WO1993001134A1 - Method of producing pure water, system therefor and cleaning method - Google Patents

Method of producing pure water, system therefor and cleaning method Download PDF

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Isamu Sugiyama
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    • C02F2103/04—Non-contaminated water, e.g. for industrial water supply for obtaining ultra-pure water

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing pure water and a cleaning method, and more particularly to a method and an apparatus for producing pure water and a cleaning method suitably used, for example, in a cleaning step of an LSI production process.
  • the conventional technology will be described by taking a cleaning process of the LSI process as an example.
  • an oxide film is formed on a silicon wafer, windows are opened in a predetermined pattern in the oxide film, and then washed, p-type or n-type elements are introduced according to the purpose, and heat is applied.
  • the step of diffusing or annealing the impurities into silicon in a diffusion furnace is repeated to form a device.
  • the cleaning step is a very important step for manufacturing high-performance devices, and it is necessary to completely remove dirt on silicon.
  • the silicon surface after removal of the oxide film is hydrophobic, and usually has poor wettability with pure water. It is difficult to completely remove impurities by washing. As a result, as described above, it is not possible to further improve the performance of the device, and this is a major obstacle to achieving higher performance of the device.
  • the present invention improves the wettability of pure water on the surface of a substrate, especially the surface of a silicon wafer from which an oxide film has been removed, and brings pure water into contact with the silicon surface to completely remove impurities on silicon.
  • An object of the present invention is to provide a method for producing pure water and a method for cleaning the equipment. Disclosure of the invention
  • a first gist of the present invention resides in a method for producing pure water, which comprises applying a microphone mouth wave with water in contact with a catalyst.
  • a second gist of the present invention is a catalyst holding means in which a catalyst is held so as to come into contact with water introduced inside, in the middle of a pipe for sending pure water to a use point, and ff self-catalyst holding means And a microwave generating means for applying a microwave to the water guided to the pure water.
  • a third aspect of the present invention resides in a method for cleaning a substrate, comprising cleaning a substrate using pure water produced by the method described in the first aspect.
  • the pure water of the present invention is, for example, pure water used in a washing step of a semiconductor manufacturing process.
  • pure water from which impurities have been removed is used.
  • other water may be used.
  • FIG. 1 shows a configuration example of the pure water apparatus of the present invention, and an example of a manufacturing method will be described with reference to the drawings.
  • the permeated water is sent to the first ion exchange tower 6-1 by the pump 5, where it is converted into pure water having a specific resistance of about 16 to 18 ⁇ ⁇ cm, and stored in the pure water tank 7.
  • the pure water in the pure water tank 7 is sent to the second ion exchange tower 6-2 by the circulation pump 8, and becomes pure water having a specific resistance of 18 M ⁇ ⁇ cm or more.
  • the pure water is further circulated through a route returning to the pure water tank 7 through the sterilizing means 9, the ultrafilter 10, and the use point 13.
  • the sterilization means 9 in the circulation path is for preventing the generation of bacteria in pure water, and for example, an ozone injection device, an ultraviolet lamp, or the like is used. Of course, other means may be used. Further, the ultrafilter 10 is provided for removing minute suspended substances, dead bodies of patella killed by the sterilizing means 7, and the like.
  • the catalyst holding means 11 and the microwave generating means 12 are provided between the above-described circulation path and the use point 13, and the microwave is applied while the catalyst is brought into contact with pure water. Further, a pump may be provided upstream of the catalyst holding means according to the flow rate to be used.
  • a pump may be provided upstream of the catalyst holding means according to the flow rate to be used.
  • any suitable means can be used as long as it can transmit microwaves and hold the catalyst.
  • pure water inlet 15 and outlet 16 are used.
  • Tef mouth with a larger inner diameter (trade name of polyfluorinated titanium fiber fabric manufactured by du Pont, same hereafter)
  • a container 14 1 mm with micro holes of about 5 to 5 / m
  • a Teflon sheet filter 18 having a thickness of about 18 mm is inserted, and a catalyst 17 is inserted between these Teflon sheet filters to form a catalyst layer.
  • the catalyst for example, Pd, Pt and the like are used, and the particle size is preferably 1 to 10 m from the viewpoint of reactivity.
