウェーハの洗浄方法。【選択図】なし

Description

本発明は、シリコンウェーハの洗浄方法に関する。
単結晶シリコンウェーハの製造工程において、その主表面は研磨工程において仕上げられる。さらに、シリコンウェーハ表面に研磨工程で付着した研磨剤と金属不純物を除去するために洗浄工程がある。この洗浄工程ではＲＣＡ洗浄と呼ばれる洗浄方法が用いられている。このＲＣＡ洗浄法とは、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎｉｎｇ １）洗浄、ＳＣ２（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ２）洗浄、ＤＨＦ（Ｄｉｌｕｔｅｄ Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｉｃ Ａｃｉｄ）洗浄を、目的に応じて組み合わせて行う洗浄法である。このＳＣ１洗浄とは、アンモニア水と過酸化水素水を任意の割合で混合し、アルカリ性の洗浄液によるシリコンウェーハ表面のエッチングによって付着パーティクルをリフトオフさせ、さらにシリコンウェーハとパーティクルの静電気的な反発を利用して、シリコンウェーハへの再付着を抑えながらパーティクルを除去する洗浄方法である。また、ＳＣ２洗浄とは、塩酸と過酸化水素水を任意の割合で混合した洗浄液で、シリコンウェーハ表面の金属不純物を溶解除去する洗浄方法である。また、ＤＨＦ洗浄とは、希フッ酸によってシリコンウェーハ表面のケミカル酸化膜を除去する洗浄方法である。さらに、強い酸化力を有するオゾン水洗浄も使用される場合があり、シリコンウェーハ表面に付着している有機物の除去やＤＨＦ洗浄後のシリコンウェーハ表面のケミカル酸化膜形成を行っている。シリコンウェーハの洗浄は、目的に応じてこれらの洗浄を組み合わせて行われている（特許文献１〜３）。
特開２００２−３２９６９１号公報 特開平９−０１７７６５号公報 特開平９−２６０３２８号公報 特開２００６−２０８３１４号公報
洗浄後の重要なシリコンウェーハ品質として、パーティクル品質がある。パーティクルは洗浄液の種類によってシリコンウェーハへの付着しやすさが変化する。ＳＣ１洗浄に用いる洗浄液はアルカリ性であるため、静電気的にパーティクルが付着しにくい特性がある。一方、ＳＣ２洗浄に用いる洗浄液は酸性であるため、静電気的に付着しやすい特性となる。さらに、ＤＨＦ洗浄ではシリコンウェーハ表面のケミカル酸化膜を剥離するため、酸性であると同時にベア面が露出し、パーティクルがとても付着しやすい状況となる。このため、一般的に、良好なパーティクル品質を得るために、洗浄後にシリコンウェーハ表面がケミカル酸化膜で覆われている状態にする。つまり、ＳＣ１洗浄、ＳＣ２洗浄の組み合わせとなる。
一方、洗浄後のシリコンウェーハの品質を評価する方法はいろいろとあるが、その中で表面品質を評価する手段としてＤＳＯＤ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｏｘｉｄｅ Ｄｅｆｅｃｔ）評価がある。このＤＳＯＤ評価で評価される品質は、シリコンウェーハ表面欠陥、結晶欠陥、金属汚染、洗浄工程で形成されるケミカル酸化膜品質等の影響を受ける。このため、明確な原因が不明な状況下でもＤＳＯＤ品質が悪化する場合や、変動する場合がある。したがって、ＤＳＯＤ品質を良くするためには、表面欠陥や結晶欠陥を改善すると同時に、洗浄工程で形成されるケミカル酸化膜品質を安定化させることが必要となる。
ＲＣＡ洗浄において、ＳＣ１洗浄工程で形成されるケミカル酸化膜は非常に薄い。ＳＣ１洗浄後のケミカル酸化膜厚さは、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光（Ｘ−ｒａｙ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ））により、０．７ｎｍ程度と測定される。このＳＣ１洗浄で形成されるケミカル酸化膜厚さは、シリコンウェーハの製造における現実的な時間内では、洗浄時間や洗浄液温度を変えても変わらず、ＳＣ１洗浄条件ではケミカル酸化膜厚さを制御することはできないことが分かった。このように非常に薄いケミカル酸化膜では、ケミカル酸化膜品質を安定化させることは困難であり、ＤＳＯＤ品質の向上が妨げられていた。
そのため、シリコンウェーハの洗浄において、良好なパーティクル品質と安定したケミカル酸化膜を形成することがウェーハ品質向上に向けた課題となっている。
上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハをＳＣ１洗浄した後、酸化力を有する洗浄液で洗浄するシリコンウェーハの洗浄方法であって、前記ＳＣ１洗浄により前記シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄することにより、更に前記ケミカル酸化膜の厚さが１．０ｎｍ以上になるように成長させることを特徴とするシリコンウェーハの洗浄方法を提供する。
このようなシリコンウェーハの洗浄方法であれば、シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を、１．０ｎｍ以上と従来よりも厚く形成することができ、シリコンウェーハ表面品質を向上させることが可能となる。
またこのとき、前記酸化力を有する洗浄液として、オゾン水及び／又は過酸化水素水を用いることが好ましい。
本発明のシリコンウェーハの洗浄方法は、このような場合に特に有効である。
また、前記ＳＣ１洗浄した後、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄するより前に、ＳＣ２洗浄することが好ましい。
