JPH1154473A - 半導体装置製造のための洗浄用組成物及びこれを利用した半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置製造のための洗浄用組成物及びこれを利用した半導体装置の製造方法Info
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Abstract
でき、しかもキャパシタの静電容量をより大きく確保で
きる半導体装置製造のための洗浄用組成物及びこれを利
用した半導体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】 ストレージ電極パターン14' の露出面上
に半球形シリコン層(HSG −Si)16を形成した後、本発
明による洗浄用組成物を使用して洗浄及び自然酸化膜除
去工程を1段階の工程で行う。洗浄用組成物は、0.5 重
量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量の
H2O を混合して製造される。
Description
めの洗浄用組成物及びこれを利用した半導体装置の製造
方法に関するもので、より詳しくはHF、H2O2、IPA (Iso
propyl Alcohol)及びH2O を混合して製造される半導体
装置製造のための洗浄用組成物及びこれを利用した半導
体装置の製造方法に関するものである。
Random Access Memory)は一つのモス(MOS)トランジス
タと一つのキャパシタを単位セルとして情報を記憶する
装置で半導体素子の高集積化と共に単位セルの面積の縮
小が不可避である。これにより単位セルでキャパシタの
占有面積も減少するようになり、反面情報記憶のための
十分なキャパシタの容量値が確保されなければならない
ので高誘電体を採択する方法以外にもキャパシタの有効
断面積を拡張させる努力が続けられてきた。このような
努力の一環としてキャパシタの下部電極として使用され
るストレージ電極の下端をエッチングしてキャパシタの
有効面積を増加させるか、ポリシリコンからなる下部電
極の表面上に半球形シリコン層を形成させキャパシタの
有効面積を増加させる方法などが使用されてきた。
の素子を実現するために、半導体装置製造工程の進行中
に発生されるパーティクル、金属不純物、有機物、水分
等の各種の汚染物や工程に不必要な自然酸化膜を除去す
るための数十回の化学的洗浄工程を行うようになる。半
導体装置製造工程中の化学的洗浄工程に使用されるケミ
カルとしては、世界の半導体業界で一般的に標準洗浄液
(Standard Cleaning :NH4OH 、H2O2、H2Oの混合物で
以下「SC-1」と称する)を使用している。
形シリコン(HSG-Si)層形成工程の後、前記SC-1を適用
して洗浄を実施すると、SC-1の構成物質の化学的特性で
既に形成された半球形シリコン層の消耗が起こりキャパ
シタの有効面積が減少するという問題点がある。即ち、
SC-1の構成物質である過酸化水素(H2O2)と半球形シリ
コン粒子のシリコンが反応して半球形シリコン層の表面
に酸化膜(SiO2)を形成させるようになる。即ち、過酸
化水素がイオン化され (H2O2=H+ +HO2 - ) 、シリコン粒
子がこれらと反応して表面に酸化膜を形成させる(Si+
2HO2 - =2OH- +SiO2、Si+2H2O2 =2H2O+SiO2)。これ
ら半球形シリコン層の表面に形成された酸化膜は後続さ
れる洗浄工程によって除去されるので、半球形シリコン
層が表面に形成されたキャパシタの有効断面積がその分
減少するようになる。一方、高品質の半導体素子を実現
するためにはウェハ表面からパーティクル、金属汚染
物、有機不純物、自然酸化膜等が除去されるように洗浄
工程を行うことが必要で、これは半導体クリーンルーム
の清潔度を向上させるために必要なものである。
導体装置製造用洗浄用組成物を提供することにある。本
発明の他の目的は洗浄時、半球形シリコン層の消耗を誘
発しない半導体装置製造用洗浄用組成物を提供すること
にある。本発明の更に他の目的は、本発明の洗浄用組成
物を利用して工程の単純化を実現することができる半導
体装置の製造方法を提供することにある。本発明の更に
他の目的は本発明の洗浄用組成物を利用して洗浄時有効
断面積が減少されないキャパシタを実現することができ
る半導体装置の製造方法を提供することにある。
的を達成するための本発明による半導体装置製造のため
の洗浄用組成物は、0.01ないし10重量%のHF、1ないし
