JP3378426B2 - 半導体ウェハ表面の洗浄方法 - Google Patents
半導体ウェハ表面の洗浄方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ表面
の洗浄方法に関する。
の洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化、高密度化、
高性能化が進むにつれて、半導体ウェハ表面の金属、有
機物等による汚染や自然酸化物によって、デバイスの品
質や歩留まりが大きく影響を受けるようになってきてい
る。
高性能化が進むにつれて、半導体ウェハ表面の金属、有
機物等による汚染や自然酸化物によって、デバイスの品
質や歩留まりが大きく影響を受けるようになってきてい
る。
【０００３】例えば、鉄、銅等の重金属はシリコン基板
のシリコン中の格子位置や格子間位置に析出する。この
結果、少数キャリアの生成・消滅中心の形成、ｐｎ接合
のリーク電流の増大等が起こり、半導体装置の電気的特
性が劣化する。
のシリコン中の格子位置や格子間位置に析出する。この
結果、少数キャリアの生成・消滅中心の形成、ｐｎ接合
のリーク電流の増大等が起こり、半導体装置の電気的特
性が劣化する。
【０００４】又、シリコン基板表面の自然酸化膜や有機
物汚染は、シリコン基板表面に形成する薄膜の結晶性や
シリコン基板／薄膜界面の電気的特性に影響を与える。
このため、これら金属、有機物、自然酸化物等の汚染物
の制御が重要になっている。
物汚染は、シリコン基板表面に形成する薄膜の結晶性や
シリコン基板／薄膜界面の電気的特性に影響を与える。
このため、これら金属、有機物、自然酸化物等の汚染物
の制御が重要になっている。
【０００５】半導体ウェハ表面の洗浄方法として、種々
の方法が開発、実施されており、それらは、ドライ洗浄
法とウエット洗浄法に大別される。ドライ洗浄法には、
（１）高温加熱により汚染物を蒸発させる熱処理法、
（２）グロー放電にバイアスをかけてスパッタするスパ
ッタリング法、（３）加速したイオンビームを照射する
イオン照射法、（４）レーザにより表面層を加熱するレ
ーザ照射法、（５）ガスやドライアイス粒子等を噴射す
るガス噴射法等がある。
の方法が開発、実施されており、それらは、ドライ洗浄
法とウエット洗浄法に大別される。ドライ洗浄法には、
（１）高温加熱により汚染物を蒸発させる熱処理法、
（２）グロー放電にバイアスをかけてスパッタするスパ
ッタリング法、（３）加速したイオンビームを照射する
イオン照射法、（４）レーザにより表面層を加熱するレ
ーザ照射法、（５）ガスやドライアイス粒子等を噴射す
るガス噴射法等がある。
【０００６】ウエット洗浄法には、（１）アルカリ（ア
ンモニア、コリン等）と過酸化水素水の混合液で微粒子
を除去する方法、（２）水酸化アンモニウム／過酸化水
素水／水等の溶液でレジスト等の有機物を酸化分解する
方法、（３）希フッ酸や緩衝化フッ酸との反応により自
然酸化膜を除去／分解する方法等がある。
ンモニア、コリン等）と過酸化水素水の混合液で微粒子
を除去する方法、（２）水酸化アンモニウム／過酸化水
素水／水等の溶液でレジスト等の有機物を酸化分解する
方法、（３）希フッ酸や緩衝化フッ酸との反応により自
然酸化膜を除去／分解する方法等がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ウェハの大口径化、半導体素子の高機能化、高性能化が
進むにつれて、上記従来の半導体ウェハ表面の洗浄方法
では、表面の清浄度や洗浄工程時間に問題があった。
ウェハの大口径化、半導体素子の高機能化、高性能化が
進むにつれて、上記従来の半導体ウェハ表面の洗浄方法
では、表面の清浄度や洗浄工程時間に問題があった。
【０００８】本発明は、上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的とするところは、短時間か
つ効率的に半導体ウェハ表面の汚染物を除去する方法を
提供することにある。
されたものであり、その目的とするところは、短時間か
つ効率的に半導体ウェハ表面の汚染物を除去する方法を
提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであり、その要旨は、３個以
上の正極によって把持され、洗浄液に溶解して陽イオン
を発生する汚染物によりその表面が汚染した洗浄対象の
半導体ウェハと、３個以上の負極によって把持されたダ
ミーの半導体ウェハとを洗浄液中に浸漬することで、該
洗浄対象の半導体ウェハ表面の汚染物を除去することを
