JP3201601B2 - Semiconductor substrate cleaning method - Google Patents

Semiconductor substrate cleaning method

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JP3201601B2
JP3201601B2 JP00709199A JP709199A JP3201601B2 JP 3201601 B2 JP3201601 B2 JP 3201601B2 JP 00709199 A JP00709199 A JP 00709199A JP 709199 A JP709199 A JP 709199A JP 3201601 B2 JP3201601 B2 JP 3201601B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置等の製
造プロセスにおいて、基板の表面あれを発生させずに基
板表面から異物を効果的に除去でき、および洗浄後の基
板表面状態を厳密に制御できる半導体基板の洗浄方法に
関するものである。
The present invention relates, in the manufacturing process of semiconductor device, it can in effectively removing material from the substrate surface without causing surface roughness of the substrate, and strictly the substrate surface condition after cleaning The present invention relates to a controllable method for cleaning a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置等の製造プロセスにおいて、
基板洗浄に要求される機能は、基板表面の平坦性を劣化
させることなく、基板表面からパーティクル、金属汚
染、吸着分子、イオン等の汚染成分や自然酸化膜を効率
よく除去することである。
2. Description of the Related Art In a manufacturing process of a semiconductor device or the like,
A function required for substrate cleaning is to efficiently remove contaminants such as particles, metal contamination, adsorbed molecules, ions, and the like and a native oxide film from the substrate surface without deteriorating the flatness of the substrate surface.

【0003】LSIの高集積化に伴い、管理すべき汚染
物質の種類は増え、管理レベルは厳しくなり、またより
高い表面状態の制御性が求められている。そのため処理
ロット間のクロスコンタミネーションを避け、再現性の
ある洗浄性能と基板表面の制御性を得るためには洗浄毎
に新しい薬品を用いるのが望ましい。
With the increase in the degree of integration of LSIs, the types of contaminants to be managed are increasing, the management level is becoming stricter, and higher controllability of the surface state is required. Therefore, in order to avoid cross contamination between processing lots and obtain reproducible cleaning performance and controllability of the substrate surface, it is desirable to use a new chemical for each cleaning.

【0004】一方、昨今の環境問題に対する関心の高ま
りから、生産活動においては省エネルギー、廃棄物の削
減と言った環境への配慮が求められてきている。半導体
の生産プロセスの内、多量の化学薬品を使用するウェッ
ト洗浄プロセスは環境負荷の高いプロセスであり、薬品
使用量の削減が今後の重要課題の一つである。
[0004] On the other hand, due to the growing interest in environmental issues in recent years, production activities require consideration for the environment, such as energy saving and waste reduction. Among the semiconductor production processes, the wet cleaning process using a large amount of chemicals is a process with a high environmental load, and reducing the amount of chemicals is one of the important issues in the future.

【0005】同一洗浄液をリサイクル利用することは、
薬液の使用量を削減でき、薬品コストと廃棄物の低減の
観点で望ましい方法であるが、リサイクル利用すること
で、薬液中の汚染成分の蓄積、薬液成分の揮発、分解に
よる薬液濃度の変動は避けられない。
[0005] Recycling of the same cleaning solution is
It is a desirable method from the viewpoint of reducing the amount of chemical solution used and reducing the cost and waste of chemicals.However, by recycling, the concentration of chemical components in the chemical solution, volatilization of the chemical solution components, and fluctuations in the chemical concentration due to decomposition can be reduced. Inevitable.

【0006】現在、半導体メーカ各社でウェーハの30
0mm化に向けたプロセスが検討されているが、ウェー
ハ間ピッチが200mmと同等の場合でもウェーハの口
径増大により200mmと比較すると2.25倍の容量
の洗浄槽が必要になる。ウェーハの大口径化によるワン
バッチ当たりの洗浄液量が増大する上、基板表面の汚染
および制御性の管理レベルが厳しくなり薬液寿命の延長
には限界があることから、洗浄液量の増大は避け難い。
[0006] Currently, 30 semiconductor manufacturers have 30 wafers.
A process for reducing the thickness to 0 mm is being studied. However, even when the pitch between wafers is equal to 200 mm, a cleaning tank having a capacity 2.25 times larger than that of 200 mm is required due to an increase in the diameter of the wafer. The increase in the amount of cleaning liquid per batch due to the increase in the diameter of the wafer, as well as the control level of contamination and controllability of the substrate surface and the extension of the life of the chemical liquid are limited, so that it is inevitable to increase the amount of cleaning liquid.

【0007】またウェット洗浄プロセスの多くが洗浄効
率を高めるために加熱して行われており、省エネルギー
の観点からは処理の低温化もまた課題である。低温化す
ると蒸発による濃度変動は軽減できるので、省エネルギ
ーだけでなく、濃度維持のための薬液補充量の削減、薬
液の寿命の延長が図れる。
[0007] Further, most of the wet cleaning processes are performed by heating in order to increase the cleaning efficiency, and lowering the temperature of the processing is also an issue from the viewpoint of energy saving. When the temperature is lowered, concentration fluctuations due to evaporation can be reduced, so that not only energy saving but also reduction of the replenishing amount of the chemical solution for maintaining the concentration and extension of the life of the chemical solution can be achieved.

【0008】現在のウェット洗浄において、ウェーハ表
面のパーティクル除去という最も重要な洗浄を担ってい
る洗浄液は、アンモニア−過酸化水素混合液(APMあ
るいはSC−1)であり、容量比NH:H:H
O=1:1:5のものを75〜85℃で使用するのが
標準的な条件である。
In the current wet cleaning, a cleaning liquid that is responsible for the most important cleaning of removing particles from the wafer surface is an ammonia-hydrogen peroxide mixture (APM or SC-1), and has a volume ratio of NH 3 : H 2. O 2 : H
2 O = 1: 1: to use those 5 at 75-85 ° C. is a standard condition.

【0009】上述したような現在ならびに今後の状況か
ら、ウェット洗浄に対する要求は、その直前直後のプロ
セスによって、汚染物に対する高い洗浄力、基板に対す
る低ダメージ、低濃度処理、低温処理、処理時間の短縮
と多様化しており、近年、このAPM洗浄に関しても、
目的に応じた種々の改良が加えられている。
In view of the present and future situations as described above, the demand for wet cleaning requires a high cleaning power for contaminants, low damage to the substrate, low concentration processing, low temperature processing, and a reduction in processing time, depending on the process immediately before and after the wet cleaning. In recent years, regarding this APM cleaning,
Various improvements according to the purpose have been made.

【0010】例えば、特開平3−254125号公報記
載の技術では、薬液からの金属汚染を低減するために、
洗浄液全体に対する純水の体積比を90〜99.7パー
セントにしたものが使用されている。
For example, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-254125, in order to reduce metal contamination from a chemical solution,
What used the volume ratio of pure water to 90-99.7% with respect to the whole cleaning liquid is used.

【0011】また、エッチング量の低減と薬液のコスト
低減のために、特開平4−107922号公報記載の技
術では、洗浄液における過酸化水素水の容量比をアンモ
ニア水以上にし、純水の比率を高くしている。
Further, in order to reduce the etching amount and the cost of the chemical solution, the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-107922 discloses that the volume ratio of the hydrogen peroxide solution in the cleaning solution is made higher than that of ammonia water and the ratio of pure water is reduced. High.

【0012】さらに、特開平6−112179号公報記
載の技術では、マイクロラフネス(微小表面粗さ)を制
御するため、純水の体積を、アンモニア水と過酸化水素
水との総体積の20倍〜100倍にしたものが洗浄液と
して使用されている。
Further, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-112179, the volume of pure water is set to 20 times the total volume of ammonia water and hydrogen peroxide solution in order to control micro roughness (micro surface roughness). What was increased to 100 times is used as a cleaning liquid.

【0013】また、これらの従来技術の洗浄液では異物
の除去に20分程度の時間を要すると言う問題があり、
処理時間の短縮に重きを置き、特開平10−18318
5公報記載の技術では、下記の[数]および[数
で規定された条件で洗浄する技術が開示されている。
Further, there is a problem that it takes about 20 minutes to remove foreign matter with these conventional cleaning liquids.
With emphasis on shortening the processing time, see JP-A-10-18318.
In the technology described in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H05-205, the following [Equation 5 ] and [Equation 6 ]
A technique for cleaning under the conditions specified in the above paragraph is disclosed.

【数5】 (Equation 5)

【数6】 ここで、xはNH濃度(mol/l)、yはH
濃度(mol/l)、Tは処理液温度(℃)、tは処理
時間(分)である。また、zは解離していない過酸化水
素の濃度(mol/l)である。当該従来技術を用いる
と、異物除去に要する処理時間を短縮し、スループット
を改善することができる。
(Equation 6) Here, x is NH 3 concentration (mol / l) and y is H 2 O 2
The concentration (mol / l), T is the temperature of the processing solution (° C.), and t is the processing time (minute). Z is the concentration (mol / l) of undissociated hydrogen peroxide. When the conventional technique is used, the processing time required for removing foreign substances can be reduced, and the throughput can be improved.

【0014】また、この分野に関連する技術として、特
開平3−8336号公報に、半導体装置の製造方法にお
いて、異物の形成がない滑らかなBPSG膜を形成する
方法として、ウェーハ上にBPSG膜を形成する前に、
酸化剤を添加したアルカリ性水溶液によって、そのウェ
ーハを洗浄する方法が開示されている。
As a technique related to this field, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 3-8336 discloses a method of forming a smooth BPSG film on a wafer in a method of manufacturing a semiconductor device. Before forming
A method of cleaning the wafer with an alkaline aqueous solution to which an oxidizing agent has been added is disclosed.

【0015】さらに、特開平7−263384号公報
に、化学機械研磨後の半導体基板の洗浄に用いる洗浄液
において、ウェーハの重金属汚染やパーティクルの発生
を防止するために、容量比NH:H:HO=
0.25:1:5、またはアンモニア組成が70分の1
以上有する洗浄液が使用されている。また、この洗浄液
による半導体基板の洗浄において、処理温度は50〜9
0℃、処理時間は5〜20分である。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-263384 discloses a cleaning liquid used for cleaning a semiconductor substrate after chemical mechanical polishing, in order to prevent heavy metal contamination and generation of particles on a wafer, by a capacity ratio of NH 3 : H 2 O. 2 : H 2 O =
0.25: 1: 5 or 1/70 ammonia composition
The cleaning liquid having the above is used. In cleaning the semiconductor substrate with this cleaning liquid, the processing temperature is 50 to 9
0 ° C., treatment time is 5 to 20 minutes.

