JPH05291214A

JPH05291214A - 基板表面の洗浄方法

Info

Publication number: JPH05291214A
Application number: JP11806692A
Authority: JP
Inventors: Masato Tanaka; 眞人田中
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】【目的】金属層の表面に形成された金属自然酸化膜
を、金属層を腐食させずに選択的に除去し、清浄な金属
層表面が得られるようにする。【構成】無水硫酸の蒸気を基板の表面に供給し、基板
上の金属層表面に形成された金属自然酸化膜に無水硫酸
を反応させて硫酸塩を生成させる。基板表面に溶存酸素
を殆んど含まない純水を供給し、純水で硫酸塩を溶解除
去した後、不活性ガス雰囲気下で基板表面を乾燥させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体デバイスや電
子デバイスなどの製造工程において、基板上の金属層の
表面に形成された金属自然酸化膜を基板上から除去する
基板表面の洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスや電子デバイスにおい
て、素子からの電気信号を伝送したり取り出したりする
電極と半導体素子本体又は他の電極配線との接触部分は
コンタクト部と呼ばれ、それらは基板上の絶縁膜に形成
されたコンタクトホールやスルーホールを介して電気的
に接続している。このコンタクト部には、電流−電圧特
性が直線的な関係となるオーミック性、低コンタクト抵
抗性、界面安定性、良好な密着性などが要求される。と
ころで、半導体デバイスや電子デバイスの製造工程にお
いて、基板上に形成された金属層の表面には、空気中に
おいて容易に自然酸化膜が形成され成長する。例えば、
室温におけるアルミニウムの自然酸化膜の飽和膜厚は３
ｎｍである、といった報告がなされている。

【０００３】半導体素子や下層電極配線或いはスルーホ
ールやコンタクトホールの金属表面が自然酸化膜によっ
て被覆されたままになっていると、デバイスにおけるコ
ンタクト抵抗が増大する他、上記諸要求が満たされなく
なる。さらに、半導体デバイスや電子デバイスの製造過
程で金属層の表面に自然酸化膜が形成されていると、金
属のエッチング反応が阻害され、不均一処理の原因とな
る。従って、半導体デバイスや電子デバイスの製造工程
の各段階において、金属層の表面に自然酸化膜が形成さ
れると、それを金属層表面から完全に除去しておく必要
がある。従来、金属層の表面に形成された金属自然酸化
膜は、腐食性ガスを使用してドライ洗浄により除去され
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シリコ
ン層表面に形成されたシリコン自然酸化膜の除去は、フ
ッ酸系液やその蒸気によって簡単に除去することができ
る（特表昭６２−５０２９３０号公報等参照）が、金属
層表面に形成された金属自然酸化膜の除去は非常に困難
であり、ドライ洗浄により金属自然酸化膜を除去する上
記方法も、プロセスの制御が困難であって自然酸化膜だ
けを選択的に除去することができず、また処理コストが
高価であり、基板のダメージ、基板上への反応成分分子
の吸着等といった問題点がある。このように、金属層表
面から金属自然酸化膜を除去する有効な方法は、未だ見
付かっていないのが現状である。

【０００５】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、金属層の表面に形成された金属自然
酸化膜を、金属層まで腐食させたりすることなく選択的
に除去することができ、基板上への不純物や反応生成物
の付着等といったことも起こらない基板表面の洗浄方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明では、腐食薬剤
として無水硫酸を使用し、その無水硫酸の蒸気を基板の
表面に供給し、基板表面に薄膜状に被着した金属酸化物
と無水硫酸とを反応させて硫酸塩を生成させるようにし
た。続いて、基板の表面に純水を供給し、基板表面に付
着した硫酸塩を溶解させて基板表面から除去し、その後
に、基板表面を乾燥させるようにした。以上の各工程、
特に乾燥工程は、不活性ガス雰囲気内において行なうよ
うにすることが望ましく、また、基板表面に供給する純
水として、溶存酸素が殆んど含まれていない純水を使用
することが好ましい。