  • the width of the catalyst layer is preferably small to suppress induction heating by microwaves, for example, about lmm. Microwaves are applied to the above Teflon sheet and catalyst layer. It is introduced parallel (ie, perpendicular to the flow direction of pure water).
  • the microphone mouth wave generating means of the present invention an appropriate one can be used as long as it can generate a microphone mouth wave having a frequency of 1 to 10 GHz, but in order to efficiently cut off hydrogen bonding of water, a magnetron type is used. Are preferred. The output varies depending on the amount of pure water used, but about 1 KW is used.
  • FIG. 1 is an ife diagram showing one configuration example of the pure water apparatus of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the catalyst holding means.
  • Fig. 3 is a graph showing the variation in the mutual conductance characteristics of the MOS transistor.
  • A shows the case where conventional pure water is used in the washing step, and
  • B shows the pure state of the embodiment in the washing step. In this case, water was used.
  • Pd powder having a diameter of 1 to 2 m and 50 m 1 of pure water were placed in a beaker, and irradiated with a magnetron microwave of 2.45 GHz at 100 W for 1 minute.
  • a sample was prepared by adding the above Pd to pure water and a sample irradiated with only the microphone mouth wave.
  • the silicon wafer whose oxide film was removed with hydrofluoric acid was immersed in these samples, and the wettability of pure water to silicon was examined.
  • a Teflon catalyst holding means 11 having the five 1 mm-wide catalyst layers shown in FIG. 2 was provided.
  • a Teflon sheet filter 18 having a hole diameter of 2 / ⁇ m was used, and Pd powder having a diameter of 5 to 6 was used as a catalyst.
  • the holding means 11 was put in a resonator 19 of a magnetron type microwave generator 12, and a microwave of 2.45 GHz and 700 W was applied to the catalyst via a microwave waveguide 20.
  • the flow rate of pure water was set to 2 LZ min by providing a pump upstream of the holding means 11.
  • the channel length is 0.5 um and the channel width is 1.5 m, and three types of contact holes for source and drain are 11 um, 0.6 ⁇ .mx 0.6 / 111 and 0.3 / zmxO.3 / zm.
  • Contactors bets opening was performed Ri by the reactive ion etching using CF 4 and H 2 gas. After that, the wafer was cleaned by RC A treatment, etched with dilute hydrofluoric acid, and the final cleaning was performed using the conventional pure water cleaning and the pure water of the present example. After that, A1 is deposited by bias sputtering, and after patterning, the characteristics of each transistor are evaluated, and the mutual inductance g is evaluated.In order to observe ⁇ W of residual impurities in the contact part with high sensitivity, metallization is performed. Later alloying annealing was not performed.
  • Figure 3 shows the evaluation results. Evaluation ⁇ matter number. 10 to: L 00 or so transistors evening performed on the measured values of g m is shown by a value obtained by normalizing the average value g m * of each population. As tz m, 0 and 3 jw m decreases; the conventional samples A final wash was carried out with pure water, when the contactor bets hole L ⁇ mxlm, although variation of g m is small, contactors Tosaizu 0 6.. It can be seen that the variation increases when g m Z g— * is smaller than 1. This is because, as the contact hole becomes smaller, the conventional pure water has poor wettability and is not sufficiently washed, so that impurities remain at the bottom and the electrical contact between metal and silicon after metallization is reduced. It was bad.
  • the cleaning of the silicon wafer becomes more complete, and a small amount of impurities that cannot be removed with conventional pure water are removed. As a result, a high-performance device can be manufactured.