【0016】他に、特開平7−283182号公報に、
半導体基板の研磨後の洗浄方法において、まずHF−H
Cl洗浄液による洗浄により金属汚染物質の除去を行
い、次にNHOHとHを含む洗浄液による洗浄
により前段階の洗浄による付着粒子の除去を行い、最後
に希HClによる洗浄によりその前段階の洗浄による汚
染金属の除去を行うことによる洗浄方法が開示されてい
る。
In addition, JP-A-7-283182 discloses that
In a cleaning method after polishing a semiconductor substrate, first, HF-H
The metal contaminants are removed by washing with a Cl washing solution, then the attached particles are removed by washing in a previous stage by washing with a washing solution containing NH 4 OH and H 2 O 2 , and finally the washing is performed by washing with dilute HCl. A method of cleaning by removing contaminant metals by stepwise cleaning is disclosed.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、一つ
の洗浄条件ですべての要件を満たすことが困難であるこ
とから、最重要要件を満たしかつ他の要件をある程度満
足させる洗浄条件を、見出すべくなされたものである
が、個々に洗浄条件を見出すために要する時間は膨大と
なる。
In the above prior art, since it is difficult to satisfy all the requirements under one cleaning condition, a cleaning condition that satisfies the most important requirements and satisfies other requirements to some extent is found. However, the time required to individually find the cleaning conditions is enormous.

【0018】そこで、本発明は、APM洗浄に要求され
る要件の内、マイクロラフネスに関しては、通常要求さ
れる水準をクリアできる性能を有し、かつ汚染物に対す
る高い洗浄力、基板に対する低ダメージ、低濃度処理、
低温処理、処理時間の短縮、処理後の基板表面状態の高
い制御性の少なくとも一要件を満たし、もしくは上記要
件をさらに一つ以上満たすように機能を付加する半導体
基板の洗浄方法を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention has a performance that can meet the standard required for micro-roughness among the requirements required for APM cleaning, and has a high cleaning power for contaminants, low damage to substrates, Low concentration processing,
Cold treatment, shorter treatment time, meets at least one requirement of the high controllability of the substrate surface state after treatment, also properly offer cleaning method of a semiconductor substrate to add a function to meet further one or more of the above requirements The purpose is to do.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明によると、半導体基板の洗浄に用いられる洗
浄液において、アンモニア、過酸化水素、超純水からな
り、ここで、半導体基板の処理温度(T(単位:K))
と、処理時間(t(単位:分))と、アンモニアと過酸
化水素のモル濃度比(R)とが、
According to the present invention, a cleaning liquid used for cleaning a semiconductor substrate comprises ammonia, hydrogen peroxide, and ultrapure water. Processing temperature (T (unit: K))
And the processing time (t (unit: minute)) and the molar concentration ratio (R) between ammonia and hydrogen peroxide are

【数7】 で示される処理条件式を満たし、アンモニアのモル濃度
が10mol/l以下、過酸化水素のモル濃度C(H
)が、
(Equation 7) Is satisfied, the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less, and the molar concentration of hydrogen peroxide C (H 2
O 2 )

【数8】 で示される濃度条件式を満たす洗浄液を用いて半導体基
板が洗浄される
(Equation 8) Using a cleaning solution that satisfies the concentration condition
The board is washed .

【0020】上記の洗浄液において、半導体基板の処理
温度(T(単位:K))と、処理時間(t(単位:
分))と、アンモニアと過酸化水素のモル濃度比(R)
とが、
In the above cleaning liquid, the processing temperature (T (unit: K)) of the semiconductor substrate and the processing time (t (unit:
Min)) and the molar ratio of ammonia to hydrogen peroxide (R)
And

【数9】 で示される処理条件式を満たすことが可能である。(Equation 9) Can be satisfied.

【0021】また、上記の洗浄液において、過酸化水素
のモル濃度が0.16mol/l以上からなることを特
徴とすることが可能である。
In the above-mentioned cleaning solution, the molar concentration of hydrogen peroxide may be 0.16 mol / l or more.

【0022】他に、アンモニア、過酸化水素、超純水か
らなる洗浄液を用いる半導体基板の洗浄方法において、
半導体基板の表面汚染物に対する洗浄力および表面に対
するダメージに対応する制御値Eを有し、ここで、制御
値Eは、実質的に基板エッチング量(単位:Å)の自乗
であり、
In addition, in a method for cleaning a semiconductor substrate using a cleaning liquid comprising ammonia, hydrogen peroxide and ultrapure water,
The semiconductor substrate has a control value E corresponding to the cleaning power for surface contaminants and damage to the surface, wherein the control value E is substantially the square of the substrate etching amount (unit: Å);

【数10】 ((Σ(a×T)は少なくとも1/T,T,Tの
項を含む多項式であり、aは基板エッチング速度の実
測結果から定まる定数、nは一定数、Tは半導体基板に
対する処理温度(単位:K)、tは半導体基板に対する
処理時間(単位:分)、Rは洗浄液のアンモニアと過酸
化水素のモル濃度比)で表され、制御値Eが10以上で
かつ10000以下である所定値に対応して、処理温度
と処理時間とモル濃度比とが定められ、かつ、アンモニ
アのモル濃度が10mol/l以下、過酸化水素のモル
濃度C(H)が、
(Equation 10) ((Σ (a i × T i ) is a polynomial including at least terms of 1 / T, T 0 , T, a i is a constant determined from the result of actual measurement of the substrate etching rate, n is a constant number, and T is a semiconductor substrate. , The processing time (unit: minute) for the semiconductor substrate, R is the molar concentration ratio of ammonia and hydrogen peroxide in the cleaning liquid, and the control value E is 10 or more and 10,000 or less. The processing temperature, the processing time, and the molar concentration ratio are determined in accordance with the predetermined value, and the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less, and the molar concentration of hydrogen peroxide C (H 2 O 2 ) is:

【数11】 で示される濃度条件式を満たす半導体基板の洗浄方法を
提供する。
[Equation 11] And a method for cleaning a semiconductor substrate that satisfies the concentration condition represented by the following formula:

【0023】上記の半導体基板の洗浄方法において、制
御値Eが100以上でかつ10000以下である所定値
に対応して、処理温度と処理時間とモル濃度比とが定め
られ、かつ、アンモニアのモル濃度が10mol/l以
下、過酸化水素のモル濃度C(H)が、
In the above method for cleaning a semiconductor substrate, the processing temperature, the processing time and the molar concentration ratio are determined corresponding to the control value E of not less than 100 and not more than 10000, and the molar ratio of ammonia is determined. When the concentration is 10 mol / l or less and the molar concentration C (H 2 O 2 ) of hydrogen peroxide is

【数12】 で示される処理条件式を満たすことが可能である。(Equation 12) Can be satisfied.

【0024】また、上記の半導体基板の洗浄方法におい
て、過酸化水素のモル濃度が0.16mol/l以上か
らなることが可能である。
In the above method for cleaning a semiconductor substrate, the molar concentration of hydrogen peroxide may be 0.16 mol / l or more.

【0025】さらに、上記の半導体基板の洗浄方法にお
いて、制御値Eが、
Further, in the above method for cleaning a semiconductor substrate, the control value E is

【数13】 で示されることを特徴とすることが可能である。(Equation 13) It can be characterized by the following.

【0026】さらに他に、上記の半導体基板の洗浄方法
において、制御値Eは、
Still further, in the above method for cleaning a semiconductor substrate, the control value E is

【数14】 で示されることを特徴とすることが可能である。[Equation 14] It can be characterized by the following.

【0027】また、上記の半導体基板の洗浄方法におい
て、洗浄液は、予め定められたモル濃度比に対応して、
アンモニアのモル濃度と過酸化水素のモル濃度が設定さ
れることを特徴とすることが可能である。
In the above-described method for cleaning a semiconductor substrate, the cleaning liquid may be prepared according to a predetermined molar concentration ratio.
It can be characterized in that the molar concentration of ammonia and the molar concentration of hydrogen peroxide are set.

【0028】また他に、上記の半導体基板の洗浄方法に
おいて、洗浄液は、アンモニアのモル濃度と過酸化水素
のモル濃度が低くなるように設定されることを特徴とす
ることが可能である。
Further, in the above-described method for cleaning a semiconductor substrate, the cleaning liquid may be set so that the molar concentration of ammonia and the molar concentration of hydrogen peroxide are reduced.

【0029】加えて、上記の半導体基板の洗浄方法にお
いて、モル濃度比と処理時間は、予め定められた制御値
と、予め定められた処理温度に基づいて設定されること
を特徴とすることが可能である。
In addition, in the above method for cleaning a semiconductor substrate, the molar concentration ratio and the processing time are set based on a predetermined control value and a predetermined processing temperature. It is possible.

【0030】さらに、上記の半導体基板の洗浄方法にお
いて、処理温度は、摂氏35度以上、かつ摂氏80度以
下に設定されることを特徴とすることが可能である。
Further, in the above-described method for cleaning a semiconductor substrate, the processing temperature may be set to 35 degrees Celsius or more and 80 degrees Celsius or less.

【0031】さらにまた、上記の半導体基板の洗浄方法
において、処理温度は、摂氏35度以上、かつ摂氏40
度以下に設定されることを特徴とすることが可能であ
る。
Further, in the above-described method for cleaning a semiconductor substrate, the processing temperature is 35 ° C. or more and 40 ° C.
It can be characterized in that it is set to less than or equal to the degree.

【0032】さらに加えて、上記の半導体基板の洗浄方
法において、モル濃度比と処理温度は、予め定められた
制御値と、予め定められた処理時間に基づいて設定され
ることを特徴とすることが可能である。
In addition, in the above-described method for cleaning a semiconductor substrate, the molar concentration ratio and the processing temperature are set based on a predetermined control value and a predetermined processing time. Is possible.

【0033】他にまた、上記の半導体基板の洗浄方法に
おいて、処理時間が10分以下に設定されることを特徴
とすることが可能である。
Further, in the above-described method for cleaning a semiconductor substrate, the processing time may be set to 10 minutes or less.

【0034】[0034]

【発明の実施の形態】本発明は、アンモニア、過酸化水
素、超純水からなる半導体基板の異物を除去する半導体
の洗浄方法を発見した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a semiconductor to remove ammonia, hydrogen peroxide, a foreign matter of a semiconductor substrate made of ultra-pure water
I found a washing method .

【0035】当該洗浄液による処理温度(T(単位:
K))、処理時間(t(単位:分))、アンモニアと過
酸化水素のモル濃度比(R)に関して、数式[数]で
示される関係式を満たし、当該洗浄液のアンモニアのモ
ル濃度(C(NH))が10mol/l以下で、かつ
過酸化水素のモル濃度(C(H))が、数式[数
]で示される濃度条件式を満たすことを特徴とする。
The processing temperature (T (unit:
K)), the treatment time (t (unit: minute)), and the molar concentration ratio (R) between ammonia and hydrogen peroxide satisfy the relational expression expressed by the formula [Equation 7 ], and the molar concentration of ammonia in the cleaning solution ( C (NH 3 )) is 10 mol / l or less, and the molar concentration of hydrogen peroxide (C (H 2 O 2 ))
8 ].

