JPH10209100A - 半導体基板の洗浄方法 - Google Patents

半導体基板の洗浄方法

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JPH10209100A
JPH10209100A JP561197A JP561197A JPH10209100A JP H10209100 A JPH10209100 A JP H10209100A JP 561197 A JP561197 A JP 561197A JP 561197 A JP561197 A JP 561197A JP H10209100 A JPH10209100 A JP H10209100A
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JP
Japan
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acid
cleaning
substrate
semiconductor substrate
solution
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Application number
JP561197A
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English (en)
Inventor
Chizuko Matsuo
千鶴子 松尾
Mikio Kishimoto
幹男 岸本
Kazunari Takaishi
和成 高石
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Silicon Corp
Mitsubishi Materials Corp
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Priority to EP98100625.7A priority patent/EP0859404B1/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板表面に付着する金属不純物・微粒子の双
方を良好に除去する。 【解決手段】 半導体基板11を有機酸とフッ酸を混合
したpHが2〜6の混合液15で洗浄した後、この基板
を酸化液で洗浄する。汚染基板11を混合液に浸漬する
とフッ酸により基板表面の自然酸化膜12が除かれ、膜
上の微粒子13、金属不純物14及び膜中の金属不純物
が液中に移行する(b)。混合液がpH2〜6の酸性溶
液であるため微粒子は基板表面と同じマイナスに荷電さ
れるとともに有機酸の錯化効果により液中の金属不純物
イオンはマイナスの錯イオンとなる。この結果、微粒子
も金属不純物もそれぞれの表面電位が基板の表面電位と
同じマイナスになるため、基板への付着又は再付着が防
止される(c)。この基板を酸化液に浸漬すると、酸化
液により基板表面に親水性の酸化膜が形成され、金属不
純物を錯化しないで基板表面に付着していた有機酸や有
機物を分解除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウェーハの
ような半導体基板の表面を洗浄する方法に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】この種の半導体基板の表面には、その製
造工程中に金属不純物や粒径が1μm以下の微粒子等が
付着する。半導体デバイスの高集積化、高機能化に伴っ
て、半導体基板の表面がこれらの金属不純物や微粒子等
で汚染されていないことが益々要求され、そのための半
導体基板の洗浄技術は半導体デバイス技術全体の中で極
めて重要なものとなってきている。従来の半導体基板の
洗浄方法として、過酸化水素と水酸化アンモニウムのS
C1溶液と、過酸化水素と希塩酸のSC2溶液を用いた
RCA洗浄法が知られている。このRCA洗浄法では、
先ず半導体基板をSC1溶液に浸漬して、この溶液の酸
化性及びアルカリ性の性質により基板から微粒子及び有
機残留物を除去する。即ち、このSC1溶液中では酸化
と還元の両反応が同時に行われ、アンモニアによる還元
と過酸化水素による酸化が同一槽で競合して起こり、同
時に水酸化アンモニウム溶液のエッチング作用によって
微粒子を基板表面からリフトオフすることにより除去す
る。次いでこの半導体基板をSC2溶液の酸性溶液に浸
漬して、SC1溶液で不溶のアルカリイオンや金属不純
