JPH0964002A - 半導体ウエハの洗浄装置及び半導体ウエハの洗浄方法 - Google Patents

半導体ウエハの洗浄装置及び半導体ウエハの洗浄方法

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JPH0964002A
JPH0964002A JP21434595A JP21434595A JPH0964002A JP H0964002 A JPH0964002 A JP H0964002A JP 21434595 A JP21434595 A JP 21434595A JP 21434595 A JP21434595 A JP 21434595A JP H0964002 A JPH0964002 A JP H0964002A
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JP
Japan
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semiconductor wafer
cleaning
electrode
working electrode
electrolytic solution
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JP21434595A
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Koichiro Saga
幸一郎 嵯峨
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Sony Corp
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ表面に吸着したCu(銅)を除
去する洗浄装置及び洗浄方法を提供する。 【解決手段】 白金からなる治具14に接触保持させた
状態の半導体ウエハからなるを作用電極15を備えた電
気化学セルによって半導体ウエハの洗浄装置1を構成す
る。電気化学セル1の参照電極18によって測定した電
気化学セル1の電解液11と作用電極15との間の平衡
電位を基準電位にして、電解液11と作用電極15との
間に除去したい金属不純物がアノード腐食する範囲の電
位差を生じさせる状態で、作用電極15と電気化学セル
1の対電極13とに電圧を印加する。そして、半導体ウ
エハ(15)を電解液11に対して陽極に保って電解液
11から半導体ウエハ(15)への逆汚染を防止した状
態で、半導体ウエハ(15)表面の金属不純物を電解液
11中に溶出させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの洗
浄方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化に伴うデバイス構
造の微細化によって、半導体装置の製造プロセスで混入
するパーティクルや金属不純物が半導体装置の歩留りや
デバイスの特性に大きな影響を及ぼすようになってきて
いる。例えば、半導体ウエハの表面に付着した金属不純
物は、酸化膜の耐圧不良や導電部における接合リーク不
良を引き起こす要因になる。しかしながら、半導体装置
の製造プロセスは、そのほとんどがパーティクルや金属
不純物の発生源であるため、上記歩留りや特性を向上さ
せるためには、全製造プロセスに渡って基板表面を清浄
に保たなければならない。
【0003】そこで、複数種の汚染物質を簡単かつ低コ
ストで除去するために、複数の洗浄液による処理を組み
合わせた多層浸漬バッチ方式の洗浄技術が広く使用され
ている。その基本は、アンモニア水と過酸化水素水との
混合水溶液(以下、SC−1と記す)による洗浄と、塩
酸と過酸化水素水との混合水溶液(以下、SC−2と記
す)による洗浄と、希フッ酸(以下、DHFと記す)に
よる洗浄とを組み合わせたRCA洗浄である。上記RC
A洗浄によれば、SC−1による洗浄によって基板表面
のパーティクルが除去され、SC−2による洗浄によっ
て金属不純物が除去され、またDHFによる洗浄によっ
てウエハ表面に形成された自然酸化膜と金属不純物とが
除去される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記RCA洗
浄には、以下のような課題があった。すなわち、DHF
によって半導体ウエハ表面の自然酸化膜を除去するとベ
アウエハの表面が剥き出しになり、Cu(銅)やAu
(金)等の貴金属が吸着し易くなる。このため、洗浄薬
液からの逆汚染によって半導体ウエハ表面が汚染されて
しまう。このようにして半導体ウエハの表面に吸着した
上記金属は、上記SC−1、SC−2による洗浄によっ
ても除去され難い。例えば、DHF洗浄前後における半
導体ウエハ表面へのCuの吸着量は、DHF洗浄前が1
12 atoms/cm2 であるのに対してDHF洗浄後が1
11 atoms/cm2 であり、Cuの吸着量が一桁程度低
減されるに過ぎなかった。以上のことから、上記の各薬
液洗浄を組み合わせた半導体ウエハの洗浄方法では、半
導体ウエハ表面に吸着したCuやAu等の貴金属を除去
する能力が不十分であり、当該Cuによる半導体装置の
歩留りの低下やデバイス特性を劣化を防止することがで
きない。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明の半導体
