JP6317580B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、トランジスター、キャパシタ、メモリーカード、センサー、撮像素子、等として携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カーナビゲーション、パーソナルコンピュータ、ゲーム機、液晶テレビ、プリンター等に使用される半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造においては、基板となるシリコン表面や絶縁膜、金属膜等の成膜前後、ドライエッチングやウェットエッチング後、およびレジスト除去後には表面を清浄化させるために必ず洗浄が実施されている。たとえば、特公昭５３−３５４３６号公報（特許文献１）は、ＲＣＡ洗浄と呼ばれる方法で、アンモニアに過酸化水素水および純水を混合した水溶液で半導体基板上のパーティクルを除去した後、塩酸に過酸化水素水と純水を混合した水溶液で金属汚染を除去する方法が開示されている。
また、特開平６−２９１０９９号公報（特許文献２）は、クエン酸を含む有機酸を純水に混合させ、パーティクルと金属汚染を除去する方法が開示されている。
一方、特開２００７−１６０４９６号公報（特許文献３）は、電気分解によりアノード側に生成されたオゾン水により有機物を含むパーティクルの除去を、また他の一方のカソード側から生成された水素水により金属汚染を除去する方法が開示されている。
現在の半導体基板の洗浄においては、上記に示す有機、無機の洗浄液を組み合わせて半導体基板上のパーティクル、有機物、金属汚染を除去している。
従来のＲＣＡ洗浄液を用いる方法は、薬液から発生する有毒ガスの除外、洗浄した後の廃液処理に莫大な処理費用と設備が必要であり、且つ作業者への安全性、環境対策など多くの課題をもちながら使われてきた。
本願発明は、これらの課題を克服し、作業者への安全性、環境負荷を軽減し地球規模での環境破壊を発生させない洗浄法を確立させる。
本発明の目的は、環境に配慮した洗浄方法を提案するものであり、世界中で生産される半導体デバイス、各種固体デバイスのあらゆる洗浄工程において適用できる。
請求項１の発明は、半導体基板表面を洗浄する場合において、アノード電極が配設されると共に電解質溶液が充填された第１槽と、カソード電極が配設されて超純水を流入させる第１配管および電解還元水を流出させる第２配管が接続された第２槽と、前記第１槽および前記第２槽の間に配設された陽イオン交換膜と、前記アノード電極および前記カソード電極に接続された直流電源とを備えて、前記第２槽に流入させた超純水から前記電解還元水のみを生成する装置を用いて当該電解還元水のみを生成し、生成した当該電解還元水（以下ＥＲＷ）により、下記一連の工程で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、
（１）．半導体基板を枚葉式洗浄機の基板ホルダー上に乗せ、５０〜１０００ｍｉｎ−１で回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面にｐＨ１１〜１３且つ酸化還元電位（以下ＯＲＰ）−５００〜−１０００ｍＶのＥＲＷを吹きかけ、洗浄する工程と、（２）．前記半導体基板を５０〜５００ｍｉｎ−１に回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面に純水を吹きかけＥＲＷを除去する工程と
（３）．前記半導体基板を１０００〜２０００ｍｉｎ−１に回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面にＮ２もしくは乾燥空気を吹き付け、前記半導体基板を乾燥させる工程により、半導体基板表面のパーティクルと金属汚染を除去する方法である。