【0036】発明の半導体基板の洗浄方法において
は、上記の洗浄液を用い、数式[数10]によって算出
される制御値(E)を基板表面汚染物に対する洗浄力お
よび基板表面に対するダメージの指標とすることを特徴
とする。
In the method of cleaning a semiconductor substrate according to the present invention, the control value (E) calculated by the formula [Equation 10 ] is used as an index of detergency for substrate surface contaminants and damage to the substrate surface by using the above cleaning liquid. It is characterized by doing.

【0037】特に、制御値(E)について、数式[数
]で示されることも可能である。
In particular, for the control value (E), the equation [Equation 1]
4 ].

【0038】更に、この洗浄液を用いた半導体装置の洗
浄方法において、処理温度、つまり洗浄液の薬液温度を
35度から80度の範囲でもって洗浄されることを特徴
とする。
Further, in the method of cleaning a semiconductor device using the cleaning liquid, the semiconductor device is cleaned at a processing temperature, that is, a cleaning liquid temperature of 35 to 80 degrees.

【0039】上記の洗浄液は、APM洗浄に関する公知
技術に基づいて、本発明者による実験的評価と実験結果
の物理化学的解析の結果として得られたものである。
The above-mentioned cleaning liquid was obtained as a result of an experimental evaluation and a physicochemical analysis of the experimental results by the present inventors based on a known technique relating to APM cleaning.

【0040】ここで、APM洗浄に関する公知技術を以
下に示す。まず、1996年6月、シリコンの科学、U
CS半導体基盤技術研究会編、323頁に開示されてい
る公知技術を以下に示す。
Here, a known technique relating to APM cleaning will be described below. First, in June 1996, Silicon Science, U.
Known technologies disclosed on page 323 of the CS Semiconductor Technology Research Group are shown below.

【0041】APM洗浄により基板表面からの異物除去
は、(1)基板表面のエッチング作用による異物のリフ
トオフと、(2)リフトオフされた異物と基板表面の表
面電荷が共にマイナスとなることによる静電的反発と、
の2つの作用より起こる。
The removal of foreign matter from the substrate surface by APM cleaning includes (1) lift-off of foreign matter due to the etching action of the substrate surface, and (2) static electricity due to both the lifted-off foreign matter and the surface charge of the substrate surface becoming negative. Rebound,
It arises from the two actions of

【0042】基板表面がSiOである場合、およびA
PMエッチング速度が速い条件ほどpHが高く、pHが
高いほど異物表面と基板表面のマイナス電荷がより大き
くなる。すなわち基板表面がSiOの場合にはエッチ
ング量がAPMの洗浄力の指標となりうる。
When the substrate surface is SiO 2 ,
The higher the PM etching rate, the higher the pH, and the higher the pH, the greater the negative charges on the surface of the foreign matter and the surface of the substrate. That is, when the substrate surface is SiO 2, the amount of etching can be an index of the detergency of APM.

【0043】基板表面がSiであっても、APM中の過
酸化水素濃度が所定の値(APM洗浄における過酸化水
素の下限値)より高ければ、基板がAPMと接触すると
表面に直ちに所定の厚さのSiO膜が形成される。S
iO膜の形成速度はSiO膜のエッチング速度より
も速く、常に所定の厚さのSiO膜を維持しながら基
板表面のエッチングが進む。したがって基板表面がSi
の場合もまたエッチング量がAPMの洗浄力の指標とな
りうる。
Even if the surface of the substrate is Si, if the concentration of hydrogen peroxide in the APM is higher than a predetermined value (the lower limit of hydrogen peroxide in APM cleaning), a predetermined thickness is immediately formed on the surface when the substrate comes into contact with the APM. is SiO 2 film is formed of. S
formation rate of iO 2 film faster than the etching rate of the SiO 2 film, etching of the substrate surface progresses while always maintaining a predetermined thickness SiO 2 film. Therefore, the substrate surface is Si
Also in the case of (1), the etching amount can be an index of the detergency of the APM.

【0044】上記の公知技術に基づいて、本発明者によ
る実験的評価と実験結果の物理化学的解析の結果、上記
APM洗浄における過酸化水素のモル濃度の値は[数
]で示される値を満たし、過酸化水素のモル濃度がそ
の[数]で示される値の下限値以上で、かつアンモニ
アのモル濃度が10mol/l以下の条件では、APM
によるSi基板のエッチング量が[数10]で示すE値
の平方根で近似できることが明らかになった。特にエッ
チング速度が20Å/分以下の条件では、エッチング量
の実測値と算出値の差異が±20%以内であった。
Based on the above-mentioned known technology, as a result of the present inventors' experimental evaluation and physicochemical analysis of the experimental results, the value of the molar concentration of hydrogen peroxide in the APM cleaning was [
8 ], the molar concentration of hydrogen peroxide is equal to or greater than the lower limit of the value represented by [Equation 8 ], and the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less.
It has become clear that the etching amount of the Si substrate can be approximated by the square root of the E value shown by [Equation 10 ]. In particular, when the etching rate was 20 ° / min or less, the difference between the actually measured value and the calculated value of the etching amount was within ± 20%.

【0045】次に、本発明における実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0046】(第1の実施の形態) 本発明における洗浄液に関する組成について、以下に示
す。
(First Embodiment) The composition relating to the cleaning liquid in the present invention is shown below.

【0047】本発明による洗浄液におけるアンモニア濃
度と過酸化水素濃度で示される組成を図1(a)と図1
(b)とに示す。図1(a)に示される領域2の斜線部
の領域は、過酸化水素のモル濃度が0.154mol/
l以上、アンモニアのモル濃度が10mol/l以下、
かつ[数9]で示す条件を満たす領域であって、本発明
における洗浄液の濃度組成を示す。図1(a)に示され
る領域1の斜線部の領域は、過酸化水素のモル濃度が
0.078mol/l以上、かつ0.154mol/l
以下、アンモニアのモル濃度が10mol/l以下、か
つ[数]で示す条件を満たす。この領域1に含まれ、
かつ図1(b)の斜線部にあたる領域3において示され
る、過酸化水素のモル濃度と洗浄液の温度との関係を満
たす場合、本発明における洗浄液の濃度組成となる。
FIGS. 1 (a) and 1 (a) show the composition represented by the ammonia concentration and the hydrogen peroxide concentration in the cleaning solution according to the present invention.
(B). In the shaded area of the area 2 shown in FIG. 1A, the molar concentration of hydrogen peroxide is 0.154 mol /
l or more, the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less,
In addition, the region satisfies the condition represented by [Equation 9] and indicates the concentration composition of the cleaning liquid in the present invention. In the hatched area of the area 1 shown in FIG. 1A, the molar concentration of hydrogen peroxide is 0.078 mol / l or more and 0.154 mol / l.
Hereinafter, the condition where the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less and the condition represented by [Equation 8 ] is satisfied. Included in this area 1,
In addition, when the relationship between the molar concentration of hydrogen peroxide and the temperature of the cleaning solution, which is shown in a region 3 corresponding to the hatched portion in FIG. 1B, is satisfied, the cleaning solution has the concentration composition of the present invention.

【0048】図1の斜線内の種々の組成の洗浄液につい
て、基板エッチング量と洗浄性評価した結果を図2に示
す。基板表面に付着した異物は、エッチング量が20Å
の時に95%前後、エッチング量が30Åの時にほぼ1
00%除去できた。なお、いずれの組成の洗浄液でもマ
イクロラフネスの増加はほとんど見られなかった。
FIG. 2 shows the results of evaluating the etching amount of the substrate and the cleaning properties of the cleaning solutions having various compositions in the hatched portions in FIG. Foreign matter adhering to the substrate surface has an etching amount of 20Å
About 95% at the time of etching, and almost 1 when the etching amount is 30 °.
00% could be removed. It should be noted that almost no increase in the micro roughness was observed in the cleaning liquids of any composition.

【0049】図1における領域1と領域2の斜線部より
もアンモニアのモル濃度を高めると、エッチング量は増
大し、マイクロラフネスも僅かながら増大する。ただし
[数7]で示す条件の範囲内であれば、マイクロラフネ
スは2Å以下であった。
When the molar concentration of ammonia is higher than the hatched portions in regions 1 and 2 in FIG. 1, the etching amount increases and the micro roughness slightly increases. However, within the range of the condition shown in [Equation 7], the micro roughness was 2 ° or less.

【0050】[数]で示す範囲の組成で最もエッチン
グ量が多くなる組成でのエッチング量は100Åであ
り、この組成の洗浄液を用いると、基板裏面に強固に付
着した異物であってもほぼ100%除去できた。異物除
去を目的とする場合には、エッチング量が30Å前後に
なる洗浄液が好適であった。ただしSi基板表面に薄い
SiO膜を形成させると言う目的では、[数]で示
す範囲の下限に相当する条件で処理を行なっても十分で
あった。
The etching amount in the composition having the largest etching amount in the composition represented by [Equation 7 ] is 100 °, and the use of the cleaning liquid of this composition makes it possible to remove even the foreign matter strongly adhered to the back surface of the substrate. 100% removal was possible. For the purpose of removing foreign matter, a cleaning solution having an etching amount of about 30 ° was suitable. However, for the purpose of forming a thin SiO 2 film on the surface of the Si substrate, it was sufficient to perform the treatment under the conditions corresponding to the lower limit of the range represented by [Equation 8 ].

【0051】(第2の実施の形態) 本発明による半導体基板の洗浄方法における洗浄効果に
ついて、以下に示す。
(Second Embodiment) The cleaning effect of the method for cleaning a semiconductor substrate according to the present invention will be described below.

【0052】半導体基板の洗浄において、過酸化水素の
モル濃度が[数]を満たし、アンモニアのモル濃度が
10mol/l以下、かつ[数]で示す条件を満たす
洗浄液を用いて洗浄を行ない、結晶方位の異なるSi基
板表面およびポリシリコンを成膜した基板表面のエッチ
ング量を実測した。
In the cleaning of the semiconductor substrate, the cleaning is performed using a cleaning solution in which the molar concentration of hydrogen peroxide satisfies [Equation 8 ], the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less, and satisfies the condition shown in [Equation 8 ]. The amount of etching was measured on the surface of a Si substrate having a different crystal orientation and on the surface of a substrate on which polysilicon was formed.

【0053】その結果を物理化学的に解析したところ、
エッチング量は[数14]に示すE値の平方根で表現で
き、限定した温度範囲であれば、少なくとも1/Tの項
と実数項(Tの0次の項)を含む数式でE値は近似でき
た。さらに、Tの1次の項を加えると、通常洗浄に使用
される室温から摂氏85度までE値の近似に有効である
ことが明らかとなった。
When the result was analyzed physicochemically,
The etching amount can be expressed by the square root of the E value shown in [Equation 14 ], and within a limited temperature range, the E value is approximated by a mathematical expression including at least a 1 / T term and a real term (0th order term of T). did it. Furthermore, adding the first-order term of T proved to be effective in approximating the E value from room temperature, which is usually used for cleaning, to 85 degrees Celsius.

