JP3210800B2 - 半導体基板の洗浄方法 - Google Patents

半導体基板の洗浄方法

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進 大塚
和彦 窪田
正 佐近
伸光 林
純 渥美
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の洗浄方法
に関し、特に、シリコンウェハやマスクなどの半導体基
板の表面を高清浄な状態にするための半導体基板の洗浄
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、例えば半導体メモリ素子の高集積
化（例えば１６Ｍビット以上のメモリチップ）に伴っ
て、シリコンウェハやマスクなどの半導体基板の表面を
より一層高清浄化する必要が生じてきた。半導体基板の
表面には製造プロセスに伴って種々の汚染物質が付着す
るため、それらの物質を除去しなければならないが、上
記高集積化に対応するためには、より小径の微粒子を除
去しなければならない。
【０００３】従来の半導体基板の洗浄にあっては、アン
モニア過酸化水素洗浄液を用いた洗浄を行った後、純水
による洗い流しなどを行って、ウェハ乾燥工程に送るな
どしていた。
【０００４】しかしながら、上記アンモニア過酸化水素
洗浄液を用いた洗浄では、シリコン粒子や塵などの微粒
子（パーティクル）の除去力は強いが、金属汚染物質の
除去能力に劣るばかりでなく、ＦｅやＺｎなどが特異的
に吸着するという問題があった。そのため、前記高集積
化に対応することが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来技術の
問題点に鑑み、本発明の主な目的は、半導体メモリ素子
などの高集積化に対応し得る半導体基板の洗浄方法を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、半導体基板の研磨後の洗浄が、ＨＦ及びＨ
ＣＬを含む水溶液による洗浄を行う過程と、ＮＨ4ＯＨ
及びＨ2Ｏ2を含む水溶液による洗浄を行う過程と、ＨＣ
Ｌを含む水溶液による洗浄を行う過程とを有することを
特徴とする半導体基板の洗浄方法を提供することにより
達成される。特に、前記ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2の水溶液
による洗浄を行う際に超音波揺動を行ったり、また、前
記ＨＦ及びＨＣＬを含む水溶液の組成を、ＨＦを０．１
０〜１０重量％とし、ＨＣＬを０．１０重量％以上とし
たり、また、前記ＨＣＬを含む水溶液の組成を、ＨＣＬ
を０．０８４〜３．８００重量％とすると良い。
【０００７】
【作用】このようにすれば、洗浄に於いて、ＨＦ及びＨ
ＣＬを含む水溶液による洗浄を行うことにより金属汚染
物質を効率良く除去可能であり、その際に表面が疎水性
になってその表面にパーティクルが付着し易くなるが、
ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2を含む水溶液による洗浄を行うこ
とによりパーティクルの除去を行うことができ、さらに
Ｈ2Ｏ2の酸化作用により表面を疎水性から親水性に変え
ることができる。その時表層に形成される酸化膜中に汚
染金属が含まれても、ＨＣＬを含む水溶液による洗浄を
行うことによりその汚染金属を除去することができる。
また、ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2の水溶液による洗浄を行う
際に超音波揺動を行うことにより、上記パーティクルの
除去能力をより一層高めることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の好適実施例を添付の図面につ
いて詳しく説明する。
【０００９】図１は、本発明が適用された半導体基板の
製造プロセスを示すフロー図である。切り出された半導
体基板は、ステップＳＴ１にてヘイズレス研磨を行われ
る。
【００１０】上記ヘイズレス研磨を行った後に、洗浄
