JP4587646B2

JP4587646B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP4587646B2
Application number: JP2003117012A
Authority: JP
Inventors: 智一川本
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004321875A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に除去すべきパーティクルの寸法が小さい場合に適した超音波洗浄を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
洗浄液中に超音波を発生させて被洗浄物を洗浄する超音波洗浄において、洗浄液中の溶存気体量を低減させることによって洗浄効果を高めることができる（特許文献１、特許文献４）。また、洗浄液中を伝搬する超音波の音圧を高めることにより、洗浄効果を高めることができる（特許文献２）。また、所望の洗浄効果を得るために、音圧の最適化が必要であることが知られている（特許文献３）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−９６２５８号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２２４６号公報
【特許文献３】
特開平９−２３１５６１号公報
【特許文献４】
特開平７−１００４４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体集積回路装置のパターンの微細化が進むと、従来は問題とされなかった微細なパーティクルが信頼性低下の要因になる。従来の超音波洗浄方法では、このような微細なパーティクルを除去することが十分ではなかった。
【０００５】
本発明の目的は、微細なパーティクルの除去効果の高い超音波洗浄方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
シリコン基板を、過酸化水素水とアンモニア水とを含み、全溶存気体量が５ｐｐｍ以下である洗浄液中に浸漬させる工程と、
前記洗浄液中を伝搬する超音波の音圧が５ｍＶよりも高く、５０ｍＶ以下になるように、該洗浄液に超音波を付与し、前記シリコン基板を洗浄する工程と、
洗浄された前記シリコン基板の表層部を酸化して、酸化シリコン膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
上記条件で超音波洗浄を行うと、極微細なパーティクルを効率よく除去することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ）〜図２（Ｅ）に、実施例による半導体装置の製造途中の基板の断面図を示し、図２（Ｆ）に、実施例による方法で作製した半導体装置の断面図を示す。
【００１０】
図１（Ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１の表層部に、シャロートレンチアイソレーション（ＳＴＩ）による素子分離絶縁領域２を形成し、活性領域Ａ１〜Ａ４を画定する。必要に応じて、ウェル形成を行い、閾値調整用のイオン注入を行う。
【００１１】
イオン注入後、半導体基板１の表面洗浄を行う。以下、この表面洗浄の手順を詳細に説明する。まず、洗浄液として過酸化水素水とアンモニア水とを純水で希釈したものを用い、超音波洗浄を行う。この処理をＳＣ−１処理と呼ぶ。基板を水洗した後、希釈弗酸を用いて基板表面を洗浄する。この処理をＤＨＦ処理と呼ぶ。水洗した後、塩酸と過酸化水素水とを純水で希釈した洗浄液を用いて、表面洗浄を行う。この処理をＳＣ−２処理と呼ぶ。ＳＣ−２処理後、水洗及び乾燥を行う。なお、ＤＨＦ処理及びＳＣ−２処理においては、超音波洗浄は用いられない。
【００１２】
図１（Ｂ）に示すように、乾燥酸素雰囲気中において熱処理を行い、基板１の表面に厚さ５ｎｍの酸化シリコン膜３を形成する。
図１（Ｃ）に示すように、レジスト膜を形成して、露光、現像を行うことにより、活性領域Ａ１及びＡ２を覆い、活性領域Ａ３及びＡ４を露出させるレジストパターン４を形成する。
【００１３】