【0054】所定の結晶方位のSi基板表面に関する結
果を用いて、エッチング量の実測とE値の平方根の値が
よい相関を示すように、各項の係数を最適化すると[数
14]が得られた。
Using the results of the Si substrate surface having a predetermined crystal orientation, the coefficient of each term is optimized so that the actual measurement of the etching amount and the value of the square root of the E value show a good correlation.
14 ] was obtained.

【0055】エッチング速度の実測値と[数14]によ
り算出したエッチング速度値(E値の平方根を処理時間
tで割ったもの)の相関性を図3に示す。
FIG. 3 shows the correlation between the actually measured etching rate and the etching rate calculated by [Equation 14 ] (the square root of the E value divided by the processing time t).

【0056】エッチング速度が20Å/分以下の条件で
は、実測値と算出値の差異が±20%で以内であった。
表面がSiであれば、表面の違いを補正する係数を実験
的に決定し当該補正係数を[数14]の平方根で得られ
るエッチング量に乗ずることで、種々な表面に対する種
々な組成のAPMでのエッチング量が試算できた。
When the etching rate was 20 ° / min or less, the difference between the measured value and the calculated value was within ± 20%.
If the surface is Si, a coefficient for correcting the difference between the surfaces is experimentally determined, and the correction coefficient is multiplied by the etching amount obtained by the square root of [Equation 14 ] to obtain an APM having various compositions for various surfaces. The amount of etching was estimated.

【0057】基板表面のエッチング量と基板表面に対す
るダメージは相関があるので、[数14]で算出される
制御値Eは基板表面汚染物に対する洗浄力および基板表
面に対するダメージの指標として有効である。
Since there is a correlation between the etching amount of the substrate surface and the damage to the substrate surface, the control value E calculated by [Equation 14 ] is effective as an index of detergency against substrate surface contaminants and damage to the substrate surface.

【0058】過酸化水素濃度が[数8]を満たし、アン
モニアのモル濃度が10mol/l以下、かつ[数
で示す条件を満たす洗浄液を用いた場合、[数14]を
指標として評価した洗浄力は、R値、すなわちアンモニ
アと過酸化水素のモル濃度比が同じであれば、同一とな
る。
The hydrogen peroxide concentration satisfies [Equation 8], the molar concentration of ammonia is 10 mol / l or less, and [Equation 8 ]
When a cleaning liquid satisfying the condition shown in ( 1 ) is used, the detergency evaluated using [Equation 14 ] as an index is the same if the R value, that is, the molar concentration ratio between ammonia and hydrogen peroxide is the same.

【0059】そこでR値が同一の条件では、アンモニア
のモル濃度の上限(10mol/l)および過酸化水素
のモル濃度の下限(洗浄液の温度に対応する[数]で
示される下限値)を満たす中で、最もアンモニアおよび
過酸化水素のモル濃度が低くなるように、アンモニアお
よび過酸化水素のモル濃度を設定する。
Therefore, under the same R value, the upper limit of the molar concentration of ammonia (10 mol / l) and the lower limit of the molar concentration of hydrogen peroxide (the lower limit expressed by [Equation 8 ] corresponding to the temperature of the cleaning solution) are set as follows. Among them, the molar concentrations of ammonia and hydrogen peroxide are set so that the molar concentrations of ammonia and hydrogen peroxide are the lowest.

【0060】このようにアンモニアおよび過酸化水素の
モル濃度を設定することにより、アンモニアおよび過酸
化水素の使用量を削減でき、薬液コストおよび廃薬液処
理コストを削減できると共に、環境負荷を低減できる。
By setting the molar concentrations of ammonia and hydrogen peroxide in this manner, the amount of ammonia and hydrogen peroxide used can be reduced, and the cost of chemicals and waste chemicals can be reduced, as well as the environmental burden.

【0061】ここで、R値を1,10,100として
[数14]により試算したエッチング速度の温度依存性
を図4に示す。
Here, FIG. 4 shows the temperature dependence of the etching rate estimated by [Equation 14 ] with R values of 1, 10, and 100.

【0062】処理温度摂氏40度でのエッチング速度は
処理温度摂氏80度でのエッチング速度の約1/10で
あり、R値が1で処理温度摂氏80度の時のエッチング
速度を、処理温度摂氏40度で得るためには、R値を1
00に設定しなければいけないことが分かった。現行の
APM洗浄は、通常摂氏60〜85度で行われており、
基板に対するダメージを抑えたい場合に摂氏40度以下
で行われている。
The etching rate at the processing temperature of 40 degrees Celsius is about 1/10 of the etching rate at the processing temperature of 80 degrees Celsius, and the etching rate when the R value is 1 and the processing temperature is 80 degrees Celsius is calculated as follows. To obtain at 40 degrees, the R value must be 1
It turned out that it had to be set to 00. Current APM cleaning is usually performed at 60-85 degrees Celsius,
This is performed at a temperature of 40 degrees Celsius or less in order to suppress damage to the substrate.

【0063】洗浄液の組成をそのままにして、温度を摂
氏80度から摂氏40度に下げると、基板に対するダメ
ージは下がるが洗浄力も低下する。図4のエッチング速
度の試算結果を基に判断すると、温度を摂氏80度から
摂氏40度に下げ洗浄力を維持するためには、洗浄液を
組成を変更せずに処理時間を約10倍に設定することが
必要であり、生産性の面で大きなマイナスである。
When the temperature is reduced from 80 degrees Celsius to 40 degrees Celsius while keeping the composition of the cleaning liquid as it is, the damage to the substrate is reduced, but the cleaning power is also reduced. Judging from the calculation result of the etching rate shown in FIG. 4, in order to lower the temperature from 80 degrees Celsius to 40 degrees Celsius and maintain the cleaning power, the processing time is set to about 10 times without changing the cleaning liquid composition. Must be done, which is a big negative in terms of productivity.

【0064】[数14]を用いて、処理温度を下げても
E値が一定になるようにR値を選択すれば、ダメージの
抑制効果は期待できないが、洗浄液を加熱するためのエ
ネルギーを削減できる。
If the R value is selected so that the E value becomes constant even when the processing temperature is lowered by using [Equation 14 ], the effect of suppressing damage cannot be expected, but the energy for heating the cleaning liquid is reduced. it can.

【0065】また温度降下の程度に比べてR値の増大は
大きくなるので、アンモニアのモル濃度は高くせざるえ
ないが、過酸化水素のモル濃度を下限付近に設定すれ
ば、過酸化水素については温度低下により自己分解を抑
制でき、洗浄力を保ったまま過酸化水素の使用量を削減
できる。したがって電力コスト、薬液コスト、廃薬液処
理コストを削減できると共に、環境負荷を低減できる。
Since the increase in the R value is larger than the degree of the temperature drop, the molar concentration of ammonia must be increased. However, if the molar concentration of hydrogen peroxide is set near the lower limit, the hydrogen peroxide can be reduced. Can suppress self-decomposition by lowering the temperature and reduce the amount of hydrogen peroxide used while maintaining the cleaning power. Therefore, it is possible to reduce power cost, chemical solution cost, waste chemical solution treatment cost, and environmental load.

【0066】また、[数14]を用いて図4に示す試算
を行なうことで、処理温度を下げた場合の洗浄力への影
響、処理温度を下げて洗浄力を維持するための洗浄液の
組成が予め推定できるので、プロセス条件の変更を効率
よく行なえる。
Further, by performing the trial calculation shown in FIG. 4 using [Equation 14 ], the effect on the cleaning power when the processing temperature is lowered, and the composition of the cleaning liquid for maintaining the cleaning power by lowering the processing temperature. Can be estimated in advance, so that the process conditions can be changed efficiently.

【0067】また、図4に示したエッチング速度の温度
依存性の試算結果から、温度を約10度高く設定する
と、エッチング速度は約2倍になり、処理時間を半分に
することができる。
Further, from the calculation result of the temperature dependency of the etching rate shown in FIG. 4, when the temperature is set to be higher by about 10 degrees, the etching rate is about doubled, and the processing time can be halved.

【0068】[数14]より、E値は処理時間tの自乗
に比例し、E値とR値は比例関係にある。したがって、
同一処理温度で処理時間を1/x倍に短縮したい場合、
すなわちエッチング量をx倍にしたい場合には、R値を
倍に設定すればよい。
From Eq. ( 14 ), the E value is proportional to the square of the processing time t, and the E value and the R value are in a proportional relationship. Therefore,
If you want to reduce the processing time by 1 / x times at the same processing temperature,
That is, when you want to the etching amount x times may be set to R values doubled x.

【0069】[数14]を用いて、E値が同一の条件の
中で、処理時間tを所望の値になるように、R値および
処理温度Tを設定することで、半導体工程数の増加に伴
うAPM洗浄に要する処理時間の増加を抑えられる。
By using the [Equation 14 ] and setting the R value and the processing temperature T so that the processing time t becomes a desired value under the same condition of the E value, the number of semiconductor processes can be increased. As a result, an increase in processing time required for APM cleaning can be suppressed.

【0070】また、次工程での待ち時間に合せて処理時
間tを設定すれば、次処理のために基板の処理待ちが発
生しないので、処理待ち中に雰囲気に晒されることによ
る汚染を低減できる。
Further, if the processing time t is set in accordance with the waiting time in the next step, the processing of the substrate does not wait for the next processing, so that contamination due to exposure to the atmosphere during the processing can be reduced. .

【0071】[数14]を用いて、図4あるいは図5に
示す試算を行なうことで、処理温度を下げた場合の洗浄
力への影響、処理温度を下げて洗浄力を維持するための
洗浄液の組成が予め推定できるので、プロセス条件の変
更を効率よく行なえる。
By performing the trial calculation shown in FIG. 4 or FIG. 5 using [Equation 14 ], the effect on the cleaning power when the processing temperature is lowered, and the cleaning liquid for maintaining the cleaning power by lowering the processing temperature. Can be estimated in advance, so that the process conditions can be changed efficiently.

【0072】ここで、第1または第2の実施形態におい
て用いられる過酸化水素のモル濃度や、制御値Eにおけ
る[数10]または[数14]で表される数式に関する
物理化学的考察を以下に示す。
Here, physicochemical considerations regarding the molar concentration of hydrogen peroxide used in the first or second embodiment and the mathematical expression represented by [Equation 10 ] or [Equation 14 ] in the control value E will be described below. Shown in

【0073】まず、過酸化水素のモル濃度の値に関し
て、以下に記す。半導体装置の表面洗浄に関して、AP
M組成とエッチング速度に関する従来技術を以下に示
す。(シリコンテクノロジー、応用物理学会研究会編、
23〜27頁、1998年12月、に開示されている)
First, the molar concentration of hydrogen peroxide will be described below. Regarding surface cleaning of semiconductor devices, AP
The prior art relating to the M composition and the etching rate is shown below. (Edited by the Society of Silicon Technology, Japan Society of Applied Physics,
23-27, December 1998).