【０００７】ここで、金属層の表面が金属酸化膜で被覆
された基板に、水を含んだ硫酸を接触させた場合には、
表面の金属酸化膜だけでなく、その下の金属層まで硫酸
によって腐食されてしまう。これに対し、この発明の方
法では、基板の表面に無水硫酸の蒸気を供給するように
しているので、表面の金属酸化物のみと無水硫酸が反応
し、金属酸化膜だけが腐食されて、その下の金属層は腐
食されない。また、基板がダメージを受けることもな
い。そして、金属酸化物（Ｍ₂Ｏ₃）と無水硫酸（Ｓ
Ｏ₃）とが直接に反応することにより、化１に示すよう
に硫酸塩（Ｍ₂（ＳＯ₄）₃）が生成する。

【０００８】

【化１】

【０００９】金属酸化物と無水硫酸との反応によって生
成した硫酸塩は、水に溶解され易く、基板表面に純水が
供給されることにより、硫酸塩は純水中に溶解して基板
上から除去され、有機物等の不純物も純水によって基板
表面から洗い流される。このとき、溶存酸素が殆んど含
まれていない純水を使用し、そして、基板表面の乾燥処
理を不活性ガス雰囲気内で行なうようにすれば、金属酸
化膜が除去された金属層の表面が再び酸化作用を受け
て、金属層表面に金属酸化膜が再形成されるといった心
配が無くなる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について説明
する。

【００１１】図１は、この発明に係る基板表面洗浄方法
を実施するのに使用される洗浄装置の構成の１例を示す
概略断面図である。この洗浄装置は、開閉シャッタ14が
配設されたウエハ搬出入口12を有するチャンバ10内に、
ウエハを上面に載置して水平面内において回転する回転
支持テーブル16を配設して構成されている。チャンバ10
には、無水硫酸の蒸気供給装置18が蒸気配管20を介して
連通接続されているとともに、窒素供給源がガス配管22
を介して連通接続されている。また、チャンバ10の内部
の回転支持テーブル16の上面の方向に噴射口が向けられ
た純水噴出パイプ24がチャンバ10に配設されており、純
水噴出パイプ24には給水配管26を介して純水供給源が流
路接続されている。また、チャンバ10の底部には、排液
・排気口28が形成されている。

【００１２】図１に示した装置を使用し、以下のように
して基板表面の洗浄処理が行なわれる。まず、基板、例
えばメタル電極配線付ウエハをウエハ搬出入口12を通し
てチャンバ10内へ搬入し、その後に開閉シャッタ14によ
りウエハ搬出入口12を閉塞する。そして、チャンバ10内
へ不活性ガス、例えば窒素ガスを窒素供給源からガス配
管22を通して送り込み、以後、一連の洗浄処理が終了す
るまでチャンバ10内へ窒素ガスを送給し続け、チャンバ
10内を酸素が存在しない不活性ガス雰囲気に保つ。この
状態で無水硫酸の蒸気を蒸気供給装置18から不活性キャ
リアガス（窒素ガス）によって蒸気配管20を通しチャン
バ10内へ導入し、メタル電極配線付ウエハの表面に無水
硫酸の蒸気を供給する。この処理により、ウエハ上のメ
タル電極配線を形成する金属層、例えばアルミニウム層
の表面を被覆しているアルミニウム自然酸化膜（Ａｌ₂
Ｏ₃）が無水硫酸によって腐食され、そのときの直接反
応によって化２に示すように硫酸アルミニウム（Ａｌ₂
（ＳＯ₄）₃）が生成する。

【００１３】

【化２】

【００１４】この場合、一般にアルミニウムは無水硫酸
に対する防食材料として選定されることからも知れるよ
うに、表面のアルミニウム自然酸化膜だけが腐食され、
その下のアルミニウム層（電極配線）まで腐食されるこ
とはない。

【００１５】次に、純水供給源から給水配管26を通し溶
存酸素が殆んど含まれていない純水をチャンバ10へ供給
し、純水噴出パイプ24から純水を回転支持テーブル16上
に載置固定されているウエハの表面へ吹き付ける。この
処理により、硫酸アルミニウムは純水中に溶解し（水に
対する硫酸アルミニウムの溶解度は、１０７．４ｇ／１
００ｇである）、ウエハ表面から流下する水と一緒に硫
酸アルミニウムがウエハ上から除去される。また、この
とき、ウエハ表面に付着していた有機物なども洗い流さ
れる。そして、廃液は、排液・排気口28から窒素ガスと
一緒にチャンバ10外へ排出される。