（１）．半導体基板を枚葉式洗浄機の基板ホルダー上に乗せ、５０〜１０００ｍｉｎ−１で回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面にｐＨ１１〜１３且つ酸化還元電位（以下ＯＲＰ）−５００〜−１０００ｍＶのＥＲＷを吹きかけ、洗浄する工程と、（２）．前記半導体基板を５０〜５００ｍｉｎ−１に回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面に純水を吹きかけＥＲＷを除去する工程と
（３）．前記半導体基板を１０００〜２０００ｍｉｎ−１に回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面にＮ２もしくは乾燥空気を吹き付け、前記半導体基板を乾燥させる工程により、半導体基板表面のパーティクルと金属汚染を除去する方法である。
請求項２の発明は、半導体基板表面を洗浄する場合において、アノード電極が配設されると共に電解質溶液が充填された第１槽と、カソード電極が配設されて超純水を流入させる第１配管および電解還元水を流出させる第２配管が接続された第２槽と、前記第１槽および前記第２槽の間に配設された陽イオン交換膜と、前記アノード電極および前記カソード電極に接続された直流電源とを備えて、前記第２槽に流入させた超純水から前記電解還元水のみを生成する装置を用いて当該電解還元水のみを生成し、生成した当該電解還元水（以下ＥＲＷ）により、下記一連の工程で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、
（１）．半導体基板を浸漬式洗浄機の基板カセットに乗せ、前記半導体基板をｐＨ１１〜１３且つＯＲＰ−５００〜−１０００ｍＶのＥＲＷ内に浸漬させ洗浄する工程と、
（２）．前記半導体基板を純水中に浸漬させＥＲＷを除去する工程と、
（３）．前記半導体基板にＮ２もしくは乾燥空気を吹き付け、前記半導体基板を乾燥させる工程により、半導体基板表面のパーティクルと金属汚染を除去する方法である。
（１）．半導体基板を浸漬式洗浄機の基板カセットに乗せ、前記半導体基板をｐＨ１１〜１３且つＯＲＰ−５００〜−１０００ｍＶのＥＲＷ内に浸漬させ洗浄する工程と、
（２）．前記半導体基板を純水中に浸漬させＥＲＷを除去する工程と、
（３）．前記半導体基板にＮ２もしくは乾燥空気を吹き付け、前記半導体基板を乾燥させる工程により、半導体基板表面のパーティクルと金属汚染を除去する方法である。
シリコン面をシリカを用いた研磨材で研磨したウェーハを本発明の洗浄方法で洗浄することで０．２ミクロン以上のパーティクルを１００個以下に、また重金属汚染を１ｘ１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下にすることができる（表１〜表４参照）。
本発明の請求項１の方法で洗浄した後のシリコン基板表面のパーティクル数を示すものである。
本発明の請求項１の方法で洗浄した後の重金属の量を示すものである。
本発明の請求項２の方法で洗浄した後のシリコン基板表面のパーティクル数を示すものである。
本発明の請求項２の方法で洗浄した後の重金属の量を示すものである。
以下、本発明の実施方法を詳細に説明する。
実施例１
８インチ径のシリコン基板表面をｐＨ１１．６のアルカリ水溶液中に分散した３０ｎｍの粒径のシリカスラリー（ＧＲＡＮＺＯＸ−１３０２、フジミインコーポレーテッド製）を純水で１０倍に希釈したものを用いて、不織布パッド（ＳＵＢＡ＃４００，ニッタ・ハース製）でシリコンを２μｍの深さまで研磨した後、下記条件にて洗浄を行った。研磨機は岡本工作機械製作所製ＳＰＰ８００Ｓを用いた。
８インチ径のシリコン基板表面をｐＨ１１．６のアルカリ水溶液中に分散した３０ｎｍの粒径のシリカスラリー（ＧＲＡＮＺＯＸ−１３０２、フジミインコーポレーテッド製）を純水で１０倍に希釈したものを用いて、不織布パッド（ＳＵＢＡ＃４００，ニッタ・ハース製）でシリコンを２μｍの深さまで研磨した後、下記条件にて洗浄を行った。研磨機は岡本工作機械製作所製ＳＰＰ８００Ｓを用いた。
（１）．ｐＨ１２．６、酸化還元電位（ＯＲＰ）−８１３ｍＶのＥＲＷを１Ｌ／ｍｉｎの流量でシリコン基板のほぼ中央に放出し、シリコン基板回転数５００ｍｉｎ−１にて６０秒洗浄し、