特徴とする半導体ウェハ表面の洗浄方法にある。
成するためになされたものであり、その要旨は、３個以
上の正極によって把持され、洗浄液に溶解して陽イオン
を発生する汚染物によりその表面が汚染した洗浄対象の
半導体ウェハと、３個以上の負極によって把持されたダ
ミーの半導体ウェハとを洗浄液中に浸漬することで、該
洗浄対象の半導体ウェハ表面の汚染物を除去することを
特徴とする半導体ウェハ表面の洗浄方法にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明は、半導体ウェハ及び電極
を洗浄液中に浸漬し、それら半導体ウェハ及び電極間に
電界を印加して、半導体ウェハ表面を洗浄するものであ
るが、その方法としては、半導体ウェハの表面を正又は
負に帯電させた半導体ウェハを洗浄液中に浸漬して、該
ウェハ表面の汚染物を除去する方法が特に望ましい。
を洗浄液中に浸漬し、それら半導体ウェハ及び電極間に
電界を印加して、半導体ウェハ表面を洗浄するものであ
るが、その方法としては、半導体ウェハの表面を正又は
負に帯電させた半導体ウェハを洗浄液中に浸漬して、該
ウェハ表面の汚染物を除去する方法が特に望ましい。
【００１１】半導体ウェハの表面を正又は負に帯電させ
るには、半導体ウェハに正電極又は負電極を設けること
によりなされる。電極に加える電圧は、直流で５〜１０
０Ｖの範囲である。５Ｖ未満では洗浄の効果が現れず、
又、１００Ｖを超える電圧を加えても効果は変わらな
い。
るには、半導体ウェハに正電極又は負電極を設けること
によりなされる。電極に加える電圧は、直流で５〜１０
０Ｖの範囲である。５Ｖ未満では洗浄の効果が現れず、
又、１００Ｖを超える電圧を加えても効果は変わらな
い。
【００１２】本発明において、半導体ウェハの表面を正
又は負に帯電させる場合、正又は負の選択は、半導体ウ
ェハ表面の汚染物の種類によって行われる。すなわち、
汚染物が洗浄液に溶解し、陽イオンを発生する場合は負
に帯電させ、陰イオンを発生する場合は正に帯電させ
る。
又は負に帯電させる場合、正又は負の選択は、半導体ウ
ェハ表面の汚染物の種類によって行われる。すなわち、
汚染物が洗浄液に溶解し、陽イオンを発生する場合は負
に帯電させ、陰イオンを発生する場合は正に帯電させ
る。
【００１３】上記の事情から、本発明は、正に帯電させ
た半導体ウェハと負に帯電させた半導体ウェハとからな
る一対の半導体ウェハを洗浄液中に浸漬して洗浄するの
が望ましい。
た半導体ウェハと負に帯電させた半導体ウェハとからな
る一対の半導体ウェハを洗浄液中に浸漬して洗浄するの
が望ましい。
【００１４】洗浄液は、対象とする汚染物の違いによっ
て変えなければならないが、汚染物が自然酸化物及び金
属の場合、フッ化水素酸（フッ酸）はそれら両方に使用
することができる。又、フッ化水素酸以外では、汚染物
が自然酸化物の場合、バッファードフッ化水素酸（ＨＦ
／ＮＨ4 Ｆ／Ｈ2 Ｏ）が使用可能である。汚染物が金属
の場合、硫酸と過酸化水素水との混合溶液、塩酸と過酸
化水素水と純水の混合溶液を用いることができる。従っ
て、これらの中でも、特にフッ化水素酸が望ましい。フ
ッ化水素酸としては、濃度が０．０５〜２．０重量％の
希フッ化水素酸が好適である。
て変えなければならないが、汚染物が自然酸化物及び金
属の場合、フッ化水素酸（フッ酸）はそれら両方に使用
することができる。又、フッ化水素酸以外では、汚染物
が自然酸化物の場合、バッファードフッ化水素酸（ＨＦ
／ＮＨ4 Ｆ／Ｈ2 Ｏ）が使用可能である。汚染物が金属
の場合、硫酸と過酸化水素水との混合溶液、塩酸と過酸
化水素水と純水の混合溶液を用いることができる。従っ
て、これらの中でも、特にフッ化水素酸が望ましい。フ
ッ化水素酸としては、濃度が０．０５〜２．０重量％の
希フッ化水素酸が好適である。
【００１５】又、汚染物が炭化水素やレジスト材料等の
有機物の場合は、洗浄液として、硫酸と過酸化水素水と
の混合溶液、水酸化アンモニウムと過酸化水素水と純水
の混合溶液を用いることができる。
有機物の場合は、洗浄液として、硫酸と過酸化水素水と
の混合溶液、水酸化アンモニウムと過酸化水素水と純水
の混合溶液を用いることができる。
【００１６】上記洗浄液による半導体ウェハの洗浄は、
通常は常温の上記洗浄液に半導体ウェハを浸漬すること
によりなされるが、加温した洗浄液を用いることによ
り、洗浄効果を向上することが可能である。しかし、そ
の温度を１００℃以上にすると、ウェハ表面に凹凸が発
生するので望ましくない。洗浄時間は、加電圧、洗浄液
の濃度、洗浄温度により変化するので、一概に規定でき