10重量%のH2O2、0.01ないし30重量%のIPA (Isopropy
l Alcohol)及び残量のH2O を混合して製造される。特
に、半導体装置製造工程中のエッチング対象と洗浄用途
によって前記洗浄用組成物中のHFの濃度を調整して使用
することができ、例えば、工程条件によって0.2 重量%
のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O
を混合して製造される洗浄用組成物、0.5 重量%のHF、
3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を混合
して製造される洗浄用組成物、0.9 重量%のHF、3重量
%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を混合して製
造される洗浄用組成物とすることができる。
成するための半導体装置の製造方法は、半導体基板上の
コンタクトホールが形成された絶縁膜上に第1導電物質
を積層させた後、パターニングしてキャパシタの下部電
極を形成する段階と、前記下部電極のパターンをエッチ
ングマスクにして前記下部電極の下部の前記絶縁膜の一
部を洗浄用組成物を利用してアンダカットすると同時に
前記露出された下部電極の表面を洗浄する段階と、前記
露出された下部電極の表面上に誘電体膜を形成する段階
とを備えてなる。前記アンダカット及び洗浄を同時に行
う洗浄用組成物は0.01ないし10重量%のHF、1ないし10
重量%のH2O2、0.01ないし30重量%のIPA (Isopropyl A
lcohol)及び残量のH2O を混合して製造され、望ましく
は0.9 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及
び残量のH2O を混合して製造される洗浄用組成物を使用
する。前記アンダカットされる絶縁膜は高温酸化膜(HT
O)であるし、高温酸化膜の下部に他の層間絶縁膜が存在
してもよい。前記第1導電物質としてはポリシリコンま
たは非晶質シリコンを使用することができ、不純物が注
入されるか、されないものを使用することができる。
浄する段階の後に前記露出された下部電極の表面上に半
球形シリコン層(Hemi-Spherical Grained-Si ;HSG-S
i)を形成する段階及び洗浄用組成物を利用して下部電
極の表面上に形成される酸化膜を除去し同時に洗浄する
段階を更に備えることもできる。この際、前記洗浄用組
成物は0.5 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIP
A 及び残量のH2O を混合して製造されたものを使用する
ことができる。
するための半導体装置の製造方法は、半導体基板上のコ
ンタクトホールが形成された絶縁膜上に第1導電物質を
積層させた後、パターニングしてキャパシタの下部電極
を形成する段階と、前記露出された下部電極の表面上に
半球形シリコン層(Hemi-Spherical Grained-Si ;HSG-
Si)を形成する段階と、洗浄用組成物を利用して前記下
部電極下部の前記絶縁膜の一部をアンダカットし同時に
下部電極の表面上に形成される酸化膜を除去及び洗浄す
る段階と、前記露出された下部電極の表面上に誘電体膜
を形成する段階とを備えてなる。この際、前記洗浄用組
成物は0.9 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIP
A 及び残量のH2O を混合して製造されたものを使用する
ことができる。
した図面を参照して詳細に説明する。本発明による半導
体装置製造のための洗浄用組成物は0.01ないし10重量%
の弗化水素(HF)、1ないし10重量%の過酸化水素(H2
O2)、0.01ないし30重量%のイソプロピルアルコール
(Isopropyl Alcohol ;IPA )及び残量としての脱イオ
ン水(H2O)を混合して製造される。前記弗化水素は、酸
化膜の除去とウェハ表面のパッシベーションの増大及び
不純物粒子の吸着ないし付着を減少させる役割をし、常
用的に販売される49%の純度のものを使用することがで
きる。前記過酸化水素は銅等のような金属の除去効率を
増大させるために使用されるもので、これは過酸化水素
の自己分解による発生期酸素の発生に起因する強い酸化
剤としての役割をするためで、やはり常用的に販売され
る純度のものを使用することができる。前記イソプロピ
ルアルコールは不純物粒子の密度を低下させ、ウェハの