（２）．ＤＩＷを２Ｌ／ｍｉｎの流量でシリコン基板のほぼ中央に放出し、シリコン基板回転数１００ｍｉｎ−１にて６０秒リンスし、
（３）．シリコン基板の回転数を１５００ｍｉｎ−１で６０秒間乾燥させ完了させた。
（２）．ＤＩＷを２Ｌ／ｍｉｎの流量でシリコン基板のほぼ中央に放出し、シリコン基板回転数１００ｍｉｎ−１にて６０秒リンスし、
（３）．シリコン基板の回転数を１５００ｍｉｎ−１で６０秒間乾燥させ完了させた。
この洗浄を行った後のパーティクル数は、表１の＃１〜３に示す様に、０．２ミクロン以上で１０〜１９個であり、実用上十分である。
また、この時の重金属の量を、全反射蛍光Ｘ線分析法で計測した結果、表２の＃１〜３に示す様に、１ｘ１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、良好であった。
シリコンの表面粗さは、０．２７〜０．３４ｎｍ（Ｒａ）であり、本洗浄によってシリコン表面の面性状を劣化させていないことが分かる。
また、８インチ径のシリコン基板表面をｐＨ１１．６のアルカリ水溶液中に分散した３０ｎｍの粒径のシリカスラリー（ＧＬＡＮＺＯＸ−１３０２、フジミインコーポレーテッド製）を純水で１０倍に希釈したものを用いて、不織布パッド（ＳＵＢＡ＃４００，ニッタ・ハース製）でシリコンを２μｍの深さまで研磨した後、さらに、ｐＨ１０．６のアルカリ溶液中に分散した１２ｎｍのシリカスラリー（ＧＬＡＮＺＯＸ３１０５，フジミインコーポレーテッド製）を純水で３０倍に希釈したものを用いて、スウェードパッド（ＲＮ−Ｈ，ニッタ・ハース製）で仕上げ研磨した後、下記条件で洗浄を行った。研磨機は岡本工作機械製作所ＳＰＰ８００Ｓを用いた。
（１）．ｐＨ１２．６、酸化還元電位（ＯＲＰ）−７９８ｍＶのＥＲＷを１Ｌ／ｍｉｎの流量でシリコン基板のほぼ中央に放出し、シリコン基板回転数５００ｍｉｎ−１にて６０秒洗浄し、
（２）．ＤＩＷを２Ｌ／ｍｉｎの流量でシリコン基板のほぼ中央に放出し、シリコン基板回数１００ｍｉｎ−１にて６０秒リンスし、
（３）．シリコン基板の回転数を１５００ｍｉｎ−１で６０秒間乾燥させ完了させた。
（２）．ＤＩＷを２Ｌ／ｍｉｎの流量でシリコン基板のほぼ中央に放出し、シリコン基板回数１００ｍｉｎ−１にて６０秒リンスし、
（３）．シリコン基板の回転数を１５００ｍｉｎ−１で６０秒間乾燥させ完了させた。
この洗浄を行った後のパーティクル数は、表１の＃４〜５に示す様に、０．２ミクロン以上で２〜３個であり、仕上げ研磨後の洗浄でさらにパーティクルを低減できることが分かる。
また、この時の重金属の量を、全反射蛍光Ｘ線分析法で計測した結果、表２の＃４〜５に示す様に、１ｘ１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、重金属量に関しては仕上げ研磨の有無に差異はなかった。
実施例２
８インチ径のシリコン基板表面をｐＨ１１．６のアルカリ水溶液中に分散した３０ｎｍの粒径のシリカスラリー（ＧＲＡＮＺＯＸ−１３０２、フジミインコーポレーテッド製）を純水で１０倍に希釈したものを用いて、不織布パッド（ＳＵＢＡ＃４００，ニッタ・ハース製）でシリコンを２μｍの深さまで研磨した後、下記条件にて洗浄を行った。研磨機は岡本工作機械製作所製ＳＰＰ８００Ｓを用いた。
８インチ径のシリコン基板表面をｐＨ１１．６のアルカリ水溶液中に分散した３０ｎｍの粒径のシリカスラリー（ＧＲＡＮＺＯＸ−１３０２、フジミインコーポレーテッド製）を純水で１０倍に希釈したものを用いて、不織布パッド（ＳＵＢＡ＃４００，ニッタ・ハース製）でシリコンを２μｍの深さまで研磨した後、下記条件にて洗浄を行った。研磨機は岡本工作機械製作所製ＳＰＰ８００Ｓを用いた。
（１）．ｐＨ１２．６、酸化還元電位（ＯＲＰ）−８１０ｍＶのＥＲＷ槽に浸漬し１２０秒洗浄し、
（２）．オーバフローしているＤＩＷ槽に移動して１２０秒リンスし、
（３）．乾燥チャンバーに移動しＮ２ブロー雰囲気で６０秒間乾燥させ完了させた。
（２）．オーバフローしているＤＩＷ槽に移動して１２０秒リンスし、
（３）．乾燥チャンバーに移動しＮ２ブロー雰囲気で６０秒間乾燥させ完了させた。