ないが、本発明の方法では、１〜５分間で洗浄を完了す
ることができる。
通常は常温の上記洗浄液に半導体ウェハを浸漬すること
によりなされるが、加温した洗浄液を用いることによ
り、洗浄効果を向上することが可能である。しかし、そ
の温度を１００℃以上にすると、ウェハ表面に凹凸が発
生するので望ましくない。洗浄時間は、加電圧、洗浄液
の濃度、洗浄温度により変化するので、一概に規定でき
ないが、本発明の方法では、１〜５分間で洗浄を完了す
ることができる。
【００１７】以下、本発明の方法を、本発明の方法を行
うに適した洗浄装置の一具体例を図示した図面により説
明する。図１は、該洗浄装置の一実施例を模式的に表し
た断面図である。図１に示すように、該洗浄装置は、洗
浄容器１、半導体ウェハ２及び３並びに電極４及び５か
らなる。符号６は洗浄液である。
うに適した洗浄装置の一具体例を図示した図面により説
明する。図１は、該洗浄装置の一実施例を模式的に表し
た断面図である。図１に示すように、該洗浄装置は、洗
浄容器１、半導体ウェハ２及び３並びに電極４及び５か
らなる。符号６は洗浄液である。
【００１８】該洗浄装置において、半導体ウェハ２を洗
浄の対象とした場合、電極４を正極とするのが望まし
い。従って、半導体ウェハ３はダミーの半導体ウェハと
なり、電極５は負極となる。図１において、半導体ウェ
ハ２及び３は、それぞれ電極４及び５に把持されている
が、把持の具体例として、図２に示すように、電極４又
は５の先端を爪７の形状にしたものが挙げられる。半導
体ウェハ２及び３と電極４及び５をこのような構成にし
た場合、電極材料と洗浄液との反応によって生成する不
純物の混入による２次汚染を防ぐ目的から、電極４又は
５を珪素製とするのが望ましい。
浄の対象とした場合、電極４を正極とするのが望まし
い。従って、半導体ウェハ３はダミーの半導体ウェハと
なり、電極５は負極となる。図１において、半導体ウェ
ハ２及び３は、それぞれ電極４及び５に把持されている
が、把持の具体例として、図２に示すように、電極４又
は５の先端を爪７の形状にしたものが挙げられる。半導
体ウェハ２及び３と電極４及び５をこのような構成にし
た場合、電極材料と洗浄液との反応によって生成する不
純物の混入による２次汚染を防ぐ目的から、電極４又は
５を珪素製とするのが望ましい。
【００１９】又、上記のように、半導体ウェハ２及び３
が、それぞれ電極４及び５に把持されるようにした時
は、電極４及び５は、図１に示すように、それぞれ３個
又はそれ以上設けるのが好ましい。その理由は、半導体
ウェハへの荷電を平均化するためである。更に、洗浄容
器１は、珪素製とするのが望ましい。その理由は上記と
同じく、不純物の混入による２次汚染を防ぐためであ
る。
が、それぞれ電極４及び５に把持されるようにした時
は、電極４及び５は、図１に示すように、それぞれ３個
又はそれ以上設けるのが好ましい。その理由は、半導体
ウェハへの荷電を平均化するためである。更に、洗浄容
器１は、珪素製とするのが望ましい。その理由は上記と
同じく、不純物の混入による２次汚染を防ぐためであ
る。
【００２０】さて、本発明において、洗浄液としてフッ
化水素酸用いて、シリコン基板表面の自然酸化物（Ｓｉ
Ｏx ）を洗浄した場合の、具体的メカニズムは、Ｆ- や
ＨＦ2 - 等のイオンや分子イオンがＳｉＯx 膜を攻撃、
反応することのより、ＳｉＯx がエッチングされると説
明される。従って、Ｆ- やＨＦ2 - は正電極側のシリコ
ンウェハの方向に移動し、シリコン表面を短時間、且つ
効率的にエッチングする。
化水素酸用いて、シリコン基板表面の自然酸化物（Ｓｉ
Ｏx ）を洗浄した場合の、具体的メカニズムは、Ｆ- や
ＨＦ2 - 等のイオンや分子イオンがＳｉＯx 膜を攻撃、
反応することのより、ＳｉＯx がエッチングされると説
明される。従って、Ｆ- やＨＦ2 - は正電極側のシリコ
ンウェハの方向に移動し、シリコン表面を短時間、且つ
効率的にエッチングする。
【００２１】一方、シリコン表面を水素終端すると、シ
リコン表面は化学的に安定することが知られている。
リコン表面は化学的に安定することが知られている。
【００２２】ここで、電圧を印加すると、正電極及び負
電極ではそれぞれ次のような反応が起きる。
電極ではそれぞれ次のような反応が起きる。
【００２３】
正電極：Ｈ2 Ｏ→1/2 Ｏ2 ＋２Ｈ+ ＋2e-
負電極：２Ｈ+ ＋2e- →Ｈ2
上記のように、正電極側では、Ｈ+ が発生する。更に、
ＨＦ2 - 等の分子イオンが正電極側に移動してくるた
め、原子スケールのモフォロジー（マイクロファセッ