表面自由エネルギを減少させ最適の洗浄効果を示すよう
になる。前記洗浄用組成物はイソプロピルアルコールと
脱イオン水を混合した後、この混合物に過酸化水素水を
加えて混合し、継続して弗化水素を加えて混合すること
により製造される。
て前記洗浄用組成物の構成物質中、弗化水素の濃度を調
整することができる。本発明の実施の形態に適用した洗
浄用組成物としては大きく次の3つの形態のものとする
ことができる。 1) 0.2重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA
及び残量のH2O を混合して製造したもの。 2) 0.5重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA
及び残量のH2O を混合して製造したもの。 3) 0.9重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA
及び残量のH2O を混合して製造したもの。 前記洗浄用組成物中弗化水素が0.5 重量%であることは
主に洗浄と酸化膜除去のためで、他方弗化水素が0.9 重
量%の洗浄用組成物はエッチング及び洗浄工程を行うた
めに用いる。
洗浄用組成物を利用した半導体装置の製造方法を図1な
いし図5を参照して詳細に説明する。図1ないし図5は
半導体メモリ装置のうちDRAMに関するもので、特にDRAM
の単位セル中キャパシタ部分を図式的に示したものであ
る。
膜12を形成させる。ここで、半導体基板10としてはシリ
コン基板を使用し、素子の活性領域のために不純物が注
入されるか後続工程によって不純物が注入される。絶縁
膜12は層間絶縁膜の役割をするもので単一膜または多層
膜であり得るし、酸化膜、窒化膜または高温酸化膜等が
使用される。本実施の形態で絶縁膜12は高温酸化膜(HT
O)を使用した。
コンタクトホールが形成され、このコンタクトホールを
含むウェハの全表面に第1導電層としてポリシリコン層
14を形成させる。このポリシリコン層14はキャパシタの
下部電極であるストレージ電極の役割をするもので、不
純物が注入されるかされない場合もあり、非晶質シリコ
ン層や他の導電層が使用される場合もある。
フィ工程によってポリシリコン層14をパターニングして
ストレージ電極パターン14' を形成させる。
ために前記ストレージ電極パターン14' の下部面の一部
が露出されるように前記ストレージ電極パターン14' を
マスクとして前記絶縁膜12をエッチングして前記絶縁膜
12にアンダカットを形成したものを示す。従来は前記ア
ンダカットを行うために一般的に等方性エッチングが行
われる湿式エッチングをした後、前述したSC-1洗浄液を
使用してウェハの表面を洗浄したが、本実施の形態では
前記従来の2段階工程を本発明による洗浄用組成物を使
用して1段階で行う。本実施の形態では0.9 重量%のH
F、3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を
混合して製造された洗浄用組成物を使用してアンダカッ
トと洗浄を同時に行った。
ターン14' の露出表面にキャパシタの誘電体膜を形成し
た後、キャパシタの上部電極を形成してキャパシタ形成
を完了するようになる。
ためにストレージ電極パターン14'の露出面上に半球形
シリコン層(HSG −Si)16を形成させたものを示す。半
球形シリコン層はキャパシタの有効面積を広げるための
方法で、物質自体の性質を利用するものである。
に形成する方法の例を上げれば、非晶質シリコン(a −
Si)またはポリシリコンが低圧化学気相蒸着法によって
形成され不純物がドープされないか、燐がドープされる
場合もある。この半球形シリコン形成工程は、シリコン
の結晶と非結晶状態の転移範囲温度領域でシリコンの移
動(Migration)によって表面エネルギがとても安定され
た形態である半球形模様の領域を形成する現象を利用す
る工程である。従って、HSG 形成工程は、表面反応性が
強いシリコン系ガス(Si2H6 、SiH4)や膜中のシリコン
が、ウェハ表面の構造上の異状部位や一部蒸着粒子を核
にそれぞれの異状部位周辺に突出された模様の領域を形
成する性質を利用して、形成膜に多数の突出部を有する
粗い表面を作り、それによって表面積を広げ半導体装置
のキャパシタの容量を大きくする方法である。
後、誘電体膜を形成する前にウェハの表面をSC-1洗浄液
を使用して洗浄し、さらに、希釈させた弗化水素でスト
レージ電極パターン14' 及び半球形シリコン層16上に形