このようなシリコンウェーハの洗浄方法であれば、シリコンウェーハ表面の金属不純物を溶解除去することで、シリコンウェーハ表面品質をさらに向上させることが可能となる。
また、前記ＳＣ１洗浄するシリコンウェーハをＤＨＦ洗浄していないシリコンウェーハとすることが好ましい。
このようなシリコンウェーハの洗浄方法であれば、予めケミカル酸化膜を除去することがないため、十分なケミカル酸化膜厚さを得ることができ、より確実にシリコンウェーハ表面品質を向上させることが可能となる。
本発明のシリコンウェーハの洗浄方法であれば、シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を１．０ｎｍ以上と、従来よりも厚く形成することができ、安定してシリコンウェーハ表面品質を向上させることが可能となる。
以下、本発明について具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上述したように、ＤＳＯＤ品質を良くするためには、表面欠陥や結晶欠陥を改善すると同時に、洗浄工程で形成されるケミカル酸化膜品質を安定化させることが必要となる。しかしながら、ＲＣＡ洗浄において、ＳＣ１洗浄で形成されるケミカル酸化膜厚さは非常に薄く、このようなケミカル酸化膜では、ケミカル酸化膜品質を安定化させることは困難であり、ＤＳＯＤ品質の向上が妨げられていた。そのため、シリコンウェーハの洗浄において、良好なパーティクル品質と安定したケミカル酸化膜を形成することがシリコンウェーハ品質向上に向けた課題となっていた。
そして、本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ＳＣ１洗浄後又はＳＣ１洗浄後にＳＣ２洗浄を行う洗浄フロー後に酸化力を有する洗浄液でケミカル酸化を行い、このケミカル酸化によって、ケミカル酸化膜厚さを１．０ｎｍに成長させることが可能となり、シリコンウェーハ表面品質を安定させて向上させることができることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、シリコンウェーハをＳＣ１洗浄した後、酸化力を有する洗浄液で洗浄するシリコンウェーハの洗浄方法であって、前記ＳＣ１洗浄により前記シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄することにより、更に前記ケミカル酸化膜の厚さが１．０ｎｍ以上になるように成長させることを特徴とするシリコンウェーハの洗浄方法を提供する。
このようなシリコンウェーハの洗浄方法であれば、シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を１．０ｎｍ以上と、従来よりも厚く形成し安定させることができ、シリコンウェーハ表面品質を向上させることが可能となる。
以下、本発明のシリコンウェーハの洗浄方法を説明する。
本発明におけるシリコンウェーハの洗浄では、まずシリコンウェーハをＳＣ１洗浄する。これにより、アルカリ性の洗浄液によるシリコンウェーハ表面のエッチングによって付着パーティクルをリフトオフさせ、さらにシリコンウェーハとパーティクルの静電気的な反発を利用して、シリコンウェーハへの再付着を抑えながらパーティクルを除去する。また、ＳＣ１洗浄によりシリコンウェーハの表面に薄いケミカル酸化膜を形成させる。
その後、ＳＣ１洗浄したシリコンウェーハを、酸化力を有する洗浄液で洗浄し、ケミカル酸化を行う。このように、ＳＣ１洗浄の後に、酸化力を有する洗浄液で洗浄することで、ケミカル酸化膜の厚さを１．０ｎｍ以上と、従来よりも厚く形成させる。
また、このとき、前記酸化力を有する洗浄液として、オゾン水及び／又は過酸化水素水を用いることが好ましい。このような洗浄液を用いる場合、本発明は特に有効である。
また、酸化力を有する洗浄液として、オゾン水を用いる場合、オゾンの濃度は１０ｐｐｍ以上であることが好ましい。オゾン水濃度が１０ｐｐｍより大きければ、シリコンウェーハ面内の酸化が均一となるので好ましい。
また、酸化力を有する洗浄液として、過酸化水素水を用いる場合、過酸化水素水（３０ｗｔ％）及び水の混合比がＨ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：２０〜１：５、温度が６０℃以上であることが好ましい。このような洗浄液を用いることで、シリコンウェーハの酸化が十分となり、ケミカル酸化膜をより確実に従来よりも厚く形成させることができる。
また、前記ＳＣ１洗浄した後、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄するより前に、ＳＣ２洗浄することができる。このようなシリコンウェーハの洗浄方法であれば、シリコンウェーハ表面の金属不純物を溶解除去することで、シリコンウェーハ表面品質をさらに向上させることが可能となる。
また、前記ＳＣ１洗浄するシリコンウェーハをＤＨＦ洗浄していないシリコンウェーハとすることが好ましい。このようなシリコンウェーハの洗浄方法であれば、予めシリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を除去することなく、十分な厚さのケミカル酸化膜を得る事ができるので、より確実にシリコンウェーハ表面品質を向上させることが可能となる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（比較例１）
