JPH0786220A - 半導体ウエハの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体ウエハに対する付着異物が少なくかつ
金属汚染の問題のない高清浄度の洗浄技術を提供する。 【構成】 半導体ウエハを洗浄する際に、ＳＣ１洗浄工
程において半導体ウエハに形成された自然酸化膜を、希
ＨＦ洗浄工程で0.５〜1.０ｎｍ、好ましくは0.８ｎｍ程
度残す。したがって、ＳＣ１洗浄を行なうことにより、
半導体ウエハの表面への異物、つまりパーティクルの付
着が防止され、希ＨＦ洗浄を行なうことにより半導体ウ
エハに残存する金属汚染が防止される。さらに、自然酸
化膜を所定の厚みだけ残すことにより、表面を親水性に
保持して異物の付着が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハを製造す
る際のエピタキシャル層成長工程、酸化膜形成工程およ
び不純物の拡散工程等に適用する半導体ウエハの洗浄方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エピタキシャル層成長工程、酸化膜形成
工程および不純物の拡散工程等の半導体ウエハの製造工
程の前処理として、従来、標準的に使用されている洗浄
技術としては、ＲＣＡ洗浄がある。

【０００３】このＲＣＡ洗浄にはアンモニア水(NH₄OH)
と過酸化水素水(H₂O₂)と純水(H₂0)との混合液を洗浄液
とするＳＣ１洗浄、塩酸(HCl) と過酸化水素水と純水と
の混合液を洗浄液とするＳＣ２洗浄、そしてフッ酸水溶
液(HF)を洗浄液とするＨＦ洗浄がある。

【０００４】前述した工程における半導体ウエハの前処
理として標準的に使用されている洗浄方法は、ＳＣ１洗
浄を行なった後に、0.５％程度の濃度のフッ酸溶液を洗
浄液とする希ＨＦ洗浄を１分程度行なうことである。

【０００５】また、ゲート酸化膜のようにパッド酸化膜
を除去してシリコン基板を剥き出しにして、新たにシリ
コン酸化膜を形成する場合には、ＳＣ１洗浄を行なった
後に、2.５〜１０％程度の濃度のフッ酸溶液を洗浄液と
する濃ＨＦ洗浄が行なわれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者
は、半導体ウエハの洗浄方法について検討した。以下
は、本発明者によって検討された技術であり、その概要
は次のとおりである。

【０００７】すなわち、ＳＣ１洗浄は、ウエハ表面を酸
化するとともにエッチングする能力があるため、ウエハ
付着異物つまりパーティクルを除去するのに効果的であ
るが、Fe、Zn等は除去しにくく金属汚染が残存する。そ
こで、この金属汚染を除去するためにＨＦ洗浄が行なわ
れており、エピタキシャル成長工程等の前記半導体ウエ
ハの前処理としては、通常、ＳＣ１洗浄と希ＨＦ洗浄が
行なわれている。

【０００８】ＳＣ１洗浄で形成されるシリコン自然酸化
膜は、その膜厚が安定であり、1.１ｎｍ〜1.２ｎｍであ
る。一方、0.５％前後のフッ酸濃度、つまり１：９９フ
ッ酸の希ＨＦ洗浄のシリコン酸化膜に対するエッチング
レートは室温で約３ｎｍ／ｍｉｎである。前記自然酸化
膜を除去することと金属汚染を除去する目的からＳＣ１
洗浄後の希ＨＦ洗浄の標準的な処理時間は約１分となっ
ている。

【０００９】ところが、ＨＦ洗浄でシリコン酸化膜が除
去されウエハ表面が剥き出しになると、シリコン表面が
化学的に活性化するので異物が付着し易くなる。またＨ
Ｆ洗浄でシリコン酸化膜を削ることにより、コロイド珪
酸が生じてこれがウエハに付着して異物が増加すること
になる。特に、削れ量が多い濃ＨＦ洗浄ではこれが顕著
である。

【００１０】また、ゲート酸化膜のようにパッド酸化膜
を除去してシリコン基板を剥き出しにし新たにシリコン
酸化膜を形成する場合には、従来、前述したように、前
洗浄として、ＳＣ１洗浄の次に濃ＨＦ洗浄を行なってい
るが、上述したように金属汚染については問題がない
が、ウエハ付着異物は非常に多かった。

【００１１】一方、この付着物を低減するために濃ＨＦ
洗浄処理を行なった後にＳＣ１洗浄を行なうと、付着異
物は低減するが、やはり上述した理由で今度は金属汚染
が問題となる。