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Description

明細書 ， 純水製造方法及び装置並びに洗浄方法 技術分野
本発明は純水の製造方法及び装置並びに洗浄方法に係わり、 特に、 例えば、 L S Iの製造プロセスの洗浄工程で好適に用いられる純水の製造方法及び装置並 びに洗浄方法に関する。 背景技術
従来の技術を L S Iプロセスの洗浄工程を例にとり説明する。
L S Iの製造プロセスにおいては、 シリコンウェハ上に酸化膜を形成し、 酸化 膜に所定のパターンの窓開けを行った後洗浄し、 目的に応じ p—型あるいは n— 型の元素を導入し、 熱拡散炉内で上記不純物をシリコン内に拡散あるいはァニー ルさせる工程を繰り返し行い、素子を形成する。
熱拡散ゃァニール等の熱処理を行う際、 シリコン表面に例えば金属などの不純 物が微量でも付着していると、 例えばベース ·コレクタ耐電圧の低下、 リーク電 流の増大等、 形成される素子の特性は悪化する。
従って、 半導体製造プロセスにお t、て洗浄工程は高性能な素子を製造するため に非常に重要な工程であり、 シリコン上の汚れは完全に取り除く必要がある。 しかし、 酸化膜を除去した後のシリコン表面は疎水性であり、 通常純水との濡 性が悪いため、 即ち、 純水と不純物の汚れとが接触しにくく、 シリコン表面に付 着した微量の不純物を完全に洗浄除去することは困難である。 この結果、 上に述 ベたように素子の更なる高性能化を図ることができず、 素子の高性能化を達成す るための大きな障害となっている。
本発明は、 基体表面、 特に酸化膜が除去されたシリコンウェハ表面に対する純 水の濡れ性を改善して純水をシリコン表面に接触させることにより、 シリコン上 の不純物を完全に洗浄除去することが可能な純水の製造方法及び装 »びに洗浄 方法を提供することを目的とする。 発明の開示 本発明の第 1の要旨は、 水を触媒と接触させた状態でマイク口波を印加するこ とを特徴とする純水製造方法に存在する。
本発明の第 2の要旨は、 ユースボイン卜へ純水を送るための配管の途中に、 内部に導かれた水と接触するように触媒が保持された触媒保持手段と、 ff己触媒 保持手段に導かれた水にマイクロ波を印加するためのマイクロ波発生手段と、 を 配したことを特徴とする純水製錢置に存在する。
本発明の第 3の要旨は、 第 1の要旨に示した方法で製造された純水を用いて基 体を洗浄することを特徴とする基体洗浄方法に存在する。
(：実施態様例）
以下に本発明の実施態様例を説明する。
本発明の純水は、 例えば半導体製造プロセスの洗净工程で用 、られる純水であ る。 例えば表 1で示すごとく不純物を除去した純水であるが、 L S I製造プロセ ス以外に使用する場合は、 これ以外でもよい。
(表 1 )
Figure imgf000004_0001
本発明の純水製 ^置の一構成例を図 1に示し、 図を用いて製造方法の一例を 説明する。 原料水として市水を用い、 ろ過器 1により水中に分散する懸濁物質を 除去した後、 高圧ポンプ 2により 1 5 k g/ c n^に加圧して逆浸^置 3に送 る。 逆浸透装置 3で 9 5 %程度のイオンを除去した透過水を透過水タンク 4に貯 える。 また高濃度のィォンを含む濃縮水は系外に排出される。
次に透過水をポンプ 5により第 1のィォン交換塔 6— 1に送り、 ここで比抵抗 1 6〜： 1 8 ΜΩ · c m 程度の純水とし、 純水タンク 7に貯める。 純水タンク 7 の純水は循環ポンプ 8により第 2のイオン交換塔 6— 2に送られ、 比抵抗 1 8 M Ω · c m以上の純水となる。 この純水は、 更に殺菌処理手段 9、 限外ろ過器 1 0、 ユースポイント 1 3を通り純水タンク 7に戻る経路で循環される。
循環経路の殺菌手段 9は、 純水中のバクテリァの発生を防ぐもので、 例えばォ ゾン注入装置や紫外線ランプ等が用いられる。 もちろん他の手段によってもよ い。 また、 限外ろ過器 1 0は、 微小の懸濁物質や殺菌手段 7で死滅したパクテリ ァの死骸等を除去するために設けられる。