成された自然酸化膜を除去する2段階工程を行ったが、
本発明では前記半球形シリコン層16を形成した後、本発
明による洗浄用組成物を使用して前記洗浄及び自然酸化
膜除去工程を1段階の工程で行って完了する。本実施の
形態で使用する洗浄用組成物は、0.5 重量%のHF、3重
量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を混合して
製造したものを使用した。続いて、前記洗浄されたスト
レージ電極14' の露出表面にキャパシタの誘電体膜(図
示しない)を形成した後、キャパシタの上部電極(図示
しない)を形成してキャパシタ形成を完了するようにな
る。
装置の製造方法においては、前記図3で示されたように
ストレージ電極パターン14' を形成した後、アンダカッ
ト工程及び洗浄工程を実施しないでストレージ電極パタ
ーン14' の露出面上に半球形シリコン層16を形成させた
後、本発明による洗浄用組成物を使用して1段階の工程
のみで全てを行うようにする。即ち、図4のアンダカッ
ト工程及び洗浄工程と図5の洗浄工程及び酸化膜除去工
程を1段階の工程で一回で全て行うようにする。この工
程では0.9 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIP
A 及び残量のH2O を混合して製造したものを使用した。
で、絶縁膜12は高温酸化膜で、ストレージ電極パターン
14' はポリシリコンで構成される。従来技術は、図4の
ストレージ電極パターン14' の形成段階の後に、等方性
エッチングとSC-1による洗浄を5分間行い、さらに図5
の半球形シリコン層形成段階の後に、SC-1による洗浄を
5分間行い、その後弗化水素で酸化膜を除去した後、後
続工程によって誘電体膜と上部電極を形成した場合の実
験結果である。本発明は、ストレージ電極パターン14'
を形成した後、その露出表面に半球形シリコン層16を形
成させた後、本発明の洗浄用組成物の1つである0.9 重
量%のHF、3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量の
H2O を混合したものを使用してアンダカット工程、洗浄
工程、酸化膜除去工程を同時に行った後、後続工程によ
って誘電体膜と上部電極を形成した場合の実験結果であ
る。
層の消耗が発生されないのでキャパシタの有効面積が従
来の技術に比べ大きく、従って、最小キャパシタンス
(Cmin)が従来の技術に比べ1.41ft増加し、最小キャパ
シタンスに対する最大キャパシタンス(Cmax)の比が6
%に上昇した。
洗浄用組成物を使用した場合の洗浄能力に対する実験結
果である。
ポリシリコン及び高温酸化膜に対して全てパーティクル
除去効率と金属汚染物除去能力が向上し洗浄効果が優れ
ている。
とパーティクル除去効率や金属汚染物除去能力等の洗浄
効果が向上する効果がある。また、本発明の洗浄用組成
物によると半球形シリコン層の消耗が発生されなく、よ
り大きい静電容量を確保することができる効果がある。
また、本発明による半導体装置の製造方法によると工程
がとても単純化される効果がある。さらに、洗浄時有効
断面積が減少されないキャパシタを実現できる。
ぎない。本発明は、本発明の技術思想の範囲内で多様な
変形及び修正が可能であることは当業者にとって明白な
ことであり、このような変形及び修正が特許請求の範囲
の範疇に属することは当然なことである。
体装置製造のための洗浄用組成物及びこれを利用した半
導体装置の製造方法よれば、洗浄効果が高く、工程の単
純化を図ることもでき、しかもキャパシタの静電容量を
より大きく確保できる。
示す断面図。
示す断面図。
示す断面図。
示す断面図。
示す断面図。
Claims (15)
- 【請求項1】 0.01ないし10重量%のHF、1ないし10重
量%のH2O2、0.01ないし30重量%のIPA (Isopropyl Al
cohol )及び残量のH2O を混合して製造されることを特
徴とする半導体装置製造のための洗浄用組成物。 - 【請求項2】 0.2 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重
量%のIPA 及び残量のH2O を混合して製造されることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置製造のための洗浄
用組成物。 - 【請求項3】 0.5 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重