【0074】従来使用されているAPM洗浄におけるA
PM組成(例えば、容量比NH:H:HO=
1:1:5の洗浄液)よりも、過酸化水素濃度が低い条
件でSiウェハを洗浄すると、エッチング速度が増大す
る現象が報告されている。(T.Futatsuki, K.Ohmi, K.N
akamura, and T.Ohmi Proc. of Intern. Confer. onAdv
anced Microelectronics Device and Processing, pp.
425-430 (1994). または、H.F.Schmitt, M.Meuris, P.
W.Mertens, A.L.P.Rotondoro, M.H.Heyns, T.Q.Hurd, a
nd Z.Hatcher, Jpn.J.Appl.Phys., Vol.34, pp. 727-73
1 (1995))
A in conventional APM cleaning
PM composition (for example, volume ratio NH 3 : H 2 O 2 : H 2 O =
It has been reported that the etching rate increases when the Si wafer is cleaned under a condition where the concentration of hydrogen peroxide is lower than that of (1: 1: 5 cleaning solution). (T.Futatsuki, K.Ohmi, KN
akamura, and T. Ohmi Proc. of Intern. Confer. onAdv
anced Microelectronics Device and Processing, pp.
425-430 (1994). Or HF Schmitt, M. Meuris, P.
W. Mertens, ALPRotondoro, MHHeyns, TQHurd, a
nd Z.Hatcher, Jpn.J.Appl.Phys., Vol.34, pp.727-73
1 (1995))

【0075】この現象に関して、APM洗浄におけるエ
ッチングは、
Regarding this phenomenon, the etching in the APM cleaning is as follows.

【化1】 で表される化学反応式と、Embedded image And a chemical reaction formula represented by

【化2】 で表される化学反応式によって表され、上記2つの反応
式による反応によって進行する反応モデルから導出した
関係式によって精度良く算出できることが確認されてい
る。
Embedded image It has been confirmed that it can be calculated with high accuracy by a relational expression derived from a reaction model which is represented by a chemical reaction formula represented by the following two reaction formulas.

【0076】また、エッチング速度は、上記の2つの反
応式で表される反応経路によるエッチング量の和でもっ
て表されるので、エッチング速度をEr、両反応におけ
る[化1]の反応の寄与率をα、両反応における[化
2]の反応の寄与率をβとすると、
Since the etching rate is represented by the sum of the etching amounts by the reaction paths represented by the above two reaction equations, the etching rate is set to Er, and the contribution of the reaction of [Chemical Formula 1] in both reactions. Is α, and the contribution of the reaction of [Chemical Formula 2] in both reactions is β.

【数15】 (Equation 15)

【数16】 (Equation 16)

【数17】 [Equation 17]

【数18】 (Equation 18)

【数19】 [Equation 19]

【数20】 で表される数式が成立する。(Equation 20) The formula represented by the following holds.

【0077】上記の先行技術に基づいて、発明者によ
る、摂氏35度、摂氏45度、摂氏55度そして摂氏6
5度における未知数k,k,kの測定値を以下の
[表1]に示す。なお、エッチング速度の単位はÅ/分
である。
Based on the above prior art, the inventor has set forth 35 degrees Celsius, 45 degrees Celsius, 55 degrees Celsius and 6 degrees Celsius.
The measured values of the unknowns k 1 , k 2 , and k 3 at 5 degrees are shown in Table 1 below. The unit of the etching rate is Å / min.

【表1】 [Table 1]

【0078】上記の[表1]を参照して、発明者によっ
て、未知数k,k,kに関する温度依存性に関す
る近似式を求められ、下記の[数21]から[数23
で表される数式が得られる。
Referring to the above [Table 1], the inventor obtained an approximate expression relating to the temperature dependence of the unknowns k 1 , k 2 and k 3 , and obtained the following [Equation 21 ] to [Equation 23 ].
Is obtained.

【数21】 (Equation 21)

【数22】 (Equation 22)

【数23】 (Equation 23)

【0079】また、上記の先行技術に記載された実験結
果によると、洗浄液中の[OH]濃度と寄与率αとマ
イクロラフネスに相関があり、寄与率αの増加に伴い、
洗浄液中の[OH]濃度に対する表面マイクロラフネ
スが小さくなる傾向を示す。また、寄与率αが0.99
9以上の時は、洗浄液中の[OH]濃度にかかわら
ず、表面マイクロラフネス量が一定となった。
Further, according to the experimental results described in the above prior art, there is a correlation between the [OH ] concentration in the cleaning solution, the contribution ratio α and the micro roughness, and as the contribution ratio α increases,
There is a tendency that the surface micro-roughness with respect to the [OH ] concentration in the cleaning solution is reduced. The contribution rate α is 0.99
When it was 9 or more, the surface microroughness amount was constant regardless of the [OH ] concentration in the cleaning solution.

【0080】アンモニア、過酸化水素、水のイオン解離
反応式は、
The ion dissociation reaction formula for ammonia, hydrogen peroxide and water is as follows:

【化3】 Embedded image

【化4】 Embedded image

【化5】 ここで、Ka(H),Kb(NH),Kwは、
それぞれ過酸化水素、アンモニア、水の解離定数を示
す。
Embedded image Here, Ka (H 2 O 2 ), Kb (NH 3 ) and Kw are
The dissociation constants of hydrogen peroxide, ammonia, and water are shown.

【0081】上記の解離定数に関する先行技術として、
S.Verhaverbeke, J.W.Parker, C.S.McConnell, Syn. Pr
oc. of Mat. Res. Soc., Vol. 477,pp.47-56(1997)に開
示されているものがある。この先行技術によると、上記
の各解離定数を摂氏25度から摂氏80度まで、5度お
きに測定している。その結果を以下の[表2]に示す。
As prior art relating to the above dissociation constant,
S.Verhaverbeke, JWParker, CSMcConnell, Syn. Pr
oc. of Mat. Res. Soc., Vol. 477, pp. 47-56 (1997). According to this prior art, the above dissociation constants are measured every 25 degrees from 25 degrees Celsius to 80 degrees Celsius. The results are shown in Table 2 below.

【表2】 [Table 2]

【0082】[表2]に基づいて、発明者によって、A
PM洗浄液中での摂氏35度から摂氏80度の範囲にお
ける過酸化水素、アンモニア、水の解離定数を求める近
似式が示され、その近似式を以下に示す。
Based on [Table 2], A
An approximate expression for obtaining the dissociation constants of hydrogen peroxide, ammonia, and water in the range of 35 degrees Celsius to 80 degrees Celsius in the PM cleaning solution is shown. The approximate expression is shown below.

【数24】 (Equation 24)

【数25】 (Equation 25)

【数26】 (Equation 26)

【0083】ここで、上記に示されている先行技術(シ
リコンテクノロジー、応用物理学会研究会編、23〜2
7頁、1998年12月、に開示されている)による
と、[化1]と[化2]で表される全反応に対して、反
応経路の進行の比率を示す反応寄与率を想定し、その反
応寄与率を用いることで、エッチング速度の算出と洗浄
性(表面マイクロラフネス、パーティクル除去性)の制
御が可能であるというものである。また、正常なAPM
処理を行うためには、[数16]で表されるα([化
1]に対応する反応寄与率)の値を0.999以上にす
る必要がある。
Here, the prior art shown above (Silicon Technology, Japan Society of Applied Physics, edited by 23-2,
7, p. 7, December 1998), it is assumed that the reaction contribution ratio indicates the ratio of the progress of the reaction pathway to all the reactions represented by [Chemical Formula 1] and [Chemical Formula 2]. By using the reaction contribution ratio, it is possible to calculate the etching rate and control the cleaning properties (surface microroughness, particle removal properties). Also, normal APM
In order to perform the processing, the value of α (reaction contribution rate corresponding to [Formula 1]) represented by [Equation 16 ] needs to be 0.999 or more.

【0084】本発明は、直接的に[化1]と[化2]で
のSiウェハに対する溶解速度を比較することによっ
て、エッチング速度の算出と洗浄性(表面マイクロラフ
ネス、パーティクル除去性)の制御を可能とするもので
ある。
According to the present invention, the etching rate is calculated and the cleaning properties (surface microroughness, particle removal properties) are controlled by directly comparing the dissolution rates of the Si wafers in [Chemical Formula 1] and [Chemical Formula 2]. Is made possible.

【0085】同一物質に対して、2つの化学反応A,B
が同時に進行している反応系において、両反応の反応速
度の相対比B/Aが1/100以下の場合、この反応系
では近似的にAのみの反応が進行しているとすることが
経験的に可能である。また、その相対比B/Aが1/1
000以下の場合、この反応系ではAのみの反応が進行
しているとし、Bの反応の進行を無視しても問題ないと
想定することが経験的に可能である。
For the same substance, two chemical reactions A and B
If the relative ratio B / A of the reaction rates of both reactions is 1/100 or less in a reaction system in which It is possible. The relative ratio B / A is 1/1.
In the case of 000 or less, it is empirically possible that it is assumed that the reaction of only A is progressing in this reaction system, and that the progress of the reaction of B can be neglected.

【0086】従って、([化1]の反応速度)/([化
2]の反応速度)≧100を満たす時に、[化2]の反
応を近似的に無視することが可能となる。
Accordingly, when (reaction rate of [formula 1]) / (reaction rate of [formula 2]) ≧ 100, the reaction of [formula 2] can be approximately ignored.

【0087】いま、[数16]を参照すると、[化1]
におけるSiに対する反応速度がαv、[化2]にお
けるSiに対する反応速度がβvで表されることか
ら、
Now, referring to [Equation 16], [Formula 1]
Is represented by αv 1 , and the reaction rate of Si in [Chemical Formula 2] by βv 2 ,

【数27】 の時に[化2]の反応を無視することが可能となる。[Equation 27] In this case, the reaction of [Chemical Formula 2] can be ignored.

【0088】この時のエッチング速度Erは、[化1]
の右側の反応に対応することよりvで表され、
The etching rate Er at this time is as follows:
Is represented by v 2 by corresponding to the reaction on the right side of

【数28】 で表される。[Equation 28] It is represented by

【0089】[数27]を、[数18],[数19],
[数20],[化4],[化5]に基づいて変形する
と、
[Equation 27 ] is replaced by [Equation 18 ], [Equation 19 ],
When transformed based on [Equation 20 ], [Formula 4] and [Formula 5],

【数29】 が得られる。(Equation 29) Is obtained.