本発明においては、 以上の循環経路とユースボイント 1 3の間に触媒保持手段 1 1とマイクロ波発生手段 1 2を設け、 純水に触媒を接触させながらマイクロ波 を印加する。 また使用する流量に応じ、 触媒保持手段の上流側にポンプを設けて もよい。 純水に触媒と接触させながらマイクロ波を印加することにより、 純水の シリコンウェハに対する濡れ性は変化し、 シリコンウェハとは濡れることのなか つた純水がウェハ全体を濡らすようになる。 理由は明確ではないが、 触媒の存在 下でマイク口波を照射することにより、 水分子間の水素結合が切れ巨大分子とし て存在していた水分子がより小さな単位の分子として作用する結果、 シリコンゥ ェハを濡らすことが可能となるものと推測される。
本発明で用いられる触媒保持手段 1 1は、 マイクロ波を透過し触媒を保持し得 るものなら適宜のものが用いられ、 例えば図 2に示すように、 純水入口 1 5と出 口 1 6よりも大きな内径を有すテフ口ン （du Pont社製のポリフッ化工チレン系 織維の商品名、 以下同じ） 製の容器 1 4に:!〜 5 / m程度の微小穴を有す 1 mm 程度の厚さのテフロンシート製フィルタ 1 8を挿入し、 これらテフロンシートフ ィルター間に触媒 1 7を入れて、 触媒層を形成する。 触媒としては、 例えば、 P d , P t等が用いられ、 反応性の上から粒径は 1〜1 0 mが好ましい。 また 触媒層の幅は、 マイクロ波による誘導加熱を抑制するために小さい方がよく、 例 えば l mm程度である。 また、 マイクロ波は以上のテフロンシート及び触媒層に 平行 （即ち、 純水の流れ方向に垂直） に導入される。
本発明のマイク口波発生手段は、 周波数 1〜 1 0 G H zのマイク口波を発生で きるものなら適宜のものが用いられるが、 水の水素結合を効率的に切断するため に、 マグネトロン型のものが好ましい。 出力は、 純水の使用量によって異なる が、 1 KW程度のものが用いられる。
以上では、 触媒保持手段 1 1及びマイクロ波発生手段 1 2の設置位置を循環系 とユースポイントの間とした例を示したが、 これらの手段を、 循環系の中に設け ることも可能である。 洗浄性の観点から、 特にユースポイントの直近に設置し、 ユースボイントとの間に何も介在させないようにするのが好ましい。
(作用）
以上述べたように、 純水に触媒の存在下でマイク口波を印加することにより、 純水のシリコンに対する濡れ性は大きく改善され、 シリコン表面と純水が効果的 に接触する結果、 シリコン表面に付着する極微量な不純物を洗净除去することが 可倉 となる。
即ち、 シリコン表面に付着した不純物は完全に除去され、 素子の高性能化を達 成することが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は本発明の純水製 置の 1構成例を示す ife 図である。 図 2は触媒保持 手段の一例を示す概略図である。 図 3は MO S トランジスタの相互コンダクタン ス特性ののバラツキを示すグラフであり、 （a ) は洗净工程で従来の純水を用い た場合、 ( b ) は洗净工程で実施例の純水を用いた場合である。
Cの説明）
1 ろ過器、
高圧ポンプ、
3 逆浸 置、
4 M 水タンク、
5、 8 ポンプ、 6 - 1、 6 - 2 イオン交換塔、
7 純水タンク、
9 殺菌手段、
1 0 限外ろ過装置、
1 1 触媒保持手段、
1 2 マイクロ波発生手段、
1 3 ユースポイント、
1 4 触媒保持用容器、
1 5 純水入口、
1 6 純水出口、
1 7 触媒、
1 8 テフロンシートフィルタ、
1 9 共振器、
2 0 マイクロ波導波管。 発明を実施するための最良の形態
以下に実施例をあげ本発明を詳細に説明するが、 本発明がこれら実施例に限定 されるものでないことはいうまでもない。
(実施例 1 )
1〜2 m径の P dの粉末と 5 0 m 1 の純水をビーカ一に取り、 2 . 4 5 GH zのマグネトロンマイクロ波を 1 0 0 Wで 1分間照射した。 比較例とし て、 純水に上記 P dを加えただけ試料及び上記マイク口波だけを照射した試料を 作製した。
これら試料に、 弗酸で酸化膜を除去したシリコンゥェハを浸し、 シリコンに対 する純水の濡れ性を調べた。
純水に上記 P dを加えただけの試料及び上記マイク口波だけを照射した試料 は、 非処理のものと同様、 シリコンウェハによりはじかれ濡れ性に何^化はみ られなかったが、 本実施例の処理を施した純水は、 ウェハ全面を濡らしシリコン に対する濡れ性を大きく改善することを示した。 (実施例 2)
図 1に示した純水循環系とユースボイント 13の間に図 2に示した 5層の 1mm幅の触媒層をもつテフロン製触媒保持手段 11を設けた。 ここで、 テフ口 ン製シ一トフィルタ 18は穴系 2 /^mのものを用い、 触媒として 5〜6 径の Pd粉末を用いた。