ト、アトムトレンチ、アトムステップ等）を効率良く水
素終端することができる。
ＨＦ2 - 等の分子イオンが正電極側に移動してくるた
め、原子スケールのモフォロジー（マイクロファセッ
ト、アトムトレンチ、アトムステップ等）を効率良く水
素終端することができる。
【００２４】
【実施例】図１に示す洗浄装置を用い、帯電させた半導
体ウェハを洗浄液に浸漬して半導体ウェハの表面を洗浄
する本発明の方法と、単に洗浄液に半導体ウェハを浸漬
して半導体ウェハの表面を洗浄する従来法との比較を行
った。
体ウェハを洗浄液に浸漬して半導体ウェハの表面を洗浄
する本発明の方法と、単に洗浄液に半導体ウェハを浸漬
して半導体ウェハの表面を洗浄する従来法との比較を行
った。
【００２５】具体的には、電極に１０Ｖの直流電圧を印
加した０．５重量％のフッ化水素酸水溶液からなる洗浄
液に、５分間浸漬した半導体ウェハと、印加しない洗浄
液に、５分間浸漬した半導体ウェハの２種類のウェハを
クリーンルーム大気中に３時間放置した後、半導体ウェ
ハ表面の酸素量をシリコン自然酸化膜量として、Ｘ線光
電子分光法により測定し、それらの結果を図３に示し
た。又、金属汚染物量を２次イオン質量分析法により測
定し、それらの結果を表１に示した。
加した０．５重量％のフッ化水素酸水溶液からなる洗浄
液に、５分間浸漬した半導体ウェハと、印加しない洗浄
液に、５分間浸漬した半導体ウェハの２種類のウェハを
クリーンルーム大気中に３時間放置した後、半導体ウェ
ハ表面の酸素量をシリコン自然酸化膜量として、Ｘ線光
電子分光法により測定し、それらの結果を図３に示し
た。又、金属汚染物量を２次イオン質量分析法により測
定し、それらの結果を表１に示した。
【００２６】図３中、実線のスペクトルは、正電極側の
半導体ウェハ表面から得られた結果であり、点線のスペ
クトルは、負電極側の半導体ウェハ表面から得られた結
果である。又、一点鎖線のスペクトルは、従来法で洗浄
した半導体ウェハ表面から得られた結果である。図３か
ら、正電極側の半導体ウェハ、従来法で洗浄した半導体
ウェハ、負電極側の半導体ウェハの順に酸素量が少ない
ことが判る。
半導体ウェハ表面から得られた結果であり、点線のスペ
クトルは、負電極側の半導体ウェハ表面から得られた結
果である。又、一点鎖線のスペクトルは、従来法で洗浄
した半導体ウェハ表面から得られた結果である。図３か
ら、正電極側の半導体ウェハ、従来法で洗浄した半導体
ウェハ、負電極側の半導体ウェハの順に酸素量が少ない
ことが判る。
【００２７】これらの結果は、次の事柄を示している。
すなわち、Ｆ- やＨＦ2 - 等のイオンや分子イオンの濃
度が高い正電極側の半導体ウェハ表面では、ＳｉＯx 膜
の除去効果が増大する。更に、正電極側では、水素イオ
ンＨ+ が多く発生し、かつＨＦ2 - 等の分子イオンが移
動してくるため、正電極側ではウェハ表面の水素終端が
効率的に起こる。このため、半導体ウェハ表面は化学的
に不活性となり酸化反応が抑制される。
すなわち、Ｆ- やＨＦ2 - 等のイオンや分子イオンの濃
度が高い正電極側の半導体ウェハ表面では、ＳｉＯx 膜
の除去効果が増大する。更に、正電極側では、水素イオ
ンＨ+ が多く発生し、かつＨＦ2 - 等の分子イオンが移
動してくるため、正電極側ではウェハ表面の水素終端が
効率的に起こる。このため、半導体ウェハ表面は化学的
に不活性となり酸化反応が抑制される。
【００２８】表１は、本発明の方法による正電極側の半
導体ウェハ表面及び従来法で洗浄した半導体ウェハ表面
の銅汚染量を、それぞれその表面密度で示したものであ
る。表１の結果から、本発明の方法は、従来法に比べて
優れていることが判る。これは、本発明の方法では、半
導体ウェハ表面の銅等の金属が、陽イオンとなって洗浄
液中に溶け出し、次いで負電極側に移動するためである
と考えられる。
導体ウェハ表面及び従来法で洗浄した半導体ウェハ表面
の銅汚染量を、それぞれその表面密度で示したものであ
る。表１の結果から、本発明の方法は、従来法に比べて
優れていることが判る。これは、本発明の方法では、半
導体ウェハ表面の銅等の金属が、陽イオンとなって洗浄
液中に溶け出し、次いで負電極側に移動するためである
と考えられる。
【００２９】
【表１】
次に、本発明の方法の洗浄時間依存性を評価した。洗浄
時間と半導体ウェハ表面の酸素量との関係を、本発明の
方法と従来法とで比較し、それらの結果を図４に示し
た。図４の結果から、本発明の方法は、短時間で洗浄効
果が現れることが判る。
時間と半導体ウェハ表面の酸素量との関係を、本発明の