【００１６】最後に、チャンバ10内へ窒素ガスを供給し
続けたまま、窒素ガス雰囲気下でウエハ表面を乾燥さ
せ、乾燥処理が終了すると、ウエハをチャンバ10から搬
出して、次の処理室、例えば金属成膜室或いはエッチン
グ処理室へウエハを移送する。

【００１７】図２は、この発明に係る基板表面洗浄方法
を適用して金属自然酸化膜を除去する過程を説明するた
めの図である。図２の（ａ）は、絶縁層30の表面に金属
層、例えばアルミニウム層32が被着形成され、そのアル
ミニウム層32の表面にアルミニウム自然酸化膜34が形成
されて、表面がアルミニウム自然酸化膜34で被覆された
アルミニウム層32上に、スルーホール38を有する絶縁膜
36が被着形成されている状態を示している。この図２の
（ａ）に示した状態のまま、絶縁膜36の表面及びスルー
ホール38内に２層目の金属層を形成すると、コンタクト
抵抗の増大等といった不都合を生じるため、上記したこ
の発明に係る方法を用いて、アルミニウム自然酸化膜34
の、スルーホール38の形成部分に対応する部分を除去す
る。それにより、図２の（ｂ）に示すように、絶縁膜36
のスルーホール38の底部に、アルミニウム自然酸化膜が
除去され有機物等の不純物の付着も無いアルミニウム層
32の表面が露出する。この状態にしてから、図２の
（ｃ）に示すように、絶縁膜36上に２層目のアルミニウ
ム層40を形成することにより、１層目のアルミニウム層
32と２層目のアルミニウム層40とがスルーホール38を介
して直接に接続された基板が得られる。

【００１８】また、図示していないが、絶縁基板の表面
に被着形成された金属層、例えばアルミニウム層をエッ
チング処理する場合には、所要パターンのレジスト膜で
被覆されたアルミニウム層の、レジスト膜で被覆されて
いない部分の表面に形成されたアルミニウム自然酸化膜
を、上記したこの発明に係る方法を用いて除去した後、
アルミニウム層の、レジスト膜で被覆されていない部分
を食刻し、エッチング後にアルミニウム層上からレジス
ト膜を剥離するようにすればよい。このように自然酸化
膜を除去してからアルミニウム層をエッチング処理する
ことにより、エッチング処理を均一に行なうことができ
る。また、アルミニウム層上からレジスト膜を剥離した
後、再度この発明に係る方法を利用して、アルミニウム
層の表面の、レジスト膜で被覆されていた部分に残存し
ているアルミニウム自然酸化膜を除去しておくようにす
る。図３に、この発明に係る方法を利用した、デバイス
製造工程の一部のフローチャートを示す。

【００１９】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、この発明に係る方法により基板の表
面を洗浄するようにすれば、金属層を腐食させたりする
ことなくその表面に形成された金属自然酸化膜だけを選
択的に除去して、有機物等の不純物や反応生成物の付着
が無く金属自然酸化膜で被覆されていない清浄な金属層
表面を得ることができ、洗浄の際に基板がダメージを受
けることもなく、この発明は、半導体デバイスや電子デ
バイスの品質向上に大いに寄与し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る基板表面洗浄方法を実施するの
に使用される洗浄装置の構成の１例を示す概略断面図で
ある。

【図２】この発明に係る基板表面洗浄方法の適用例を説
明するための基板の一部拡大縦断面図である。

【図３】この発明に係る基板表面洗浄方法を利用した、
デバイス製造工程の一部の手順を示すフローチャートで
ある。

【符号の説明】

10 チャンバ 16 回転支持テーブル 18 無水硫酸の蒸気供給装置 22 窒素ガス配管 24 純水噴出パイプ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に無水硫酸の蒸気を供給し、
基板表面に薄膜状に被着した金属酸化物と無水硫酸とを
反応させて硫酸塩を生成させる工程と、基板の表面に純
水を供給し、基板表面に付着した硫酸塩を溶解させて基
板表面から除去する工程と、硫酸塩が溶解除去された後
の基板の表面を乾燥させる工程とからなる基板表面の洗
浄方法。
【請求項２】不活性ガス雰囲気内において少なくとも
前記乾燥工程を行なう請求項１記載の基板表面の洗浄方
法。