【００１２】本発明の目的は、上述した問題点を解決し
て、付着異物が極めて少なくかつ金属汚染の問題もない
高清浄度のウエハ表面を作り出す洗浄技術を提供するこ
とにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１５】すなわち、本発明の半導体ウエハの洗浄方
法は、アンモニア水と過酸化水素水と純水との混合液を
洗浄液とするＳＣ１洗浄工程と、0.５％前後のフッ酸溶
液を洗浄液とする希ＨＦ洗浄工程とを有し、ＳＣ１洗浄
工程で半導体ウエハに形成された自然酸化膜を、希ＨＦ
洗浄工程で0.５〜1.０ｎｍの厚みだけ、好ましくは0.８
ｎｍだけ残して洗浄する。

【００１６】

【作用】前記洗浄工程を有する本発明の半導体ウエハの
洗浄方法にあっては、ＳＣ１洗浄工程で半導体ウエハの
表面に形成された自然酸化膜を、希ＨＦ洗浄工程で所定
の厚みだけ残すようにしたので、半導体ウエハの表面は
自然酸化膜により覆われて化学的に安定な状態の親水性
となっており、異物が付着しにくくなる。また、ＳＣ１
洗浄工程で残存する金属汚染は、ＨＦ洗浄工程において
自然酸化膜を薄く除去することにより除去することがで
きる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】（実施例１）図１（ａ）は本発明の一実施
例である半導体ウエハの洗浄方法を示す工程図であり、
本発明は、図示するように、ＳＣ１洗浄工程１１と希Ｈ
Ｆ洗浄工程１２とを有している。

【００１９】このＳＣ１洗浄工程１１では、アンモニア
水と過酸化水素水と純水の混合液を洗浄液として半導体
ウエハに対する洗浄が行なわれる。洗浄液は７５〜８５
℃程度に加熱され、所定の処理時間、通常１０〜２０分
程度の処理時間洗浄を行なう。このＳＣ１洗浄工程にお
いて、半導体ウエハの表面には1.１〜1.２ｎｍの膜厚の
シリコン自然酸化膜が形成される。

【００２０】希ＨＦ洗浄工程１２では、0.５％程度のフ
ッ酸つまり１：９９フッ酸濃度の希ＨＦ洗浄液を用いて
洗浄が行なわれる。この希ＨＦ洗浄液を用いた洗浄で
は、シリコン酸化膜に対するエッチングレートは室温で
３ｎｍ／ｍｉｎであり、従来では１分間洗浄作業がなさ
れたが、本発明にあっては、１０秒間だけ洗浄作業を行
なうことにより、ＳＣ１洗浄工程で半導体ウエハの表面
に形成された自然酸化膜を0.８ｎｍの厚みで残すことが
できる。このように、この実施例の洗浄シーケンスは、
ＳＣ１洗浄と希ＨＦ洗浄１０秒であり、半導体ウエハの
表面に親水性を持たせることができる。

【００２１】希ＨＦ洗浄工程１２で残す自然酸化膜の厚
みは、希ＨＦ洗浄液の濃度と処理時間とを調整すること
により、制御することができ、前記実施例よりも薄く自
然酸化膜を残すのであれば、前述と同様の濃度の１：９
９フッ酸を使用する場合には、処理時間を長くすること
になる。

【００２２】ＳＣ１洗浄工程で半導体ウエハの表面に形
成された自然酸化膜を、この表面に残留する金属汚染を
除去するには、1.０ｎｍ程度の厚みとするように希ＨＦ
洗浄処理を行なうようにしても良い。1.０ｎｍの厚みが
残る程度まで希ＨＦ洗浄しないと、金属汚染を除去する
ことができない。

【００２３】一方、自然酸化膜の厚みを0.５ｎｍ以下と
なる程度までＨＦ洗浄を行なうと、半導体ウエハの表面
が化学的に活性化されて、ウエハの表面に異物が付着す
ることになる。したがって、ＨＦ洗浄工程で残す自然酸
化膜の厚みは、1.０〜0.５ｎｍであり、好ましくは0.８
ｎｍである。

【００２４】（実施例２）図１（ｂ）は本発明の他の実
施例である半導体ウエハの洗浄方法を示す工程図であ
る。この洗浄方法は、ゲート酸化膜のようにパット酸化
膜を除去してシリコン基板を剥き出しにし新たにシリコ
ン酸化膜を形成する際に適用される。

【００２５】その場合には、2.５〜１０％のフッ酸濃度
つまり１：１９フッ酸の濃ＨＦ洗浄工程１０を、前述し
たＳＣ１洗浄工程１１の前に行なう。この濃ＨＦ洗浄工
程１０の処理時間は、除去する酸化膜の厚みによって調
整される。したがって、この実施例における洗浄シーケ
ンスは、濃ＨＦ洗浄Ｘ分とＳＣ１洗浄と希ＨＦ洗浄１０
秒である。この希ＨＦ洗浄工程１２における処理時間
も、前記実施例と同様に残す酸化膜の厚みに応じて所定
の時間に設定することができる。