ウエハの洗浄装置は、電気化学セルの作用電極に、耐食
性と導電性とを有する材料からなる治具に接触保持させ
た状態の半導体ウエハを用いたことを特徴としている。
この洗浄装置では、電気化学セルの電解液と作用電極と
の間の平衡電位を基準電位にして、上記電解液と上記作
用電極すなわち半導体ウエハとの間の電位差が任意の値
に設定される。
【0006】また、本発明の半導体ウエハの洗浄方法
は、耐食性と導電性とを有する材料からなる治具に接触
保持させた状態の半導体ウエハを作用電極にした電気化
学セルを形成し、上記電気化学セルの参照電極によって
測定された当該電気化学セルの電解液と上記作用電極と
の間の平衡電位を基準電位にして、上記電解液と上記作
用電極との間に上記金属不純物がアノード腐食する範囲
の電位差を生じさせる状態で、当該作用電極と上記対電
極とに電圧を印加することを特徴としている。上記洗浄
方法では、作用電極の表面に付着した金属不純物と電解
液との間に、当該金属不純物がアノード腐食する範囲で
電位差が生じる。このため、作用電極である半導体ウエ
ハ表面から上記電解液中に上記金属不純物が溶出し、当
該半導体ウエハ表面から上記金属不純物が除去される。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の半導体ウエハの洗
浄装置及び洗浄方法を、シリコンからなる半導体ウエハ
の表面に吸着したCu(銅)の除去を目的とした洗浄装
置及び洗浄方法に適用した実施形態について説明する。
図1は、半導体ウエハの洗浄装置の一例を示す概略構成
図であり、図2はCuのpH−電位図である。先ず、こ
れらの図を用いて本実施形態の洗浄装置の構成を説明す
る。
【0008】図1に示すように、洗浄装置1には、内部
が第1電解液11で満たされた洗浄槽12が備えられて
いる。この第1電解液11としては、図2に示すCuの
pH−電位図から、Cuのアノード腐食が進むアノード
腐食領域AのpHを有する溶液を用いることとし、ここ
では例えば硫酸(H2 SO4 )溶液を第1電解液11に
用いる。また、この第1電解液11は、初期のCu濃度
が10-6 mol/l以下であることとする。
【0009】そして、図1に示すように、この第1電解
液11中には、白金からなる対電極13と、例えば白金
からなるウエハキャリア形状の治具14に接触保持させ
た状態の半導体ウェハからなる作用電極15が浸漬され
ている。
【0010】さらに、この洗浄装置1には、上記洗浄槽
12とは別に、内部が第2電解液16で満たされた参照
電極槽17が備えられている。この第2電解液16に
は、例えばKCl(塩化カリウム)溶液を用いる。そし
て、この第2電解液16内には、例えばAg/AgCl
(銀−塩化銀)電極からなる参照電極18が、第2電解
液16と当該参照電極18内の電解液との間でイオンの
移動が自在な状態で浸漬されている。尚、この参照電極
18としては、上記Ag/AgCl電極に限定されず、
一般的に参照電極として用いられるもであれば良い。
【0011】また、洗浄槽12と参照電極槽17との間
には、第1電解液11内と第2電解液16内との間でイ
オンの移動が自在に行われるように、例えば内部がKC
l溶液で満たされた塩橋19が設けられている。
【0012】そして、上記対電極13,作用電極15及
び参照電極18は、第1電解液11と作用電極15との
間の電位差を任意の値に設定できるように、ポテンショ
スタット20に接続されている。尚、第1電解液11中
の作用電極(半導体ウエハ)15は、白金からなる治具
14とこの治具14に接続させた白金線14aとによっ
てポテンショスタット20に接続される。また、各電極
をポテンショスタット20に接続するための配線のう
ち、上記各電解液に接触する可能性のある部分は全て白
金で構成することとする。また、上記ポテンショスタッ
ト20には、上記第1電解液11と作用電極15との間
の電位差を任意の状態で走査できるように、ポテンシャ
ルスイーパー21が接続されている。これによって、半
導体ウエハからなる作用電極15を備えた電気化学セル
からなる半導体ウエハの洗浄装置1が構成される。
【0013】次に、本実施形態における半導体ウエハの
洗浄方法を説明する。先ず、上記電気化学セルを構成す
る洗浄装置1において、第1電解液(請求項2に示す電
解液)11と作用電極15との間の平衡電位を参照電極
18で測定してポテンショスタット20でモニタリング
する。次に、この平衡電位を基準電位=0Vにして、作
用電極15が陽極になるように、ポテンショスタット2
0によって作用電極15及び対電極13に電圧を印加す
る。この際、図2に示すCuのpH−電位図から、第1
電解液11に対する作用電極15の電位EがCuのアノ
ード腐食領域Aになるように、作用電極15及び対電極
13に電圧を印加する。例えば、第1電解液11中のC
u濃度が10-6 mol/lである場合には、作用電極15
の電位Eが0.337V以上になるように、作用電極1
5及び対電極13に電圧を印加する。
【0014】上記作用電極15の電位Eの操作によっ
て、作用電極15として用いる半導体ウエハの表面から
Cuが第1電解液11中に以下の様な状態で溶出する。
【数1】Cu→Cu2++2e- そして、当該半導体ウエハの表面からCuが除去され
る。この際、半導体ウエハは電解液に対して陽極になっ
ているため、第1電解液11中に存在する金属不純物が
半導体ウエハに付着することはない。このため、第1電