まず、評価用シリコンウェーハの準備をした。鏡面研磨後の、清浄で、ＣＯＰやＤＳＯＤと呼ばれる結晶欠陥を有しない３００ｍｍシリコンウェーハを準備した。ＣＯＰは、鏡面研磨後のシリコンウェーハをＳＣ１洗浄と呼ばれるアンモニア水と過酸化水素水の混合液により洗浄した後にシリコンウェーハ表面で検出される結晶起因のピット状の欠陥である。このピット状の欠陥は、パーティクルカウンターによるシリコンウェーハ表面の測定でパーティクルと共に検出される。また、ＣＯＰは酸化膜の信頼性評価として行われるＧＯＩ（Ｇａｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）評価のＴＤＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）やＴＺＤＢ（Ｔｉｍｅ Ｚｅｒｏ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）を劣化させる原因となる。また、Ｃｕデポジション法によるＤＳＯＤ評価でもＤＳＯＤ欠陥として検出される。評価用シリコンウェーハは３枚とし、うち２枚をＤＳＯＤ評価、残り１枚をＸＰＳによるケミカル酸化膜厚さ評価に使用した。
＜シリコンウェーハの洗浄＞
準備したシリコンウェーハをＤＨＦ洗浄し、その後、オゾン水による洗浄を行い、さらに、ＳＣ１洗浄した。オゾン水による洗浄は、オゾン（Ｏ３）＝１０ｐｐｍとし、２５℃で１０ｍｉｎ実施した。ＳＣ１洗浄は、洗浄液をアンモニア水（ＮＨ４ＯＨ）：過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）：Ｈ２Ｏ＝１：１：１０の混合液とし、８０℃で１０ｍｉｎ実施した。ＤＨＦ洗浄には、ＨＦが３．０ｗｔ％の洗浄液を用いた。混合液の調整に使用した薬品の濃度は、ＮＨ４ＯＨが２８ｗｔ％、Ｈ２Ｏ２が３０ｗｔ％であった。
＜ケミカル酸化膜評価方法（ＤＳＯＤ評価）＞
洗浄後のシリコンウェーハのケミカル酸化膜評価をＣｕデポジション法によるＤＳＯＤ評価で行った。Ｃｕデポジション法によるＤＳＯＤ評価に関しては、特許文献４に記載されており、次のように行われる。シリコンウェーハ表面に上記シリコンウェーハの洗浄によりケミカル酸化膜（酸化絶縁膜）を形成させ、シリコンウェーハ表層に形成された欠陥部位上の酸化絶縁膜を破壊する。そして、破壊された酸化膜部位にＣｕを析出（デポジション）させて欠陥を特定する。Ｃｕイオンが存在する溶液の中で、シリコンウェーハ表面に形成した酸化膜に電圧を加えると、酸化膜が劣化している部分に電流が流れ、ＣｕイオンがＣｕとなって析出する。この析出したＣｕを観察してＤＳＯＤとして判断する。このＤＳＯＤは結晶欠陥の検出に加えて、研磨や洗浄等のシリコンウェーハ表面品質に影響を与えるスクラッチや金属汚染等のプロセス異常も検出できる。
＜ケミカル酸化膜評価方法（ケミカル酸化膜厚さ評価）＞
また、シリコンウェーハのケミカル酸化膜厚さはＸＰＳにて測定を行った。ＸＰＳは、試料表面にＸ線を照射し、試料表面から放出される光電子の運動エネルギーを計測することで、試料表面を構成する元素の組成、化学結合状態を分析する手法である。
ケミカル酸化膜評価の結果、比較例１におけるケミカル酸化膜厚さは０．７ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ３１、３６個であった。
（比較例２）
シリコンウェーハの洗浄において、ＳＣ１洗浄の洗浄液をＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：２０の混合液とした以外、比較例１と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、比較例２におけるケミカル酸化膜厚さは０．７ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ３４、３９個であった。
（比較例３）
シリコンウェーハの洗浄において、ＳＣ１洗浄後にＳＣ２洗浄を行った以外、比較例１と同様に実施した。ＳＣ２洗浄は、洗浄液を塩酸（ＨＣｌ）：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１００の混合液とし、８０℃で１０ｍｉｎ実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、比較例３におけるケミカル酸化膜厚さは０．７ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ２９、３５個であった。
（比較例４）
シリコンウェーハの洗浄において、ＳＣ２洗浄の洗浄液をＨＣｌ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：５０の混合液とした以外、比較例３と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、比較例４におけるケミカル酸化膜厚さは０．７ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ３１、３３個であった。
（比較例５）
シリコンウェーハの洗浄において、ＤＨＦ洗浄において、ＨＦが１．０ｗｔ％の洗浄液を用いた以外、比較例１と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、比較例５におけるケミカル酸化膜厚さは０．７ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ３５、４０個であった。
（実施例１）
シリコンウェーハの洗浄を、ＳＣ１洗浄後にオゾン水による洗浄を行うこととした以外、比較例１と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例１におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１３、１６個であった。