（図のステップＳＴ２〜ステップＳＴ７）を行う。な
お、洗浄工程に於いては、例えば２５枚のウェハを骨組
み程度の籠状のキャリア内に互いに隙間をあけて並列に
配置しておき、キャリア毎各ステージ間を移送するよう
にされている（図示せず）。この洗浄に於ける金属（Ｆ
ｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎなど）の目標除去レベルは、各１
×１０10atoms／cm2以下であり、付着粒子（パーティク
ル）の目標除去レベルは、直径０．１４μｍ以上の粒子
が９個／ウェハ（６インチ径）以下である。
【００１１】ところで、上記ヘイズレス研磨後には、ウ
ェハ１には、図２に示されるようにＳｉＯ2層１ｂの表
面（図に於ける上面）に金属汚染物質２が付着してい
る。
【００１２】洗浄に於ける最初の過程であるステップＳ
Ｔ２では、まずＨＦ及びＨＣＬの水溶液による洗浄を行
う。このＨＦ−ＨＣＬ洗浄液の組成は、ＨＦを０．１０
〜１０重量％とし、ＨＣＬを０．１０〜１０重量％と
し、液温３５℃で５分間洗浄すると良い。このＨＦ−Ｈ
ＣＬ洗浄液で洗浄することにより、前工程で生じた酸化
膜を除去して、ＬＤ汚染（ＣｕあるいはＮｉを含む酸化
物ないし水酸化物が極めて微量吸着することで起こる金
属汚染）及び金属汚染（Ｆｅ、Ｃｒ、Ｚｎ）を除去する
ことができる。
【００１３】なお、ＨＦが０．１０重量％未満の場合に
は金属汚染物質の除去効果が小さく、１０重量％を越え
る場合にはウェハ表面に微粒子汚染物質が増加する傾向
が認められた。また、ＨＣＬが０．１０重量％未満の場
合には金属汚染物質の除去効果が小さく、１０重量％を
越えても金属汚染物質の除去効果の特別な変化は認めら
れなかった。
【００１４】次のステップＳＴ３では、純水によるリン
スを行い、表面に付着している薬液を除去する。
【００１５】前記ステップＳＴ２のＨＦ−ＨＣＬ洗浄に
於いては、酸化膜が除去されるが表面が疎水性になって
図３に示されるようにパーティクル３が付着して、付着
粒子数が増加する。そのため、ステップＳＴ４に於いて
ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2を含む水溶液による洗浄を行っ
て、パーティクルの除去を行うが、併せて超音波揺動を
用いて洗浄を行う。この超音波揺動には、１ＭHz超音波
揺動が考えられるが、本実施例では、洗浄温度などとの
関係から超音波振動子を洗浄槽壁に直接取り付ける構造
としている。このステップＳＴ４に於ける洗浄は２回行
う。
【００１６】このアンモニア・過酸化水素洗浄液の組成
は、ＮＨ4ＯＨを０．０８４〜１．２３６重量％とし、
Ｈ2Ｏ2を０．３２３〜１０．９６８重量％とすると良
い。ここで、ＮＨ4ＯＨが０．０８４重量％未満の場合
にはパーティクル除去能力が低下して洗浄能力が低下
し、１．２３６重量％を越える場合にはエッチング量が
増大してヘイズ（ウェハ表面の荒れ）が増大するという
現象が見られた。また、Ｈ2Ｏ2が０．３２３重量％未満
の場合には化学的酸化作用が劣ってヘイズが増大し、
０．９６８重量％を越える場合にはエッチング量が飽和
してｐＨが低くなって洗浄能力も低下するばかりでなく
コスト高となる。
【００１７】次のステップＳＴ５では、純水によるリン
スを行い、表面に付着している薬液を除去する。
【００１８】ところで、ステップＳＴ４に於けるアンモ
ニア・過酸化水素洗浄液による洗浄ではパーティクルを
除去でき、下地のＳｉ層１ａのエッチングが行われると
共にＳｉＯ2層４が形成されて、表面が疎水性から親水
性に変わるが、その洗浄に起因してＳｉＯ2表層４ａに
汚染金属５が含まれてしまう（図４）。
【００１９】そこで、ステップＳＴ６でＨＣＬを含む水
溶液による洗浄を行って、上記汚染金属５の除去を行
う。このＨＣＬの組成は、ＨＣＬを０．０８４〜３．８
００重量％にすると良い。なお、ＨＣＬを０．０８４重
量％未満にした場合には例えば再結合ライフタイムが低
下して洗浄能力が低下し、３．８００重量％を越える場