【0090】[数29]の両辺に対して常用対数を取
り、[数21],[数22],[数23],[数
],[数25]に基づいて変形すると、
A common logarithm is calculated for both sides of [Equation 29 ], and [Equation 21 ], [Equation 22 ], [Equation 23 ], [Equation 2 ]
4 ] and [Equation 25 ],

【数30】 が得られる。[Equation 30] Is obtained.

【0091】いま、摂氏35度から摂氏80度までの範
囲において、[数30]の右辺は−1.11〜−0.8
1となり、
Now, in the range from 35 degrees Celsius to 80 degrees Celsius, the right side of [Equation 30 ] is −1.11 to −0.8.
1

【数31】 を満たす時、上記の温度条件内の全範囲で[化2]の反
応を近似的に無視できる条件を満たす。
(Equation 31) When the above condition is satisfied, the condition that the reaction of [Chemical Formula 2] can be approximately ignored in the entire range within the above temperature conditions is satisfied.

【0092】APM溶液(pH<11)において、[H
](非解離の過酸化水素濃度)がAPM溶液全体
に対する過酸化水素濃度と近似することが可能であるこ
とから、本発明における過酸化水素濃度条件は、[数
]で表される値を満たし、望ましくは[数31]で表
される値を満たすことが必要となる。
In the APM solution (pH <11), [H
Since 2 O 2 ] (non-dissociated hydrogen peroxide concentration) can be approximated to the hydrogen peroxide concentration in the entire APM solution, the hydrogen peroxide concentration condition in the present invention is represented by [Equation 3].
0 ], and preferably the value represented by [Equation 31 ].

【0093】また、[数30]に基づいて、APM溶液
の温度に対する過酸化水素濃度を求めると、APM溶液
の温度が摂氏80度の時、[H]≧0.155m
ol/l、APM溶液の温度が摂氏35度の時、[H
]≧0.078mol/lとなり、図1(b)に示
されるようなAPM溶液の温度と過酸化水素濃度との相
関を有する。
When the concentration of hydrogen peroxide with respect to the temperature of the APM solution is calculated based on [Equation 30 ], when the temperature of the APM solution is 80 degrees Celsius, [H 2 O 2 ] ≧ 0.155 m
ol / l, when the temperature of the APM solution is 35 degrees Celsius, [H 2
O 2 ] ≧ 0.078 mol / l, and has a correlation between the temperature of the APM solution and the hydrogen peroxide concentration as shown in FIG.

【0094】次に、制御値Eに関して、以下に示す。ま
ず、制御値Eとして、エッチング量の2乗で表される量
を設定する。つまり、エッチング時間をt(単位:分)
とすると、E=(Er×t)で表される。
Next, the control value E will be described below. First, an amount represented by the square of the etching amount is set as the control value E. That is, the etching time is t (unit: minute)
Then, E = (Er × t) 2 .

【0095】以下、エッチング速度(Er)を求める。
上記に示される過酸化水素濃度算出過程において、Si
ウェハのエッチング速度に関する式[数28]が得られ
る。[数28]を[数22]に基づいて変形すると、
Hereinafter, the etching rate (Er) will be determined.
In the hydrogen peroxide concentration calculation process shown above, Si
The equation [Equation 28 ] for the wafer etching rate is obtained. By transforming [Equation 28 ] based on [Equation 22 ],

【数32】 が得られる。(Equation 32) Is obtained.

【0096】[数32]に含まれる{OH}を以下に
示す導出過程に従って求める。APM溶液におけるイオ
ン濃度の平衡は、[化3],[化4],[化5]に基づ
いて、
It determined according to derivation process shown below - {OH} where [0096] included in the number of 32. The equilibrium of the ion concentration in the APM solution is based on [Chem. 3], [Chem. 4], and [Chem. 5].

【数33】 と表される。ここで、化学式、または数式に含まれる
[ ]は、溶液中での[]内に示されるイオンまたは分
子に対する濃度を示す。
[Equation 33] It is expressed as Here, [] included in the chemical formula or the formula indicates the concentration of the ion or molecule shown in [] in the solution.

【0097】以下に示す仮定の下、各イオンに対するイ
オン濃度を近似を用いて求める。(仮定1)APM溶液
の活量係数を1とする(理想溶液と仮定)。従って{O
}と[OH]が等しい。(仮定2)APM溶液は
アルカリ性の薬液であり、またアンモニア水のpHは1
2程度であることから、APM溶液のpHは8から12
の間である。また、従来技術によると、APM溶液のp
Hの値は、その溶液の組成にもよるが、10から10.
5であると開示されている。このことから、[H]は
10−8以下であり、[OH]≫[H]が成り立
つ。
Under the following assumption, the ion concentration for each ion is obtained by approximation. (Assumption 1) The activity coefficient of the APM solution is set to 1 (assumed to be an ideal solution). Therefore {O
H } is equal to [OH ]. (Assumption 2) The APM solution is an alkaline chemical, and the pH of the ammonia water is 1
The pH of the APM solution is 8 to 12
Between. Also, according to the prior art, the p
The value of H depends on the composition of the solution, but is between 10 and 10.
5 is disclosed. From this, [H + ] is 10 −8 or less, and [OH ] ≫ [H + ] holds.

【0098】これらの仮定を用いて[数33]を変形す
ると、
By transforming [Equation 33 ] using these assumptions,

【数34】 が得られる。(Equation 34) Is obtained.

【0099】Kaは10−12であることより、APM
溶液のpHが11以下であると仮定する(従来技術によ
る、APM溶液のpHの値は、10から10.5である
と開示されていることに基づく)と、[H]>10
−11となり、[H]≫Kaと近似することができ、
[数34]は、
Since Ka is 10 −12 , the APM
Assuming that the pH of the solution is less than or equal to 11 (based on the prior art that the value of the pH of the APM solution is disclosed to be from 10 to 10.5), [H + ]> 10
−11 , which can be approximated as [H + ] ≫Ka,
[Equation 34 ] is

【数35】 と変形できる。(Equation 35) And can be transformed.

【0100】さらに、[化3]と[化5]に基づいて、Further, based on [Formula 3] and [Formula 5],

【化6】 が求まり、[数35]は、Embedded image Is obtained, and [Equation 35 ] is

【数36】 と変形できる。[Equation 36] And can be transformed.

【0101】アンモニアは弱塩基であり、大部分がAP
M溶液中に分子状態で溶存していると仮定でき、C(N
)≫[NH ]で示されることから、[数36
は、
Ammonia is a weak base and is mostly AP
M can be assumed to be dissolved in a molecular state in the M solution, and C (N
H 3 ) ≫ [NH 4 + ], so that [Equation 36 ]
Is

【数37】 と変形できる。(37) And can be transformed.

【0102】また、数式[数24]、[数25]で求め
られたKa(H)、Kwと、数式[数32]で求
められたC(H)の最低濃度との対応から、C
(H)×Ka(H)≫Kwと近似が可能で
あり、[数37]は、
Further, Ka (H 2 O 2 ) and Kw obtained by the formulas [Formula 24 ] and [Formula 25 ] and the minimum concentration of C (H 2 O 2 ) obtained by the formula [Formula 32 ] are obtained. From the correspondence, C
(H 2 O 2) × Ka (H 2 O 2) »Kw approximation are possible, Equation 37] is

【数38】 と変形できる。(38) And can be transformed.

【0103】次に、[OH]を[NH ]を用いて
表現した式を以下に示す。
Next, a formula expressing [OH ] using [NH 4 + ] is shown below.

【数39】 [Equation 39]

【0104】また、アンモニアは弱塩基であり、大部分
がAPM溶液中に分子状態で溶存していると仮定でき、
C(NH)≫[NH ]で示されることから、[数
39]は、
Also, it can be assumed that ammonia is a weak base and most of it is dissolved in the APM solution in a molecular state.
Since C (NH 3 ) ≫ [NH 4 + ], [number
39 ]

【数40】 と変形できる。(Equation 40) And can be transformed.

【0105】このことから、以下に示す条件下で、AP
M溶液中の[OH]がアンモニア濃度、過酸化水素濃
度、アンモニア、過酸化水素、水の平衡定数を用いて定
められる。 (条件1)活量定数を1とする。 (条件2)pHが8〜11の間である。 (条件3)アンモニアは弱塩基であり、APM溶液中で
C(NH)≫[NH ]である。
From this, under the conditions shown below, AP
[OH ] in the M solution is determined using the ammonia concentration, the hydrogen peroxide concentration, the equilibrium constant of ammonia, hydrogen peroxide, and water. (Condition 1) The activity constant is set to 1. (Condition 2) The pH is between 8 and 11. (Condition 3) Ammonia is a weak base, and C (NH 3 ) ≫ [NH 4 + ] in the APM solution.

【0106】また、Ka(H)、Ka(N
)、Kwはいずれも温度により決まる定数であ
る。従って、[数40]を得る際に行った仮定が成立す
る条件では、[OH]はアンモニアと過酸化水素の濃
度比に依存することを示している。APMにおいては、
混合比NH:H:HOのうち混合比NH
が同一であれば、Si基板のエッチング速度が
同等であると報告されているが、このことは[OH
がエッチング速度に大きく関わっていることを示してい
る。
Further, Ka (H 2 O 2 ) and Ka (N
H 4 + ) and Kw are constants determined by temperature. Therefore, under the conditions where the assumption made when obtaining [Equation 40 ] holds, it is shown that [OH ] depends on the concentration ratio between ammonia and hydrogen peroxide. At APM,
Mixing ratio NH 3 : H 2 O 2 : H 2 O Among mixing ratio NH 3 :
It is reported that when H 2 O 2 is the same, the etching rate of the Si substrate is the same, which is [OH ].
Indicates that it greatly affects the etching rate.

【0107】[数40]で用いられた[OH]を[数
32]に代入して、
[OH ] used in [Equation 40 ] is replaced by [Equation 40 ].
32 ]

【数41】 が得られる。なお、エッチング速度の単位はÅ/分であ
る。
[Equation 41] Is obtained. The unit of the etching rate is Å / min.

【0108】[数41]に基づいて、制御値Eを求める
と、
When the control value E is obtained based on [Equation 41 ],

【数42】 が得られる。(Equation 42) Is obtained.

【0109】ここで、[表2]に基づいて、Ka(NH
)×Kw/Ka(H)の近似式を求めると、
Here, based on Table 2, Ka (NH
3 ) When an approximate expression of × Kw / Ka (H 2 O 2 ) is obtained,

【数43】 または、[Equation 43] Or

【数44】 と表される。[Equation 44] It is expressed as

【0110】アンモニアと過酸化水素のモル濃度比R=
C(NH)/C(H)と、[数43]を用いて
[数42]を変形すると、
The molar concentration ratio of ammonia and hydrogen peroxide R =
By transforming [Equation 42 ] using C (NH 3 ) / C (H 2 O 2 ) and [Equation 43 ],

【数45】 が得られる。[Equation 45] Is obtained.