【００２６】図２および図３は、本発明の半導体ウエハ
の洗浄方法の実験データを示す図であり、図２は半導体
ミラーウエハを洗浄したときのウエハへの付着異物（φ
0.３μｍ以上）のレベルを測定したデータを示す。

【００２７】従来のように、ＳＣ１洗浄の後に、希ＨＦ
洗浄処理を１分間行なった場合には、図２において符号
Ａで示すように、１つの半導体ウエハ当たり平均２８個
であったが、本発明の洗浄方法を実施した場合には、半
導体ウエハに付着する異物は平均2.３個と激減した。

【００２８】図２はＳＣ１洗浄工程１１後における希Ｈ
Ｆ洗浄の処理時間とウエハに残存する金属汚染の関係
を、少数キャリアライフタイム評価で調べたものであ
る。ＳＣ１洗浄後にＨＦ処理が行なわれない場合には、
金属汚染が存在するが、ＨＦ処理５秒でライフタイムは
回復していることが分かる。

【００２９】このように、従来の洗浄方法では半導体ウ
エハに粒径が0.３μｍ以上の異物が数十〜数百個付着し
ていたが、本発明の実施例にあっては、数個レベルにま
で異物の付着数を低減することができる。そして、この
ように付着異物が低減されと、半導体集積回路のパター
ン欠陥、酸化膜欠陥も減少し、半導体素子の歩留りが向
上した。

【００３０】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３１】たとえば、実施例では１：９９フッ酸濃度
のＨＦ洗浄液を用いて１０秒間だけ、ＳＣ１洗浄後の半
導体ウエハを洗浄するようにしたが、これよりも濃度の
低い１：９９９フッ酸濃度のＨＦ洗浄液を用いて３０秒
だけＨＦ処理を行なうようにしても良い。ＳＣ１洗浄工
程で形成された自然酸化膜を0.５〜1.０ｎｍ、好ましく
は0.８ｎｍの厚みで残すのであれば、フッ酸の濃度と処
理時間は種々の値に設定することができる。

【００３２】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその利用分野であるＶＬＳＩやＬＳＩ等
のシリコン半導体ウエハを洗浄するために適用した場合
について説明したが、これに限定されるものではなく、
たとえば、ＧａＡｓ等の半導体ウエハの洗浄のためにも
本発明を適用できる。

【００３３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００３４】(1).半導体ウエハをＳＣ１洗浄することに
より、表面に自然酸化膜を形成しつつ付着異物の除去が
なされる。

【００３５】(2).ＳＣ１洗浄の後にＨＦ洗浄を行なうこ
とで、ＳＣ１洗浄後の半導体ウエハの表面に残存する金
属汚染を除去することができる。

【００３６】(3).しかも、希ＨＦ洗浄においては、自然
酸化膜を0.５〜1.０ｎｍ、好ましくは0.８ｎｍ程度残す
ことにより、半導体ウエハの表面は親水性となり、希Ｈ
Ｆ洗浄処理後に半導体ウエハに異物が付着することが防
止される。

【００３７】(4).したがって、付着異物がきわめて少な
くかつ金属汚染の問題のない高清浄度の表面を有する半
導体ウエハを得ることができる。

【００３８】(5).このように付着異物が低減することか
ら、半導体集積回路のパターン欠陥、酸化膜欠陥が減少
して半導体素子の歩留りが向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a),(b) は本発明の半導体ウエハの洗浄方法の
洗浄工程を示す工程図である。

【図２】本発明の洗浄方法を用いて洗浄したミラーウエ
ハへのウエハ付着異物のレベルを、従来の洗浄方法と比
較して示す比較グラフである。

【図３】ＳＣ１洗浄を行なった後のＨＦ洗浄の処理時間
とライフタイムを示す比較グラフである。

【符号の説明】

１０ 濃ＨＦ洗浄工程 １１ ＳＣ１洗浄工程 １２ 希ＨＦ洗浄工程

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンモニア水と過酸化水素水と純水との
   混合液を洗浄液として半導体ウエハを洗浄するＳＣ１洗
   浄工程と、0.５％前後のフッ酸溶液を洗浄液として、前
   記ＳＣ１洗浄工程で前記半導体ウエハに形成された自然
   酸化膜を0.５〜1.０ｎｍの厚みだけ残して前記半導体ウ
   エハを洗浄する希ＨＦ洗浄工程とを有する半導体ウエハ
   の洗浄方法。
2. 【請求項２】 2.５〜１０％程度の濃度のフッ酸溶液を
   洗浄液として前記半導体ウエハを洗浄する濃ＨＦ洗浄を
   行なった後に、前記ＳＣ１洗浄工程と前記ＨＦ洗浄工程
   とを行なう請求項１記載の半導体ウエハの洗浄方法。