物を除去する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したRC
A洗浄法は、同一槽で酸化と還元の2つの作用を競合し
て起こるために、第一に基板表面から遊離した金属不純
物はSC1溶液中に留まり、その表面電位により基板表
面に再付着することがあること、第二に有機酸によりS
C1溶液中の金属イオンを錯化して金属錯塩を形成しよ
うとしても、有機酸がSC1溶液で酸化還元処理されて
分解し、その錯化作用が極めて低下するようになる。こ
のためRCA洗浄法では金属の種類によって金属不純物
が十分に除去されない欠点があった。本発明の目的は、
半導体基板表面に付着する金属不純物及び微粒子の双方
を良好に除去する半導体基板の洗浄方法を提供すること
にある。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
半導体基板11を有機酸とフッ酸を混合したpHが2〜
6である混合液15で洗浄する第1洗浄工程と、この半
導体基板を酸化液で洗浄する第2洗浄工程とを含む半導
体基板の洗浄方法である。図1(a)及び(b)に示す
ように、第1洗浄工程では、汚染された半導体基板11
を混合液15に浸漬する。フッ酸(HF)により半導体
基板11の表面に形成された自然酸化膜12が除去さ
れ、自然酸化膜12上の微粒子13及び金属不純物1
4、並びに自然酸化膜中に含まれた金属不純物14が混
合液15中に移行する。混合液15がpH2〜6の酸性
溶液であるため、微粒子13の表面は基板11表面と同
じマイナスに荷電される。また液中に遊離した金属不純
物14は有機酸の分子16と錯体を形成し、金属錯塩1
7になる。この金属錯塩17の錯イオンはマイナスイオ
ンである。この結果、微粒子13も金属不純物14もそ
れぞれの表面電位が基板11の表面電位と同じマイナス
になるため、基板への付着又は再付着が防止される(図
1(c))。洗浄液15から半導体基板11を引上げる
と、清浄化された基板11が得られる(図1(d))。
第2洗浄工程では、第1洗浄工程で洗浄化された基板を
酸化液に浸漬すると、この酸化液により基板表面に親水
性の酸化膜が形成されるとともに、金属不純物を錯化し
ないで基板表面に付着していた有機酸や有機物を分解除
去する。酸化膜の形成により酸化液から取出した基板表
面への空気中の微粒子の付着が防止される。
【0005】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明であって、第1洗浄工程と第2洗浄工程とを少なくと
も2回ずつ行う半導体基板の洗浄方法である。第1洗浄
工程と第2洗浄工程を繰返すことにより、基板表面がよ
り一層浄化される。
【0006】請求項3に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、第1洗浄工程の混合液が0.000
1〜0.1重量%の有機酸と0.005〜0.25重量
%のフッ酸を含む半導体基板の洗浄方法である。有機酸
の不純物の金属イオンを十分に錯化させるため、微粒子
の基板への再付着を防止するために、上記濃度範囲の有
機酸及びフッ酸が好ましい。
【0007】請求項4に係る発明は、請求項1ないし3
いずれかに係る発明であって、第1洗浄工程の有機酸が
クエン酸、コハク酸、エチレンジアミン四酢酸(以下、
EDTAという)、酒石酸、サリチル酸、シュウ酸、酢
酸又はギ酸からなる群より選ばれた1種又は2種以上の
有機酸である半導体基板の洗浄方法である。上記列挙し
た有機酸は基板を汚染する不純物の金属イオンの錯化作
用がある。
【0008】請求項5に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、第1洗浄工程の混合液で半導体基板
を超音波洗浄する方法である。超音波洗浄することによ
り、微粒子がより確実に基板表面から除去される。
【0009】請求項6に係る発明は、請求項1又は2に
係る発明であって、第2洗浄工程の酸化液が溶存オゾン
水溶液、過酸化水素水又は硝酸である半導体基板の洗浄
方法である。上記列挙した酸化液は基板表面の酸化膜の
形成及び基板表面に付着した有機酸又は有機物の分解除
去作用がある。
【0010】
【発明の実施の形態】第1洗浄工程の混合液は、除去し
ようとする金属不純物の種類に応じて、有機酸の種類及
びその濃度が決められる。有機酸とフッ酸を混合したp
Hは2〜6である。この有機酸の洗浄液中の濃度は0.