（実施例２）
シリコンウェーハの洗浄において、オゾン水としてオゾン（Ｏ３）＝３０ｐｐｍの洗浄液を用いた以外、実施例１と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例２におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１１、１７個であった。
（実施例３）
シリコンウェーハの洗浄において、オゾン水による洗浄の時間を１ｍｉｎとした以外、実施例２と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例３におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１５、１７個であった。
（実施例４）
シリコンウェーハの洗浄において、ＳＣ１洗浄後、オゾン水による洗浄の前に、ＳＣ２洗浄を行った以外、実施例１と同様に実施した。ＳＣ２洗浄は、比較例３と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例４におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１６、１８個であった。
（実施例５）
シリコンウェーハの洗浄において、オゾン水による洗浄の代わりに過酸化水素水による洗浄を行った以外、実施例１と同様に実施した。過酸化水素水による洗浄は、洗浄液をＨ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１０の混合液とし、８０℃で１０ｍｉｎ実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例５におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１７、１９個であった。
（実施例６）
シリコンウェーハの洗浄において、過酸化水素水による洗浄の洗浄液をＨ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：２０の混合液とした以外、実施例５と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例６におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１３、１５個であった。
（実施例７）
シリコンウェーハの洗浄において、ＳＣ１洗浄後、過酸化水素水による洗浄の前に、ＳＣ２洗浄を行い、過酸化水素水による洗浄を６０℃で実施した以外、実施例５と同様に実施した。ＳＣ２洗浄は、比較例３と同様に実施した。
ケミカル酸化膜評価の結果、実施例７におけるケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであり、ＤＳＯＤ個数はＤＳＯＤ評価した二枚について、それぞれ１２、１６個であった。
Figure 2019207923
比較例１〜５のケミカル酸化膜厚さは０．７ｎｍであり、実施例１〜７のケミカル酸化膜厚さは１．０ｎｍであった。比較例のケミカル酸化膜厚さが０．７ｎｍであるのに対し、実施例のケミカル酸化膜厚さが１．０ｎｍと比較例より厚いのは、比較例のケミカル酸化膜はＳＣ１洗浄で形成されており、ＳＣ１洗浄は酸化とエッチングの平衡反応であるため、ケミカル酸化膜が飽和する前に平衡状態に達してしまったからであると推測される。一方、実施例ではＳＣ１洗浄で形成されたケミカル酸化膜を、酸化力を有する洗浄液（オゾン水、過酸化水素水）でさらに酸化を行うため、ケミカル酸化膜厚さを１．０ｎｍと厚く形成させることができたと推測される。
なお、ケミカル酸化膜厚さをこれ以上厚くすることは、シリコンウェーハの製造における現実的な時間内では困難であった。
さらに、本発明のようなシリコンウェーハの洗浄方法を用いることで、実施例においてＤＳＯＤ評価により測定されるＤＳＯＤの個数は、比較例においてＤＳＯＤ評価により測定されるＤＳＯＤの個数の半分程度から半分以下と大幅に減少させることができ、洗浄によるシリコンウェーハ品質の悪化を抑制することも可能となった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (4)

  1. シリコンウェーハをＳＣ１洗浄した後、酸化力を有する洗浄液で洗浄するシリコンウェーハの洗浄方法であって、
    前記ＳＣ１洗浄により前記シリコンウェーハの表面に形成されたケミカル酸化膜を、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄することにより、更に前記ケミカル酸化膜の厚さが１．０ｎｍ以上になるように成長させることを特徴とするシリコンウェーハの洗浄方法。
  2. 前記酸化力を有する洗浄液として、オゾン水及び／又は過酸化水素水を用いることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの洗浄方法。
  3. 前記ＳＣ１洗浄した後、前記酸化力を有する洗浄液で洗浄するより前に、ＳＣ２洗浄することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの洗浄方法。
  4. 前記ＳＣ１洗浄するシリコンウェーハをＤＨＦ洗浄していないシリコンウェーハとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの洗浄方法。
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