合にはウェハ上に付着するパーティクルが増加する現象
が見られた。
【００２０】上記ＨＣＬ洗浄後には、続くステップＳＴ
７にて前記ステップＳＴ３と同様の純水リンスを行う。
このようにしてステップＳＴ２〜ステップＳＴ７の過程
を経る洗浄を行ったウェハ１には、図５に示されるよう
にＳｉ層１ａの表層に金属汚染物質が非常に少ない（測
定限界以下）ＳｉＯ2層４が形成され、表面にごみが付
着し難い親水性にすることができる。
【００２１】上述した洗浄を行ったウェハ１は、ステッ
プＳＴ８に於いて乾燥し、出荷される。この出荷状態の
ウェハは、上記洗浄により例えば１６Ｍビットの高集積
化チップに耐え得る極めて高い清浄度にされ、その表層
には酸化膜が形成され、表面を親水性にされてパーティ
クルの付着し難い好適な状態にされている。
【００２２】また、本洗浄を実施することにより、前記
目標除去レベルを満足するものが得られた。
【００２３】
【発明の効果】このように本発明によれば、洗浄の前工
程に於いて生じる金属汚染物質の好適な除去を行い、そ
の除去を行う洗浄に伴う付着粒子の除去を行い、その洗
浄に起因する汚染金属の除去を行うことにより、極めて
高い清浄度の半導体基板を高い歩留まりにて得ることが
でき、高集積化チップ用のウェハを安価にかつ大量に供
給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された半導体基板の製造プロセス
を示すフロー図。
【図２】洗浄前のウェハの状態の模式的説明断面図。
【図３】ＨＦ−ＨＣＬ洗浄後のウェハ状態の模式的説明
断面図。
【図４】アンモニア・過酸化水素洗浄後のウェハ状態の
模式的説明断面図。
【図５】希ＨＣＬ洗浄後のウェハ状態の模式的説明断面
図。
【符号の説明】
１ ウェハ １ａ Ｓｉ層 １ｂ ＳｉＯ2層 ２ 金属汚染物質 ３ パーティクル ４ ＳｉＯ2層 ４ａ ＳｉＯ2表層 ５ 汚染金属
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐近 正 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵 株式会社 先端技術研究所内 (72)発明者 林 伸光 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (72)発明者 渥美 純 相模原市淵野辺５−10−１ 新日本製鐵 株式会社 エレクトロニクス研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−188923（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−208899（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 641 H01L 21/304 622

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の研磨後の洗浄が、ＨＦ及び
    ＨＣＬを含む水溶液による洗浄を行う過程と、ＮＨ4Ｏ
    Ｈ及びＨ2Ｏ2を含む水溶液による洗浄を行う過程と、Ｈ
    ＣＬを含む水溶液による洗浄を行う過程とを有すること
    を特徴とする半導体基板の洗浄方法。
  2. 【請求項２】 前記ＮＨ4ＯＨ及びＨ2Ｏ2の水溶液によ
    る洗浄を行う際に超音波揺動を行いつつ洗浄することを
    特徴とする請求項１に記載の半導体基板の洗浄方法。
  3. 【請求項３】 前記ＨＦ及びＨＣＬを含む水溶液の組成
    を、ＨＦを０．１０〜１０重量％とし、ＨＣＬを０．１
    ０重量％以上とすることを特徴とする請求項１に記載の
    半導体基板の洗浄方法。
  4. 【請求項４】 前記ＨＣＬを含む水溶液の組成を、ＨＣ
    Ｌを０．０８４〜３．８００重量％とすることを特徴と
    する請求項１に記載の半導体基板の洗浄方法。
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