量%のIPA 及び残量のH2O を混合して製造されることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置製造のための洗浄
用組成物。 - 【請求項4】 0.9 重量%のHF、3重量%のH2O2、30重
量%のIPA 及び残量のH2O を混合して製造されることを
特徴とする請求項1記載の半導体装置製造のための洗浄
用組成物。 - 【請求項5】 半導体基板上のコンタクトホールが形成
された絶縁膜上に第1導電物質を積層させた後、パター
ニングしてキャパシタの下部電極を形成する段階と、 前記下部電極のパターンをエッチングマスクにして前記
下部電極の下部の前記絶縁膜の一部を洗浄用組成物を利
用してアンダカットすると同時に前記露出された下部電
極の表面を洗浄する段階と、 前記露出された下部電極の表面上に誘電体膜を形成する
段階とを備えてなることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項6】 前記洗浄用組成物は0.01ないし10重量%
のHF、1ないし10重量%のH2O2、0.01ないし30重量%の
IPA (Isopropyl Alcohol)及び残量のH2O を混合して製
造されることを特徴とする請求項5記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項7】 前記洗浄用組成物は0.9 重量%のHF、3
重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を混合し
て製造されることを特徴とする請求項6記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項8】 前記アンダカットされる絶縁膜は高温酸
化膜(HTO)であることを特徴とする請求項5記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項9】 前記第1導電物質はポリシリコンまたは
非晶質シリコンであることを特徴とする請求項5記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記露出された下部電極の表面を洗浄
する段階の後に前記露出された下部電極の表面上に半球
形シリコン層(Hemi-Spherical Grained-Si;HSG-Si)
を形成する段階及び洗浄用組成物を利用して下部電極の
表面上に形成される酸化膜を除去し同時に洗浄する段階
とを更に備えることを特徴とする請求項5記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記洗浄用組成物は0.5 重量%のHF、
3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を混合
して製造されることを特徴とする請求項10記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項12】 半導体基板上のコンタクトホールが形
成された絶縁膜上に第1導電物質を積層させた後、パタ
ーニングしてキャパシタの下部電極を形成する段階と、 前記露出された下部電極の表面上に半球形シリコン層
(Hemi-Spherical Grained-Si ;HSG-Si)を形成する段
階と、 洗浄用組成物を利用して前記下部電極下部の前記絶縁膜
の一部をアンダカットし同時に下部電極の表面上に形成
された酸化膜を除去及び洗浄する段階と、 前記露出された下部電極の表面上に誘電体膜を形成する
段階とを備えてなることを特徴とする半導体装置の製造
方法。 - 【請求項13】 前記洗浄用組成物は0.9 重量%のHF、
3重量%のH2O2、30重量%のIPA 及び残量のH2O を混合
して製造されることを特徴とする請求項12記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記アンダカットされる絶縁膜は高温
酸化膜(HTO)であることを特徴とする請求項12記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項15】 前記第1導電物質はポリシリコンまた
は非晶質シリコンであることを特徴とする請求項12記
載の半導体装置の製造方法。
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