JP5533624B2 - 半導体ウェーハの洗浄方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体ウェーハの洗浄方法の改良に関する。
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハ（以下、単にウェーハともいう）の洗浄方法としては、アンモニア水、過酸化水素水および超純水の混合洗浄液（以下、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎｉｎｇ １）洗浄液と呼ぶ）と塩酸、過酸化水素水および超純水の混合洗浄液（ＳＣ２（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ２）洗浄液）によるＲＣＡ洗浄等の洗浄プロセスが多く用いられている。
ＳＣ１洗浄では、エッチングによってウェーハ表面に付着したパーティクルをリフトオフして除去を行っており、通常パーティクルを十分に除去するためには４ｎｍ以上のウェーハのエッチングが必要とされている（特許文献１）。
一方、デバイスのデザインルールの微細化に伴う改善品質要求の１つにウェーハの面粗さの低減がある。このウェーハの面粗さは、通常仕上げ研磨で形成されるが、ＳＣ１洗浄のウェーハ（シリコン）に対するエッチング作用によって、エッチング代（エッチング量）が多いほどウェーハの表面粗さを悪化させてしまう。
表面粗さが悪化すると、シリコンウェーハ上に形成される酸化膜の電気特性を悪化させたり、レーザー光の散乱を用いたパーティクルカウンターのパーティクル検出に悪影響を与えることが知られているため、ウェーハの表面粗さをできるだけ小さくすることが求められている。
しかし、ウェーハ表面粗さを改善するためにＳＣ１洗浄のエッチング量を削減すると、洗浄力が低下しパーティクルが残ってしまう。そこで、エッチング量削減による洗浄力の低下を補うため、ＳＣ１洗浄に併用している超音波による物理洗浄を強化してパーティクル除去能力を改善することにより、ＳＣ１洗浄液によるエッチング量をある程度削減してもパーティクルを除去することができるようになった。しかし、ＳＣ１によるエッチング量が２．０ｎｍ以下になると、超音波を改善してもパーティクルが除去できずに残ってしまうという問題があった。
即ち、従来の半導体ウェーハの洗浄方法では、パーティクルの効果的な除去とウェーハ表面粗さの悪化防止は同時に達成することができなかった。
特開平９−６９５０９号公報
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであって、洗浄によるウェーハの表面粗さの悪化を低減し、かつ、効果的にウェーハの洗浄を行うことができる半導体ウェーハの洗浄方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明では、半導体ウェーハを洗浄する方法であって、前記半導体ウェーハをＳＣ１洗浄液により洗浄する工程と、前記ＳＣ１洗浄液により洗浄された半導体ウェーハをフッ酸により洗浄する工程と、前記フッ酸により洗浄された半導体ウェーハを、オゾン濃度が３ｐｐｍ以上のオゾン水により洗浄する工程とを含み、前記ＳＣ１洗浄液による半導体ウェーハのエッチング代を０．１〜２．０ｎｍとすることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法を提供する。
このように、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法では、ＳＣ１洗浄液による洗浄を、エッチング代を０．１〜２．０ｎｍと低減して行うため、半導体ウェーハの表面粗さの悪化を防止することができる。また、ＳＣ１洗浄後に残った残存パーティクルはその後のフッ酸による洗浄によって除去され、その後のオゾン濃度が３ｐｐｍ以上のオゾン水による洗浄で、ウェーハ表面に酸化膜をつけてウェーハ表面を疎水面から親水面にしてパーティクルの再付着を抑制することができるため、洗浄によるウェーハの表面粗さの悪化を低減し、かつ、効果的にウェーハの洗浄を行うことができる。
以上説明したように、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法によれば、洗浄によるウェーハの表面粗さの悪化を低減し、かつ、効果的にウェーハの洗浄を行うことができる。
本発明の半導体ウェーハの洗浄方法の一例を説明するフロー図である。 実施例１〜５及び比較例１〜９におけるウェーハ表面のパーティクル測定結果である。 実施例１〜５及び比較例１〜９におけるウェーハの表面粗さ測定結果である。 実施例６、比較例１０におけるパーティクル測定結果である。
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、従来、洗浄によるウェーハの表面粗さの悪化を低減し、かつ、効果的にウェーハの洗浄を行うことができる半導体ウェーハの洗浄方法が求められていた。