方法と従来法とで比較し、それらの結果を図４に示し
た。図４の結果から、本発明の方法は、短時間で洗浄効
果が現れることが判る。
【００３０】
【発明の効果】本発明の方法により、半導体ウェハ表面
の自然酸化物、金属、有機物等の汚染物質を迅速、かつ
効率的に除去、抑止することができ、従って、半導体素
子の性能の改善、製造歩留まりを向上することができ
る。
の自然酸化物、金属、有機物等の汚染物質を迅速、かつ
効率的に除去、抑止することができ、従って、半導体素
子の性能の改善、製造歩留まりを向上することができ
る。
【図１】本発明の方法に用いられる半導体ウェハ表面洗
浄装置の一具体例の断面図である。
浄装置の一具体例の断面図である。
【図２】電極とウェハの支持方法を示す断面図である。
【図３】洗浄後の半導体ウェハの表面の酸素量を示す図
面である。
面である。
【図４】半導体ウェハ表面清浄度の洗浄時間依存性を示
す図面である。
す図面である。
１ 洗浄容器
２ 半導体ウェハ（被洗浄）
３ 半導体ウェハ（ダミー）
４ 電極（正）
５ 電極（負）
６ 洗浄液
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平４−75339（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−275592（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−29863（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−86224（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−73333（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−9623（ＪＰ，Ａ)
実開 平３−103263（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/304
Claims (2)
- 【請求項１】 ３個以上の正極によって把持され、洗浄
液に溶解して陽イオンを発生する汚染物によりその表面
が汚染した洗浄対象の半導体ウェハと、３個以上の負極
によって把持されたダミーの半導体ウェハとを洗浄液中
に浸漬することで、該洗浄対象の半導体ウェハ表面の汚
染物を除去することを特徴とする半導体ウェハ表面の洗
浄方法。 - 【請求項２】 前記洗浄液は、フッ化水素酸を０．０５
〜２．０重量％の濃度で含有することを特徴とする請求
項１記載の半導体ウェハ表面の洗浄方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05889696A JP3378426B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 半導体ウェハ表面の洗浄方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05889696A JP3378426B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 半導体ウェハ表面の洗浄方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09251973A JPH09251973A (ja) | 1997-09-22 |
| JP3378426B2 true JP3378426B2 (ja) | 2003-02-17 |
Family
ID=13097567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05889696A Expired - Fee Related JP3378426B2 (ja) | 1996-03-15 | 1996-03-15 | 半導体ウェハ表面の洗浄方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3378426B2 (ja) |
-
1996
- 1996-03-15 JP JP05889696A patent/JP3378426B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09251973A (ja) | 1997-09-22 |
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