0001〜0.1重量%である。好ましくは0.003
〜0.006重量%である。0.0001重量%未満で
は基板表面から遊離した金属不純物イオンの錯化作用が
十分でなく、また0.1重量%を越えると微粒子の再付
着量が増加する不具合がある。本発明の有機酸として
は、クエン酸、コハク酸、EDTAの他に、酒石酸、サ
リチル酸、シュウ酸、酢酸、ギ酸などが本発明に適す
る。金属不純物を構成する金属元素に応じて、上記有機
酸から1種又は2種以上の酸が適宜選定される。
【0011】また本発明の洗浄液中のフッ酸の濃度は
0.005〜0.25重量%である。特に0.005〜
0.10重量%が好ましく、0.05〜0.1重量%が
更に好ましい。0.005重量%未満では、半導体基板
表面の自然酸化膜の剥離作用に乏しく、また0.25重
量%を越えると、洗浄液がpHが2未満の強酸となり洗
浄液中の有機酸の解離が抑制され、その錯化作用が低下
するとともに、微粒子の表面電位がプラスになり、微粒
子が基板表面に再付着するようになる。
【0012】第2洗浄工程の酸化液としては、溶存オゾ
ン水溶液、過酸化水素水又は硝酸が挙げられる。この中
で溶存オゾン水溶液が高純度であるうえ、低濃度で酸化
力に富み、入手しやすいため好ましい。この溶存オゾン
水溶液のオゾン濃度は0.5ppm以上であることが好
ましい。0.5ppm未満であると基板表面に親水性の
酸化膜を形成することが困難となり、また基板表面に付
着していた有機酸や有機物の分解除去作用が低下する。
純水へのオゾンの溶解限界は約25ppmであるため、
溶存オゾン水溶液のオゾン濃度は5〜25ppmがより
好ましい。
【0013】
【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに説明す
る。 <実施例1>予めAl,Fe,Cu,Ni及びZnの金
属と微粒子が表面に付着したシリコンウェーハを次の方
法により用意した。先ずSC1溶液(H2O:H22(30
%):NH4OH(29%)=5:1:0.25の混合液)にA
l,Fe,Cu,Ni及びZnの5つの金属をそれぞれ
100ppb添加して80℃に昇温し、次いでこの80
℃の溶液にシリコンウェーハを10分間浸漬した後、リ
ンスを10分間行い、遠心力によりウェーハ表面の液滴
を除去し乾燥させた。第1洗浄工程として、純水に対し
て有機酸としてクエン酸を0.006重量%混合した液
にフッ酸を0.05重量%添加してpHを4.3に調整
した混合液を用意した。この室温の混合液に上記金属不
純物と微粒子で汚染されたシリコンウェーハを浸漬し、
10分間超音波洗浄した。その後、このシリコンウェー
ハを超純水で10分間リンスした。
【0014】次に第2洗浄工程として、この洗浄された
シリコンウェーハをオゾン濃度が8ppmの室温の溶存
オゾン水溶液に10分間浸漬した。その後、このシリコ
ンウェーハを超純水で10分間リンスした。更に続い
て、このシリコンウェーハを上記第1洗浄工程で再洗浄
した後、上記第2洗浄工程で再洗浄した。即ち、第1洗
浄工程と第2洗浄工程をそれぞれ2回ずつ行った。
【0015】<比較例1>従来のRCA洗浄法を比較例
1とした。即ち、先ず実施例1と同様に金属不純物で汚
染されたシリコンウェーハをSC1溶液(H2O:H2
2(30%):NH4OH(29%)=5:1:1の混合液)に浸漬
し、75〜80℃に熱し、80℃で10分間保持した。
そのシリコンウェーハを超純水でリンスした後、H
2O:HF(49%)=50:1の混合液に15秒間浸漬し、
更に超純水でリンスした。続いてリンスしたシリコンウ
ェーハをSC2溶液(H2O:H22(30%):HCl(37
%)=6:1:1の混合液)に浸漬し、75〜80℃に熱
し、80℃で10分間保持した。その後実施例1と同様
にシリコンウェーハを超純水でリンスした。このシリコ
ンウェーハを上記SC1溶液で再洗浄した後、上記SC
2溶液で再洗浄した。即ち、SC1溶液の洗浄とSC2
溶液の洗浄をそれぞれ2回ずつ行った。
【0016】<比較試験と評価>実施例1と比較例1の