図２（Ｄ）に示すように、図１（Ｃ）に示したレジストパターン４をエッチングマスクとして酸化シリコン膜３を、弗酸を用いてエッチングする。エッチング後、レジストパターン４を除去する。活性領域Ａ１及びＡ２の上に酸化シリコン膜３が残り、活性領域Ａ３及びＡ４においては、半導体基板１のシリコン表面が露出する。
【００１４】
レジストパターン４を除去した後、図１（Ｂ）に示した酸化工程の前に行った表面洗浄と同様の洗浄を行う。
図２（Ｅ）に示すように、乾燥酸素雰囲気中で熱処理を行い、図１（Ｂ）に示した酸化工程と同様の条件で、半導体基板１の表面を酸化する。これにより酸化シリコン膜５が形成される。活性領域Ａ１及びＡ２においては、残っていた酸化シリコン膜３を通してシリコン表面が酸化され、より厚い酸化シリコン膜３及び５が形成される。図においては、理解の容易のために、酸化シリコン膜３と５とを明確に分けて表しているが、実際には両者を区別することはできず、１層の酸化シリコン膜となる。
【００１５】
活性領域Ａ３及びＡ４の表面には、厚さ５ｎｍの酸化シリコン膜５が形成される。活性領域Ａ１及びＡ２の上に形成された酸化シリコン膜３及び５の合計の厚さは７．５ｎｍになる。
【００１６】
図２（Ｆ）に示すように、活性領域Ａ１及びＡ３に、それぞれＰＭＯＳトランジスタＱＰ１及びＱＰ２を形成し、活性領域Ａ２及びＡ４に、それぞれＮＭＯＳトランジスタＱＮ１及びＱＮ２を形成する。これらのトランジスタは、周知の成膜、フォトリソグラフィ、エッチング、イオン注入等の技術を用いて形成することができる。
【００１７】
活性領域Ａ１及びＡ２に形成されたＰＭＯＳトランジスタＱＰ１及びＮＭＯＳトランジスタＱＮ１のゲート絶縁膜の厚さは７．５ｎｍである。活性領域Ａ３及びＡ４に形成されたＰＭＯＳトランジスタＱＰ２及びＮＭＯＳトランジスタＱＮ２のゲート絶縁膜の厚さは５ｎｍである。このように、ゲート絶縁膜の厚さの異なる複数のＭＯＳトランジスタを形成することができる。
【００１８】
以下、上述の製造工程のうち、図１（Ａ）の状態及び図２（Ｄ）の状態で、酸化工程前に行われる超音波洗浄処理について、詳細に説明する。
図３に、超音波洗浄装置の概略断面図を示す。外槽１０内に処理槽１１が配置されている。外槽１０と処理槽１１との間に伝播水１２が満たされている。外槽１０の底に複数の高周波振動子１３が取り付けられている。処理槽１１内に洗浄液１５が満たされ、その中に洗浄すべき複数の半導体ウエハ１６が浸漬される。
例えば、５０枚の半導体ウエハ１６が、一定の間隔で並ぶようにホルダに保持され、洗浄液１５に浸漬される。
【００１９】
ＳＣ−１処理で用いた洗浄液中の溶存気体量を２ｐｐｍとし、洗浄液中に発生する超音波の音圧を変えて洗浄を行った。
図４（Ａ）に、音圧が５〜５０ｍＶの条件で洗浄したウエハの、０．０９μｍ以上のパーティクルの検出結果を示す。図４（Ｂ）に、音圧が１００〜１５０ｍＶの条件で洗浄したウエハの、０．０９μｍ以上のパーティクルの検出結果を示す。なお、音圧は、本多電子株式会社製の超音波音圧計ＨＵＳ−５またはＨＵＳ−７を用い、図３の超音波洗浄装置の洗浄液１５に浸漬されたウエハ１６の上端よりも７ｃｍ深い位置で測定された。洗浄液１５の液面からウエハ１６の上端までの深さは約３ｃｍである。すなわち、音圧測定点までの深さは約１０ｃｍである。ウエハを浸漬させていない状態の音圧の測定値と、５０枚のウエハのうち中央の１０枚のウエハを取り除き、ウエハを取り除いた部分の音圧を測定した結果とは、ほぼ同一であった。
【００２０】
一般的には、音圧が高くなればパーティクル除去能力も高くなると考えられる。ところが、寸法０．０９μｍ程度の極微細なパーティクルまでを考慮すると、音圧を高くすればパーティクル除去能力も高くなるとはいえないことが分かる。パーティクル除去効果を高めるために、好適な音圧の範囲があると考えられる。さらに、音圧の範囲が５〜５０ｍＶを示せば、パーティクル除去効果がウエハサイズに依存することもない。
【００２１】
図５に、図３に示した超音波洗浄器のメガソニックパワーと、ＳＣ−１処理を行った場合のパーティクル除去率との関係を示す。横軸はメガソニックパワーを単位「Ｗ」で表し、縦軸はパーティクル除去率を単位「％」で表す。なお、検出対象としたパーティクルは、寸法０．１６μｍ以上のものである。メガソニックパワーを増加させると、約１００Ｗにおいてパーティクル除去率が極大値を示し、約４３０Ｗにおいて極小値を示す。パーティクル除去率を高めるためには、メガソニックパワーを増加させればよいというものではないことがわかる。