そこで、本発明者が種々検討した結果、半導体ウェーハを洗浄する方法であって、前記半導体ウェーハをＳＣ１洗浄液により洗浄する工程と、前記ＳＣ１洗浄液により洗浄された半導体ウェーハをフッ酸により洗浄する工程と、前記フッ酸により洗浄された半導体ウェーハを、オゾン濃度が３ｐｐｍ以上のオゾン水により洗浄する工程とを含み、前記ＳＣ１洗浄液による半導体ウェーハのエッチング代を０．１〜２．０ｎｍとすることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法であれば、洗浄によるウェーハの表面粗さの悪化を低減し、かつ、効果的にウェーハの洗浄を行うことができることを見出した。
本発明の半導体ウェーハの洗浄方法について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図１は、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法の一例を説明するフロー図である。
図１に示すように、全体の洗浄工程は大きく（Ａ）ＳＣ１洗浄液により洗浄する工程、（Ｂ）フッ酸により洗浄する工程、（Ｃ）オゾン水により洗浄する工程の３段階に区分される。
（Ａ）半導体ウェーハをＳＣ１洗浄液により洗浄する工程では、アンモニア水、過酸化水素水および超純水の混合洗浄液であるＳＣ１洗浄液により、半導体ウェーハのエッチング代が０．１〜２．０ｎｍとなるように半導体ウェーハを洗浄する（図１（Ａ））。
尚、ＳＣ１洗浄液の混合比（体積比）、温度、洗浄時間等を変更することにより、半導体ウェーハのエッチング代を上記範囲内に調整することが可能である。例えば、温度は２５〜６５℃、混合比はアンモニア（ＮＨ３濃度２８％）、過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２濃度３０％）、水の混合比で１：１：５〜２０、時間は１８０〜３６０秒の範囲内で条件を調整すれば良い。
本発明において洗浄する半導体ウェーハとしては、特に限定されないが、通常研磨後のシリコンウェーハ等が挙げられる。
半導体ウェーハのエッチング代が２．０ｎｍを超えると、ウェーハの表面粗さが悪化し、例えばシリコンウェーハ上に形成される酸化膜の電気特性を悪化させたり、レーザー光の散乱を用いたパーティクルカウンターのパーティクル検出に悪影響を与える。また、半導体ウェーハのエッチング代が０．１ｎｍ未満であると、十分にパーティクルの除去効果が得られない。
一方で、上述したように、従来の半導体ウェーハの洗浄方法では、ＳＣ１洗浄液によるエッチング量を２．０ｎｍ以下とすると超音波を改善してもパーティクルが除去できず残ってしまうという問題があった。
本発明の半導体ウェーハの洗浄方法によれば、このようなＳＣ１洗浄液によるエッチング代が２．０ｎｍ以下となる場合に発生するパーティクルの残存の問題についても、後述する（Ｂ）フッ酸による洗浄工程により解決することができる。
次に、（Ｂ）ＳＣ１洗浄液により洗浄された半導体ウェーハをフッ酸により洗浄する工程を行う（図１（Ｂ））。
前述のように、従来の洗浄方法では、ＳＣ１洗浄液によるエッチング代が２．０ｎｍ以下である場合、超音波による物理洗浄を強化しても、パーティクルが除去できず残ってしまうという問題があった。この残ったパーティクルは、ＳＣ１洗浄工程で形成されるウェーハ表面の酸化膜と強く結びついている。そこで、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法では、（Ａ）ＳＣ１洗浄工程後に（Ｂ）フッ酸洗浄（ＨＦ洗浄）を追加することで、（Ａ）ＳＣ１洗浄工程で形成された酸化膜をすべて除去することにより、酸化膜と強く結びついたパーティクルをリフトオフすることができ、残存パーティクルを除去することができる。このフッ酸洗浄ではウェーハ面粗さが悪化しないため、ウェーハの表面粗さはエッチング代を低減したＳＣ１洗浄による表面粗さの悪化だけで抑えることができる。
用いるフッ酸の濃度は０．５〜３．０％、温度は１０〜３０℃が好ましく、好ましい洗浄時間は６０〜１８０秒である。
次に、（Ｃ）フッ酸により洗浄された半導体ウェーハを、オゾン濃度が３ｐｐｍ以上のオゾン水により洗浄する工程を行う（図１（Ｃ））。
前述した（Ｂ）フッ酸による洗浄工程後は、半導体ウェーハ表面は疎水面となり、パーティクルが付着しやすい状態となってしまう。そこで、（Ｂ）フッ酸による洗浄工程後に（Ｃ）オゾン濃度が３ｐｐｍ以上のオゾン水による洗浄工程、即ち、リンス槽内のオゾン濃度３ｐｐｍ以上のオゾン水リンスを行うことで、短時間でシリコンウェーハ表面に酸化膜をつけて親水面にすることができ、パーティクルの再付着を抑制することができる。
用いるオゾン水の温度は、好ましくは１０〜３０℃であり、好ましい洗浄時間は６０〜１８０秒である。
従って、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法によれば、表面粗さの悪化を抑えることができ（例えば表面粗さＲｍｓ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ））を０．１ｎｍ以下とすることができる）、かつ、ウェーハ表面のパーティクルを効果的に除去することができる。
尚、（Ａ）ＳＣ１洗浄液により洗浄する工程の前に、半導体ウェーハにオゾン水による洗浄を行っても良い。このようにオゾン水による洗浄を行うことで、有機物の除去も効果的に行うことができ、より洗浄効果が高くなる。また、各洗浄工程（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の間に適宜超純水などによるリンスを行っても良い。