それぞれ洗浄した後のシリコンウェーハ表面の金属不純
物濃度を測定した。この金属不純物濃度は洗浄後のシリ
コンウェーハの中央部にフッ酸と硝酸の混酸を滴下し、
その液滴がウェーハの全表面に行渡るように液滴を巡ら
した後、その液滴を回収して原子吸光分析法で分析する
ことにより測定した。その結果を図2に示す。図2から
明らかなように、実施例1のウェーハは従来のRCA洗
浄法による比較例1のウェーハと比べて、Ni濃度が同
等であった以外、他の5種類の金属についてはいずれも
約1桁以上の洗浄効果があることが判った。特にAl,
Fe,Ni及びZnの4種類の金属はいずれも10×1
8原子/cm2以下であった。なお、FeとNiの下向き
の矢印は検出限界以下を示す。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、第
1洗浄工程で基板表面の自然酸化膜の剥離と、金属不純
物の錯イオン化と、基板、微粒子及び金属不純物の各表
面電位の制御の3つの作用を行って、半導体基板から金
属不純物及び微粒子の双方を良好に除去した後、第2洗
浄工程で基板表面に酸化膜を形成し同時に基板表面に付
着した有機酸や有機物を分解除去するので、従来のRC
A洗浄法と比べて、微粒子と金属不純物の双方が良好に
除去され、洗浄用の薬液もフッ酸と有機酸と酸化液の3
種類で済み、短時間で小型の装置で洗浄でき、洗浄コス
トを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1洗浄工程で洗浄したときの洗浄機
構を示す図。
【図2】実施例1と比較例1の洗浄後のウェーハ表面の
金属不純物濃度を示す図。
【符号の説明】
11 半導体基板 12 自然酸化膜 13 微粒子 14 金属不純物 15 洗浄液 16 有機酸の分子 17 金属錯塩
フロントページの続き (72)発明者 高石 和成 東京都千代田区大手町1丁目5番1号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を有機酸とフッ酸を混合した
    pHが2〜6である混合液で洗浄する第1洗浄工程と、 前記半導体基板を酸化液で洗浄する第2洗浄工程とを含
    む半導体基板の洗浄方法。
  2. 【請求項2】 第1洗浄工程と第2洗浄工程とを少なく
    とも2回ずつ行う請求項1記載の半導体基板の洗浄方
    法。
  3. 【請求項3】 第1洗浄工程の混合液が0.0001〜
    0.1重量%の有機酸と0.005〜0.25重量%の
    フッ酸を含む請求項1又は2記載の半導体基板の洗浄方
    法。
  4. 【請求項4】 第1洗浄工程の有機酸がクエン酸、コハ
    ク酸、エチレンジアミン四酢酸、酒石酸、サリチル酸、
    シュウ酸、酢酸又はギ酸からなる群より選ばれた1種又
    は2種以上の有機酸である請求項1ないし3いずれか記
    載の半導体基板の洗浄方法。
  5. 【請求項5】 第1洗浄工程の混合液で半導体基板を超
    音波洗浄する請求項1又は2記載の半導体基板の洗浄方
    法。
  6. 【請求項6】 第2洗浄工程の酸化液が溶存オゾン水溶
    液、過酸化水素水又は硝酸である請求項1又は2記載の
    半導体基板の洗浄方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100585083B1 (ko) * 2000-04-03 2006-05-30 삼성전자주식회사 초박막 게이트 산화막 형성 방법
JP2010507904A (ja) * 2006-10-24 2010-03-11 旭硝子株式会社 基板表面から異物を除去する方法
JP2010226089A (ja) * 2009-01-14 2010-10-07 Rohm & Haas Electronic Materials Llc 半導体ウェハをクリーニングする方法

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