保持手段 11をマグネトロン型のマイクロ波発生器 12の共振器 19に入れ、 マイクロ波導波管 20を介し、 2. 45GHz、 700Wのマイクロ波を触媒に 印加した。 純水の流量は、 保持手段 1 1の上流側にポンプを設けて、 2LZ m i nとした。
本発明がデバイス特性を向上するのに有効であることを示すために， MO Sト ランジス夕の製作実験を行った。 チャネル長 0. 5 um、 チャネル幅 1. 5 m とし、 ソース ' ドレインのコンタク トホールとして 1 1 um, 0. 6 μ. mx 0. 6 /111及び0. 3/zmxO. 3 /zmの 3種類のものを同一チップ上に作 製した。
コンタク トホ一ル以; ^はすべて 5 ： 1の縮/ J、形の g—ラインステッパーを用い て試作した。 コンタク トホールに関しては、 0. 6 mのものは g—ラ インステッパーを用いて形成したが、 0. 3 のものは EB直接描画により行 つた。
コンタク トの開口は、 CF4と H2ガスを用いた反応性イオンエッチング法によ り行った。 その後、 RC A処理によりウェハー洗浄を行い、 希弗酸によるエッチ ングを行つた後、 最終洗浄を従来の純水洗浄と本^S例の純水の 2種の純水を用 いて行った。 その後、 バイアススパッタ法により A 1を堆積し、 パターニング 後、 各トランジスタの特性評価を行い、 その相互インダクタンス g を評価し なお、 コンタクト部の残留不純物の^ Wを感度良く観るために、 メタライゼ一 ション後の合金化ァニール （シン夕リング） は行わなかった。
評価結果を図 3に示す。 評価は、 ^件で数 10〜： L 00個程度のトランジス 夕について行い、 gmの実測値を各母集団の平均値 gm*で規格化した値で示され ている。 従来の純水で最終洗浄を行ったサンプルでは、 l〃m x l mのコンタク ト ホールの場合、 gmのバラツキは小さいが、 コンタク トサイズが 0 . 6 ;tz m， 0 . 3 jw mと小さくなるにつれバラツキは gmZ g— *が 1より小さい方で多くな つているのが分かる。 これは、 コンタクトホールが小さくなるにしたがい、 従来 の純水では濡れ性が悪く、 十分洗浄が行われないため不純物がその底部に残留 し、 メタライゼーシヨン後の金属とシリコンの電気的接触を悪く したからであ る。
し力、し、 本実施例の純水を最終洗浄に用いた場合は、 図 3 ( b ) に示したよう にコンタク トサイズが小さくなつても gmの低下は全く認められなかった。 即 ち、 不純物が本実施例の純水によって十分洗淨されたためである。 尚、 本実施例 の純水を用いた場合にもコンタクトサイズに関係なく ¾ ^の特性のバラツキが観 られるが、 これは加工寸法のばらつきによるものである。 産 の利用可能性
本発明により、 シリコンウェハの洗浄がより完全となり、 従来の純水では除去 できなかつた微量の不純物が取り除かれる結果、 高性能素子を作製することが可 倉 gとなる。

Claims

請求の範囲
1 - 水を触媒と接触させた状態でマイク口波を印加することを ®とする純水 製造方法。
2. 謂己水の比抵抗が 1 8 ΜΩ · c m以上の水とすることを特徵とする請求項
1記載の 製造方法。
3. ΙίΠ己マイクロ波の周' を 1〜1 0 GH zとすることを とする請求項 1または 2記載の純水製造方法。
4. ユースポイントへ純水を送るための配管の途中に、 内部に導かれた水に接 触するように触媒が保持された触媒保持手段と、 前記触媒保持手段に導かれた水 にマイク口波を印加するためのマイク口波発生手段と、 を配したことを特徴とす る純水製 it¾置。
5. 請求項 1乃至 3のいずれか 1項に記載の方法で製造された純水を用いて基 体表面を洗浄することを特徴とする基体洗浄方法。
6. ΙίίΙ己基体は、 表面の少なくとも一部でシリコン金属面が露出したシリコン ウェハであることを ^とする請求項 5記載の基体洗浄方法。
PCT/JP1992/000837 1991-07-02 1992-07-02 Method of producing pure water, system therefor and cleaning method WO1993001134A1 (en)

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