【００２２】
図６に、メガソニックパワーと音圧との関係を示す。横軸はメガソニックパワーを単位「Ｗ」で表し、縦軸は音圧を単位「ｍＶ」で表す。この音圧は、本多電子株式会社製の超音波音圧計ＨＵＢ−５またはＨＵＢ−７で測定された結果である。図５からわかるように、パーティクル除去率を高めるためには、メガソニックパワーを１００Ｗ程度にすればよい。また、メガソニックパワーを３００Ｗまで増加させると、パーティクル除去率が低下してしまう。
【００２３】
この結果と、図６に示した関係から、高いパーティクル除去率を確保するためには、音圧を５０ｍＶ以下にすることが好ましいと考えられる。また、音圧が低すぎると、パーティクルを除去することができなくなる。このため、音圧を５ｍＶよりも高くすることが好ましい。
【００２４】
図７に、図２（Ｅ）の活性領域Ａ１及びＡ２に形成されている厚さ約７．５ｎｍの酸化シリコン膜３、４のＱｂｄ寿命試験の結果を示す。横軸は酸化シリコン膜中を移動した累積電荷量を対数目盛で表し、左縦軸はワイブル値を表す。なお、右縦軸に、左縦軸のワイブル値に相当する累積不良率を単位「％」で示している。図中のアスタリスク記号及びプラス記号は、それぞれＳＣ−１処理時に、音圧を２０ｍＶ及び１００ｍＶとして超音波洗浄を行った試料のワイブル値を示す。
【００２５】
音圧２０ｍＶの条件で洗浄して形成した酸化シリコン膜の方が、信頼性が高いことが分かる。
洗浄後に多くのパーティクルが残っていた領域と、Ｑｂｄ寿命試験において早期に絶縁破壊が発生した測定点とは、必ずしも一致しなかった。このことから、酸化シリコン膜の耐圧の低下は、洗浄後に残存するパーティクルに起因するのみではなく、耐圧低下の要因が他にもあると考えられる。例えば、超音波洗浄時の音圧を高くすると、酸化シリコン膜の不均質な箇所へのキャビティの集中が生じてダメージを与えるとも考えられる。超音波洗浄時の音圧を５ｍＶよりも高く、５０ｍＶ以下にすることにより、信頼性の高い酸化シリコン膜を形成することができる。
【００２６】
上記実施例では、洗浄液中の溶存気体量を２ｐｐｍとした。溶存気体量が多くなると、超音波の音圧を高めることができなくなる。このため、溶存気体量を５ｐｐｍ以下とすることが好ましい。また、上記実施例では、洗浄液として過酸化水素水とアンモニア水と水との混合液を用いたが、他の洗浄液を用いる場合にも、音圧の好適な範囲は変わらないであろう。
【００２７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、超音波洗浄時の音圧を５ｍＶよりも高く、かつ５０ｍＶ以下にすることにより、パーティクルの除去効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例による半導体装置の製造方法を説明するための、製造途中の装置の断面図である。
【図２】（Ｄ）及び（Ｅ）は、実施例による半導体装置の製造方法を説明するための、製造途中の装置の断面図であり、（Ｆ）は実施例による方法で作製した半導体装置の断面図である。
【図３】超音波洗浄装置の概略断面図である。
【図４】洗浄後のウエハのパーティクル付着状況を示す図である。
【図５】メガソニックパワーとパーティクル除去率との関係を示すグラフである。
【図６】メガソニックパワーと音圧との関係を示すグラフである。
【図７】実施例及び比較例による方法で作製した酸化シリコン膜のＱｂｄ寿命試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１半導体基板
２素子分離絶縁領域
３、５酸化シリコン膜
４レジストパターン
１０外槽
１１処理槽
１２伝播水
１３高周波振動子
１５洗浄液
１６ウエハ

Claims

シリコン基板を、過酸化水素水とアンモニア水とを含み、全溶存気体量が５ｐｐｍ以下である洗浄液中に浸漬させる工程と、
前記洗浄液中を伝搬する超音波の音圧が５ｍＶよりも高く、５０ｍＶ以下になるように、該洗浄液に超音波を付与し、前記シリコン基板を洗浄する工程と、
洗浄された前記シリコン基板の表層部を酸化して、酸化シリコン膜を形成する工程と
を有する半導体装置の製造方法。