解液11を殆ど交換する必要なく多数の半導体ウエハの
洗浄を連続して行うことができる。
【0015】しかし、上記洗浄が進むと、上記Cuの第
1電解液11中への溶出によって第1電解液11中のC
u濃度が上昇する。そして、アノード領域Aの電位の最
低ラインLは、平衡電位式E=E0 +(RT/nF)l
n〔Cu2+〕に示すように、第1電解液11中のCu濃
度に伴って上昇する。このため、第1電解液11中のC
u濃度の上昇を予測またはモニタリングして、作用電極
(半導体ウエハ)15の電位が常にアノード腐食領域A
内に位置するように、ポテンショスタット20から作用
電極15及び対電極13に印加する電圧をポテンシャル
スイーパー21によって走査させる。
【0016】上記方法によって半導体ウエハを洗浄した
結果、下記の表に示すような良好な結果が得られた。比
較として、希フッ酸(DHF)洗浄前後における半導体
ウエハ表面へのCuの吸着量を示す。
【表1】 単位は atoms/cm2 N.D.は検出限界1.0×109 以下を示す。 尚、上記Cu除去能力の評価分析の各値は、所定量のフ
ッ酸滴を半導体ウエハ表面でまんべんなくスキャニング
させて当該半導体ウエハ上の金属不純物を上記フッ酸滴
中にサンプリングし、このフッ酸滴中のCu濃度を原子
吸光分析装置によって定量分析することによって得た値
である。
【0017】以上のように、本実施形態の洗浄によれ
ば、半導体ウエハ表面のCu吸着量を3桁以上低減され
ることが可能になる。これは、従来のDHF洗浄による
Cuの除去能力が1桁程度であったことと比較すると、
2桁以上もCuの除去能力が高いことを示している。
【0018】上記実施形態では、Cu(銅)の除去を目
的とした洗浄を例に取って洗浄装置及び洗浄方法を説明
した。しかし本発明は、Cu以外の殆どの金属の除去に
適用可能であり、特にベアウエハ表面に吸着し易いAu
(金)のような貴金属に対して有効である。また、半導
体ウエハの材質も上記シリコンに限定されるものではな
く、化合物半導体にも適用可能である。
【0019】また、上記洗浄方法をSC−1,SC−2
による洗浄と組み合わせる場合には、例えば一例として
上記実施形態で説明した洗浄を行った後に、SC−1,
SC−2を用いた洗浄を行うようにする。これによっ
て、SC−1,SC−2を用いた洗浄でウエハ表面に自
然酸化膜が形成されても、この自然酸化膜は清浄な半導
体ウエハ表面に形成され、半導体ウエハ表面の清浄化が
保持される。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体ウエ
ハの洗浄装置によれば、白金からなる治具に接触保持さ
せた状態の半導体ウエハを作用電極にして電気化学セル
を構成することによって、電解液と上記半導体ウエハと
の間を任意の電位差に設定することが可能になる。この
ため、電解液と上記半導体ウエハとの間の電位差を当該
半導体ウエハ表面の金属不純物がアノード腐食する値に
設定することで、電解液からの逆汚染を防止した状態で
上記金属不純物を電解液中に強制的に溶出させて半導体
ウエハ表面から除去することが可能になる。
【0021】また、本発明の半導体ウエハの洗浄方法に
よれば、電気化学セルの電解液と半導体ウエハからなる
作用電極との間に当該半導体ウエハ表面の金属不純物が
アノード腐食する範囲の電位差を生じさせる状態で、上
記作用電極と電気化学セルの対電極とに電圧を印加する
ことによって、電解液からの逆汚染を防止した状態で上
記金属不純物を電解液中に強制的に溶出させて半導体ウ
エハ表面から除去することが可能になる。したがって、
半導体ウエハ表面の清浄化を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる洗浄装置の一実施形態を示す概
略構成図である。
【図2】CuのpH−電位図である。
【符号の説明】
1 洗浄装置 11 第1電解液(電解液) 13 対電極 14 治具 15 作用電極(半導体ウエハ) 18 参照電極 A アノード腐食領域

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体ウエハの表面に吸着された金属不
    純物を除去する半導体ウエハの洗浄装置であって、 電気化学セルの作用電極に、耐食性と導電性とを有する
    材料からなる治具に接触保持させた状態の半導体ウエハ
    を用いたことを特徴とする半導体ウエハの洗浄装置。
  2. 【請求項2】 半導体ウエハの表面に吸着された金属不
    純物を除去する半導体ウエハの洗浄方法であって、 耐食性と導電性とを有する材料からなる治具に接触保持
    させた状態の半導体ウエハを作用電極にした電気化学セ
    ルを形成し、 前記電気化学セルの参照電極によって当該電気化学セル
    の電解液と前記作用電極との間の平衡電位を測定し、 前記平衡電位を基準電位にして、前記電解液と前記作用
    電極との間に前記金属不純物がアノード腐食する範囲の
    電位差を生じさせる状態で、当該作用電極と前記電気化
    学セルの対電極とに電圧を印加することを特徴とする半
    導体ウエハの洗浄方法。
JP21434595A 1995-08-23 1995-08-23 半導体ウエハの洗浄装置及び半導体ウエハの洗浄方法 Pending JPH0964002A (ja)

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