この洗浄を行った後のパーティクル数は、表３の＃１〜５に示す様に、０．２ミクロン以上で３０〜８６個であり、実施例１よりやや多いが、実用上十分である。
また、この時の重金属の量を、全反射蛍光Ｘ線分析法で計測した結果、表４の＃１〜５に示す様に、１ｘ１０１０ａｔｏｍｓ／ｃｍ２以下であり、良好であった。
以上、説明したように、ＥＲＷのみでの洗浄で実用上十分な性能を実現でき且つ、有害なガスは発生せず、廃液はそのまま排水しても害はないため、廃水処理や排ガス処理費用が不要となり大幅なコストダウンが見込めるだけでなく、従来使用していたＰＶＡブラシなどの消耗部材も不要となるためランニングコストの低減とともに、洗浄機の構成を簡易化できイニシャルコストも低減できる。
環境負荷の少ない洗浄方法により半導体デバイスや固体デバイスの洗浄に寄与できる。
１ 陽イオン交換膜
２ カソード電極
３ アノード電極
４ 電解質溶液
５ 電解還元水（ＥＲＷ）
６ 超純水
７ Ｓｉウェーハ
８ 洗浄チャンバー
９ ウェーハ保持ピン
１０ スピンテーブル
２ カソード電極
３ アノード電極
４ 電解質溶液
５ 電解還元水（ＥＲＷ）
６ 超純水
７ Ｓｉウェーハ
８ 洗浄チャンバー
９ ウェーハ保持ピン
１０ スピンテーブル
Claims (2)
- 半導体基板表面を洗浄する場合において、アノード電極が配設されると共に電解質溶液が充填された第１槽と、カソード電極が配設されて超純水を流入させる第１配管および電解還元水を流出させる第２配管が接続された第２槽と、前記第１槽および前記第２槽の間に配設された陽イオン交換膜と、前記アノード電極および前記カソード電極に接続された直流電源とを備えて、前記第２槽に流入させた超純水から前記電解還元水のみを生成する装置を用いて当該電解還元水のみを生成し、生成した当該電解還元水により、下記一連の工程で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（１）．半導体基板を枚葉式洗浄機の基板ホルダー上に乗せ、５０〜１０００ｍｉｎ−１で回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面にｐＨ１１〜１３且つ酸化還元電位（以下ＯＲＰ）−５００〜−１０００ｍＶの前記電解還元水を吹きかけ、洗浄する工程。
（２）．前記洗浄工程後に、前記半導体基板を５０〜５００ｍｉｎ−１に回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面に純水を吹きかけ前記電解還元水を除去する工程。
（３）．前記電解還元水を除去する工程後に、前記半導体基板を１０００〜２０００ｍｉｎ−１に回転させながら前記半導体基板の表面もしくは表面と裏面にＮ２もしくは乾燥空気を吹き付け、前記半導体基板を乾燥させる工程。 - 半導体基板表面を洗浄する場合において、アノード電極が配設されると共に電解質溶液が充填された第１槽と、カソード電極が配設されて超純水を流入させる第１配管および電解還元水を流出させる第２配管が接続された第２槽と、前記第１槽および前記第２槽の間に配設された陽イオン交換膜と、前記アノード電極および前記カソード電極に接続された直流電源とを備えて、前記第２槽に流入させた超純水から前記電解還元水のみを生成する装置を用いて当該電解還元水のみを生成し、生成した当該電解還元水により、下記一連の工程で行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（１）．半導体基板を浸漬式洗浄機の基板カセットに乗せ、前記半導体基板をｐＨ１１〜１３且つＯＲＰ−５００〜−１０００ｍＶの前記電解還元水内に浸漬させ洗浄する工程。
（２）．前記浸漬させ洗浄する工程後に、前記半導体基板を純水中に浸漬させ前記電解還元水を除去する工程。
（３）．前記電解還元水を除去する工程後に、前記半導体基板にＮ２もしくは乾燥空気を吹き付け、前記半導体基板を乾燥させる工程。
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