【0111】また、アンモニアと過酸化水素のモル濃度
比R=C(NH)/C(H)と、[数44]を
用いて[数42]を変形すると、
Further, when the molar concentration ratio R = C (NH 3 ) / C (H 2 O 2 ) of ammonia and hydrogen peroxide and [Equation 44 ] are used to transform [Equation 42 ],

【数46】 が得られる。[Equation 46] Is obtained.

【0112】従って、[数45]と[数46]でもって
制御値Eが求められる。ここで得られた[数46]から
[数14]で示された制御値が求められる。
Therefore, the control value E is obtained from [Equation 45 ] and [Equation 46 ]. The control value represented by [Equation 14 ] is obtained from [Equation 46 ] obtained here.

【0113】また、この制御値Eの導出過程において用
いた近似式は、[数44]などで示される定数項とTの
1次項、あるいは[数43]などで示される定数項と1
/Tの項からなる。しかしながら、用いる近似式を高次
の項を含むものに変更すると、この制御値Eは以下に示
す一般式によって表すことが可能となる。
The approximation formula used in the process of deriving the control value E is a constant term such as [Equation 44 ] and a first-order term of T, or a constant term such as [Equation 43 ] and 1
/ T. However, if the approximation formula used is changed to one containing a higher-order term, this control value E can be represented by the following general formula.

【数47】 (ただし、Σ(a×T)は少なくとも1/T,
,Tの項を含む多項式であり、aは基板エッチン
グ速度の実測結果から定まる定数、nは一定数、Tは半
導体基板に対する処理温度(単位:K)、tは半導体基
板に対する処理時間(単位:分)、Rは洗浄液のアンモ
ニアと過酸化水素のモル濃度比)この一般式[数47
から、[数10]で示された制御値が求められる。
[Equation 47] (However, Σ (a i × T i ) is at least 1 / T,
Ai is a polynomial including terms of T 0 and T, a i is a constant determined from the actual measurement result of the substrate etching rate, n is a constant number, T is the processing temperature (unit: K) for the semiconductor substrate, and t is the processing time for the semiconductor substrate. (in minutes), R is the molar concentration ratio of ammonia and hydrogen peroxide cleaning liquid) this general formula [expression 47]
, A control value represented by [Equation 10 ] is obtained.

【0114】次に、具体的な実験結果を以下に示す。ま
ず、従来使用されている容量比NH:H:H
O=1:1:5の洗浄液は、アンモニア濃度は2mol
/l、過酸化水素濃度は2mol/lの濃度のものが一
般的に使用されている。
Next, specific experimental results are shown below. First, the conventionally used capacity ratio NH 3 : H 2 O 2 : H 2
The cleaning solution of O = 1: 1: 5 has an ammonia concentration of 2 mol.
/ L and a concentration of hydrogen peroxide of 2 mol / l are generally used.

【0115】(実験例1) 図2の結果を基に、エッチング量30Å、処理時間10
分、処理温度摂氏65度で半導体基板の洗浄を行なうこ
とにした。
(Experimental Example 1) Based on the results of FIG. 2, the etching amount was 30 ° and the processing time was 10
The semiconductor substrate was cleaned at a processing temperature of 65 degrees Celsius for a minute.

【0116】E値の平方根がエッチング量に近似できる
ことから、E値を900として条件を満たすR値を試算
したところ、0.8331となった。ここで、過酸化水
素濃度条件は、CT(H)≧1.21−714/
Tであるが、温度マージンを±3度とすると、過酸化水
素濃度の下限値は摂氏68度における0.131mol
/lとなる。さらに濃度変動マージンを10%確保する
ことによって、過酸化水素濃度を0.145mol/l
とする。この時のアンモニア濃度は0.120mol/
lとなり、容量比に換算すると、NH:H:H
O=8/15/1000となる。
Since the square root of the E value can be approximated to the etching amount, an R value satisfying the condition was set as a value of 0.8331 when the E value was set to 900. Here, the hydrogen peroxide concentration condition is CT (H 2 O 2 ) ≧ 1.21-714 /
Assuming that the temperature margin is ± 3 degrees, the lower limit of the hydrogen peroxide concentration is 0.131 mol at 68 degrees Celsius.
/ L. Further, by securing a concentration variation margin of 10%, the concentration of hydrogen peroxide can be reduced to 0.145 mol / l.
And The ammonia concentration at this time was 0.120 mol /
1 and converted into a capacity ratio, NH 3 : H 2 O 2 : H
2 O = 8/15/1000.

【0117】この洗浄液についてSi基板からの異物除
去性、マイクロラフネス、エッチング速度を評価した。
異物は99%除去でき、マイクロラフネスは1.6Å、
基板のエッチング量は32Åであった。
The cleaning liquid was evaluated for foreign matter removal from the Si substrate, micro roughness, and etching rate.
Foreign matter can be removed by 99%, micro roughness is 1.6mm,
The etching amount of the substrate was 32 °.

【0118】ここで、従来使用されている容量比N
:H:HO=1:1:5のものを洗浄に使
用した場合と比較すると、アンモニアを1/18に、過
酸化水素を1/10の濃度に低減できた。
Here, the conventionally used capacity ratio N
Compared with the case where H 3 : H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 5 was used for cleaning, the concentration of ammonia was reduced to 1/18 and the concentration of hydrogen peroxide was reduced to 1/10.

【0119】(実験例2) 実施例1の洗浄液と同等の洗浄性能を確保し(E値を固
定)、処理時間10分のままで、処理温度を40℃に低
減できるR値を試算したところ、19.8となった。
(Experimental Example 2) An R value that can reduce the processing temperature to 40 ° C. while maintaining the same cleaning performance as the cleaning liquid of Example 1 (fixing the E value) and the processing time of 10 minutes was obtained. , 19.8.

【0120】R値19.8の時の洗浄液に対して、ここ
で、過酸化水素濃度条件は、CT(H)≧1.2
1−714/Tであるが、温度マージンを±3度とする
と、過酸化水素濃度の下限値は摂氏43度における0.
089mol/lとなる。さらに濃度変動マージンを1
0%確保することによって、過酸化水素濃度を0.1m
ol/lとする。この時のアンモニア濃度は2mol/
lとなり、アンモニア濃度に関しては、従来使用されて
いる容量比NH:H:HO=1:1:5の洗
浄液と比べて同等になる。
For the cleaning liquid having an R value of 19.8, the hydrogen peroxide concentration condition is such that CT (H 2 O 2 ) ≧ 1.2.
1-714 / T, but assuming that the temperature margin is ± 3 degrees, the lower limit of the hydrogen peroxide concentration is 0.degree.
089 mol / l. Further, the density fluctuation margin is 1
By ensuring 0%, the concentration of hydrogen peroxide can be reduced to 0.1 m
ol / l. The ammonia concentration at this time was 2 mol /
1 and the ammonia concentration is equivalent to that of a conventionally used cleaning liquid having a volume ratio of NH 3 : H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 5.

【0121】ここで、処理時間を15分に延ばして、実
施例1の洗浄液と同等の洗浄性能を確保するR値を試算
したところ、8.8となった。このR値が8.8の洗浄
液において、過酸化水素濃度を0.1mol/lとする
と、アンモニア濃度は0.88mol/lとなり、容量
比に換算すると、NH:H:HO=11:
2:180になった。
Here, when the processing time was extended to 15 minutes and the R value for ensuring the same cleaning performance as the cleaning solution of Example 1 was calculated, it was 8.8. In the cleaning solution having an R value of 8.8, when the concentration of hydrogen peroxide is 0.1 mol / l, the concentration of ammonia is 0.88 mol / l, and when converted into a volume ratio, NH 3 : H 2 O 2 : H 2 O = 11:
2: 180.

【0122】この洗浄液について、Si基板からの異物
除去性、マイクロラフネス、エッチング速度を評価し
た。異物は99.5%除去でき、マイクロラフネスは
1.8Å、基板のエッチング量は35Åであった。
The cleaning liquid was evaluated for foreign matter removal from the Si substrate, micro roughness, and etching rate. The foreign matter could be removed by 99.5%, the micro roughness was 1.8 °, and the etching amount of the substrate was 35 °.

【0123】実施例1と比較すると、処理時間は1.5
倍になったが、処理温度を25℃低下でき、容量比NH
:H:HO=1:1:5のものを洗浄に使用
した場合と比較すると、アンモニアを1/2.5に、過
酸化水素を1/14の濃度に低減することができた。
Compared with the first embodiment, the processing time is 1.5
However, the processing temperature can be reduced by 25 ° C., and the capacity ratio NH
3: H 2 O 2: H 2 O = 1: 1: Compared to the use in washing ones 5, ammonia 1 / 2.5, to reduce the hydrogen peroxide concentration of 1/14 Was completed.

【0124】(実験例3) 実施例1の洗浄液と同等の洗浄性能を確保し(E値を固
定)、処理温度65℃のままで、処理時間を8分に低減
できるR値を試算したところ、1.30となった。
(Experimental Example 3) The cleaning performance equivalent to that of the cleaning solution of Example 1 was secured (the E value was fixed), and the R value capable of reducing the processing time to 8 minutes at the processing temperature of 65 ° C. was estimated. Was 1.30.

【0125】R値1.30の時の洗浄液に対して、ここ
で、過酸化水素濃度条件は、CT(H)≧1.2
1−714/Tであるが、温度マージンを±3度とする
と、過酸化水素濃度の下限値は摂氏68度における0.
131mol/lとなる。さらに濃度変動マージンを1
0%確保することによって、過酸化水素濃度を0.14
5mol/lとする。この時のアンモニア濃度は0.1
9mol/lとなり、容量比に換算すると、NH:H
:HO=5/6/400となる。
For the cleaning solution having an R value of 1.30, the condition of the concentration of hydrogen peroxide is as follows: CT (H 2 O 2 ) ≧ 1.2
1-714 / T, but assuming that the temperature margin is ± 3 degrees, the lower limit value of the hydrogen peroxide concentration is 0.1 at 68 degrees Celsius.
131 mol / l. Further, the density fluctuation margin is 1
By securing 0%, the concentration of hydrogen peroxide is reduced to 0.14.
5 mol / l. The ammonia concentration at this time was 0.1
9 mol / l, and when converted to a volume ratio, NH 3 : H
2 O 2 : H 2 O = 5/6/400.

【0126】この洗浄液について、Si基板からの異物
除去性、マイクロラフネス、エッチング速度を評価し
た。異物は99.5%除去でき、マイクロラフネスは
1.7Å、基板のエッチング量は33Åであった。
The cleaning liquid was evaluated for foreign matter removal from the Si substrate, micro roughness, and etching rate. The foreign matter could be removed by 99.5%, the micro roughness was 1.7 °, and the etching amount of the substrate was 33 °.