以下、実施例、比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
（実施例１〜５）
鏡面研磨後のシリコンウェーハ表面の研磨剤等を除去する洗浄において、まずＳＣ１洗浄液による洗浄を行い、超純水でリンスを行った後、ＨＦ洗浄、オゾン水による洗浄を連続して行い、最後に洗浄が完了したシリコンウェーハを乾燥させた。
ＳＣ１洗浄工程では、洗浄液の温度を振ってＳＣ１洗浄液によるエッチング代を０．１〜２．０ｎｍ（０．１、０．６、１．２、１．６、２．０（それぞれ実施例１〜５））となるようにした。尚、使用したＳＣ１洗浄液はアンモニア、過酸化水素水、水の混合比を１：１：１０とした混合洗浄液である。ＨＦ濃度は１．５％、オゾン水のオゾン濃度は１７ｐｐｍとした。
（比較例１〜６、８）
シリコンウェーハにＳＣ１洗浄液のみによる洗浄を行い、その後乾燥させた。この際、ＳＣ１洗浄液によるエッチング代を０．１〜４．５ｎｍ（０．１、０．６、１．２、１．６、２．０、３．０、４．５（それぞれ比較例１〜６、８））として洗浄を行った。
（比較例７、９）
ＳＣ１洗浄液によるエッチング量を３．０、４．５ｎｍとすること以外は、実施例１〜５と同様の方法でシリコンウェーハの洗浄、乾燥を行った。
ウェーハ表面のパーティクル測定
上記実施例及び比較例における洗浄、乾燥を行った後、パーティクルカウンターで洗浄後のウェーハ表面のパーティクル（ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔ）≧４１ｎｍ）比較を行った。結果を、図２に示す。
比較例１〜６、８におけるＳＣ１洗浄液のみによる洗浄の場合は、ＳＣ１によるエッチング量が０．１〜２．０ｎｍと少ないほどパーティクルが増加している。一方、ＳＣ１による洗浄後にＨＦ洗浄、オゾン水リンスを行った本発明の洗浄方法（実施例１〜５）では、エッチング量が２．０ｎｍ以下でもエッチング量３．０、４．５ｎｍの場合（比較例７、９）と同等の洗浄効果があることが確認できた。
ウェーハ表面の表面粗さ測定
上記実施例１〜５及び比較例１〜９における洗浄方法を行った後、表面粗さＲｍｓ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）（ｎｍ）を測定した。結果を図３に示す。
表面粗さＲｍｓはエッチング量３．０ｎｍでは０．１０２ｎｍ、エッチング量４．５ｎｍでは０．１０８ｎｍであった（比較例６〜９）のに対し、エッチング量０．１ｎｍでは０．０６２ｎｍと大幅に改善された（比較例１、実施例１）。
上記シリコンウェーハ表面のパーティクル測定結果と表面粗さ結果をまとめたものを表１に示す。
Figure 0005533624
 以上の結果より、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法によれば、洗浄によるウェーハの表面粗さの悪化を低減し、かつ、効果的にウェーハの洗浄を行うことができることが判った（実施例１〜５）。
（実施例６、比較例１０）
鏡面研磨後のシリコンウェーハに、エッチング代を０．６ｎｍとしてＳＣ１洗浄を行い、次いで、フッ酸による洗浄を行い、フッ酸洗浄後にリンス槽のオゾン水濃度を０〜２．８ｐｐｍまで振った洗浄を行い、乾燥させた（比較例１０）。また、鏡面研磨後のシリコンウェーハに、エッチング代を０．６ｎｍとしてＳＣ１洗浄を行い、次いで、フッ酸による洗浄を行い、フッ酸洗浄後にリンス槽のオゾン水濃度を３．０〜１７ｐｐｍまで振った洗浄を行い、乾燥させた（実施例６）。洗浄後のウェーハのパーティクルをウェーハ表面検査装置で測定した。尚、実施例６及び比較例１０で使用したＳＣ１洗浄液はアンモニア、過酸化水素水、水の混合比を１：１：１０とした混合洗浄液、フッ酸濃度は１．５％である。結果を図４に示す。
オゾン水のオゾン濃度が３ｐｐｍ以上の場合（実施例６）では、シリコンウェーハ表面を短時間で酸化することができ、即ち、疎水面から親水面にすることができるため、パーティクルは２０個前後と安定していることがわかる。
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 (2)

  1. 鏡面研磨後のシリコンウェーハを洗浄する方法であって、
    前記シリコンウェーハをＳＣ１洗浄液により洗浄する工程と、
    前記ＳＣ１洗浄液により洗浄されたシリコンウェーハをフッ酸により洗浄する工程と、
    前記フッ酸により洗浄されたシリコンウェーハを、オゾン濃度が３ｐｐｍ以上のオゾン水により洗浄する工程
    とを含み、前記ＳＣ１洗浄液によるシリコンウェーハのエッチング代を０．１〜２．０ｎｍとすることを特徴とするシリコンウェーハの洗浄方法。
  2. 洗浄後のシリコンウェーハの表面粗さＲｍｓを０．１ｎｍ以下とす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。
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