【0127】実施例1と比較すると、処理時間は2分短
縮でき、容量比NH:H:HO=1:1:5
のものを洗浄に使用した場合と比較すると、アンモニア
を1/12に、過酸化水素を1/10の濃度に低減でき
た。
Compared with Example 1, the processing time can be reduced by 2 minutes, and the volume ratio NH 3 : H 2 O 2 : H 2 O = 1: 1: 5.
Compared to the case where the above was used for cleaning, the concentration of ammonia was reduced to 1/12 and the concentration of hydrogen peroxide was reduced to 1/10.

【0128】また、上記において、超音波などの物理的
作用による洗浄を併用しない場合における実験例を示し
ている。一般的に、物理的作用による洗浄を併用するこ
とによって、同一洗浄効果を得るための基板に対するエ
ッチング量が1/2〜1/3に低減される。よって、基
板へのダメージをより少なくすることが可能となる。
Further, in the above, an experimental example is shown in which cleaning by physical action such as ultrasonic waves is not used. Generally, the amount of etching on the substrate for obtaining the same cleaning effect is reduced to 1/2 to 1/3 by using cleaning by physical action in combination. Therefore, damage to the substrate can be further reduced.

【0129】[0129]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
APM洗浄に要求される要件の内、マイクロラフネスに
関しては、通常要求される水準をクリアでき、かつ汚染
物に対する高い洗浄力、基板に対する低ダメージ、低濃
度処理、低温処理、処理時間の短縮、処理後の基板表面
状態の高い制御性の少なくとも一要件を満たす洗浄を行
なうことができる。
As described above, according to the present invention,
Of the requirements for APM cleaning, micro-roughness can meet the normally required level, high cleaning power against contaminants, low damage to substrates, low concentration processing, low-temperature processing, reduction in processing time, processing Cleaning that satisfies at least one requirement of high controllability of the subsequent substrate surface state can be performed.

【0130】また電力コスト、薬液コスト、廃薬液処理
コストの削減や環境負荷の軽減も実現できる。加えて、
これらの効果を得るための洗浄条件を予想することが可
能であるので、洗浄条件設定の効率化が図れる。
Further, it is possible to reduce the power cost, the chemical solution cost, the waste chemical solution treatment cost, and the environmental load. in addition,
Since it is possible to predict the cleaning conditions for obtaining these effects, the efficiency of setting the cleaning conditions can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の処理条件例を示すグラフであり、
(a)は、過酸化水素のモル濃度とアンモニアのモル濃
度との相関を示し、(b)は、過酸化水素のモル濃度と
洗浄液の温度との相関を示している。
FIG. 1 is a graph showing an example of processing conditions of the present invention;
(A) shows the correlation between the molar concentration of hydrogen peroxide and the molar concentration of ammonia, and (b) shows the correlation between the molar concentration of hydrogen peroxide and the temperature of the cleaning solution.

【図2】Si基板表面の異物洗浄における異物除去率と
基板エッチング量の関係を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a foreign substance removal rate and a substrate etching amount in foreign substance cleaning of a Si substrate surface.

【図3】Si基板のエッチング速度の実測値と[数1]
により算出したエッチング速度値([数1]で示すE値
の平方根を処理時間tで割ったもの)の相関性を示すグ
ラフである。
FIG. 3 shows a measured value of an etching rate of a Si substrate and [Equation 1].
7 is a graph showing the correlation between the etching rate values (the square root of the E value represented by [Equation 1] divided by the processing time t) calculated by the following equation.

【図4】アンモニアと過酸化水素のモル濃度比、処理温
度がSi基板のエッチング速度に及ぼす影響を本発明の
方法で試算した結果を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the results of a trial calculation of the effect of the molar concentration ratio of ammonia and hydrogen peroxide and the processing temperature on the etching rate of a Si substrate by the method of the present invention.

【図5】Si基板に対する洗浄力が同等となるアンモニ
アと過酸化水素のモル濃度比、処理温度を本発明の方法
で試算した結果を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing results of trial calculation of a molar concentration ratio of ammonia and hydrogen peroxide and a processing temperature by the method of the present invention, which are equivalent in cleaning power to a Si substrate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−183185(JP,A) 特開2000−208475(JP,A) 特開 平11−54468(JP,A) 特開 平10−172940(JP,A) 特開 平8−17775(JP,A) 特開 平5−259141(JP,A) 特開 平6−89888(JP,A) 特開 平4−107922(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 647 C11D 7/04,7/18 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-10-183185 (JP, A) JP-A-2000-208475 (JP, A) JP-A-11-54468 (JP, A) JP-A-10-172940 (JP, A) JP-A-8-17775 (JP, A) JP-A-5-259141 (JP, A) JP-A-6-89888 (JP, A) JP-A-4-107922 (JP, A) ( 58) Surveyed field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/304 647 C11D 7/04, 7/18

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アンモニア、過酸化水素、超純水からな
る洗浄液を用いる半導体基板の洗浄方法において、 半導体基板の表面汚染物に対する洗浄力および表面に対
するダメージに対応する制御値Eを有し、ここで、前記
制御値Eは、実質的に基板エッチング量(単位:Å)の
自乗であり、 【数1】 (Σ(ai×Ti)は少なくとも1/T,T,Tの項
を含む多項式であり、aは基板エッチング速度の実測
結果から定まる定数、nは一定数、Tは半導体基板に対
する処理温度(単位:K)、tは半導体基板に対する処
理時間(単位:分)、Rは洗浄液のアンモニア/過酸化
水素のモル濃度比)で表され、特に、前記制御値Eは、 【数2】 で示され、 前記制御値Eが10以上でかつ10000以下である所
定値に対応して、前記処理温度と前記処理時間と前記モ
ル濃度比とが定められ、かつ、前記アンモニアのモル濃
度が10mol/l以下、前記過酸化水素のモル濃度C
(H)が、 【数3】 で示される濃度条件式を満たす半導体基板の洗浄方法。
Claims: 1. An aqueous solution comprising ammonia, hydrogen peroxide, and ultrapure water.
In the method of cleaning a semiconductor substrate using a cleaning liquid, the cleaning power for the surface contaminants of the semiconductor substrate and the surface
Has a control value E corresponding to the damage to be performed.
The control value E is substantially equal to the substrate etching amount (unit: Å).
It is a square, and(Σ (ai × Ti) is at least 1 / T, T0, T term
Is a polynomial includingiIs the actual measurement of the substrate etching rate
A constant determined from the results, n is a constant number, and T is
Processing temperature (unit: K), and t is the processing temperature for the semiconductor substrate.
Processing time (unit: minute), R is ammonia / peroxidation of cleaning solution
Molar ratio of hydrogen)In particular, the control value E is (Equation 2)  Indicated by  Where the control value E is not less than 10 and not more than 10,000
The processing temperature, the processing time, and the
And the ammonia concentration is determined.
Degree is 10 mol / l or less, the molar concentration C of the hydrogen peroxide.
(H2O2) IsA method for cleaning a semiconductor substrate that satisfies the concentration condition represented by:
【請求項2】 前記制御値Eが100以上でかつ100
00以下である所定値に対応して、前記処理温度と前記
処理時間と前記モル濃度比とが定められ、かつ、前記ア
ンモニアのモル濃度が10mol/l以下、前記過酸化
水素のモル濃度C(H)が、 【数4】 で示される処理条件式を満たす請求項1に記載の半導体
基板の洗浄方法。
2. The control value E is 100 or more and 100
The processing temperature, the processing time, and the molar concentration ratio are determined corresponding to a predetermined value of not more than 00, the molar concentration of the ammonia is 10 mol / l or less, and the molar concentration of the hydrogen peroxide C ( H 2 O 2 ) 2. The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 1, wherein a processing condition expression represented by the following formula is satisfied.
【請求項3】 前記過酸化水素のモル濃度が0.16m
ol/l以上からなることを特徴とする請求項1または
2に記載の半導体基板の洗浄方法。
3. The hydrogen peroxide has a molar concentration of 0.16 m.
The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the cleaning rate is at least ol / l.
【請求項4】 前記洗浄液は、 予め定められたモル濃度比に対応して、前記アンモニア
のモル濃度と前記過酸化水素のモル濃度が設定されるこ
とを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記載の
半導体基板の洗浄方法
Wherein said cleaning solution, corresponding to molar ratios predetermined one of claims 1 to 3, characterized in that the molar concentration of the molar concentration of the hydrogen peroxide of said ammonia is set The method for cleaning a semiconductor substrate according to claim 1.
【請求項5】 前記洗浄液は、前記アンモニアのモル濃
度と前記過酸化水素のモル濃度が低くなるように設定さ
れることを特徴とする請求項に記載の半導体基板の
浄方法
Wherein said cleaning liquid, the washing of the semiconductor substrate according to claim 4, characterized in that the molar concentration to the molar concentration of the hydrogen peroxide of said ammonia is set to be lower
Purification method .
【請求項6】 前記モル濃度比と前記処理時間は、予め
定められた制御値と、予め定められた処理温度に基づい
て設定されることを特徴とする請求項1からのいずれ
か1項に記載の半導体基板の洗浄方法
Wherein said molar concentration ratio and the processing time, the control value set in advance, any one of claims 1 to 5, characterized in that it is set on the basis of a predetermined process temperature 3. The method for cleaning a semiconductor substrate according to item 1 .
【請求項7】 前記処理温度は、摂氏35度以上、かつ
摂氏80度以下に設定されることを特徴とする請求項1
からのいずれか1項に記載の半導体基板の洗浄方法
7. The method according to claim 1, wherein the processing temperature is set to 35 degrees Celsius or more and 80 degrees Celsius or less.
7. The method for cleaning a semiconductor substrate according to any one of items 1 to 6 .
【請求項8】 前記処理温度は、摂氏35度以上、かつ
摂氏40度以下に設定されることを特徴とする請求項1
から6のいずれか1項に記載の半導体基板の洗浄方法
8. The method according to claim 1, wherein the processing temperature is set to 35 degrees Celsius or more and 40 degrees Celsius or less.
7. The method for cleaning a semiconductor substrate according to any one of items 1 to 6.
【請求項9】 前記モル濃度比と前記処理温度は、予め
定められた制御値と、予め定められた処理時間に基づい
て設定されることを特徴とする請求項1からのいずれ
か1項に記載の半導体基板の洗浄方法
The processing temperature and wherein said molar ratio is a control value set in advance, any one of claims 1 to 8, characterized in that it is set on the basis of a processing time predetermined 3. The method for cleaning a semiconductor substrate according to item 1 .
【請求項10】 前記処理時間が10分以下に設定され
ることを特徴とする請求項1からのいずれか1項に記
載の半導体基板の洗浄方法
10. A semiconductor substrate cleaning method according to any one of claims 1 9, characterized in that the processing time is set to less than 10 minutes.
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