(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＦ溶液、Ｈ2 Ｏ2 溶液、ＩＰＡ及び脱イオン水が混合された洗浄液が盛られた第１液槽にウェーハを浸けて洗浄する段階と、
前記洗浄されたウェーハを脱イオン水が盛られた第２液槽に浸けて前記洗浄されたウェーハの表面に残存する洗浄液を除去する段階と、
前記洗浄液が除去されたウェーハを脱イオン水が盛られた第３液槽に浸けて前記洗浄液が除去されたウェーハの表面に残存する残留物を除去する段階と、
前記残留物が除去されたウェーハを回転させ、その表面に残存する脱イオン水を除去する段階とを含むことを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記ＨＦ溶液、前記Ｈ2 Ｏ2 溶液及び前記ＩＰＡの純度は各々４５％乃至５５％、２５％乃至３５％及び１００％であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の洗浄方法。
【請求項３】
前記ＨＦ溶液、前記Ｈ2 Ｏ2 溶液、前記ＩＰＡ及び前記脱イオン水の体積基準混合比は１：５乃至１５：４０乃至６０：４０乃至６０であることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は洗浄液及びこれを使用する洗浄方法に係り、特に半導体基板の表面を洗浄する洗浄液及びこれを使用する洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、半導体素子が高集積化されることによりパターンの大きさ及びパターン間の間隔が非常に狭くなっている。このような微細パターンを具備する半導体素子を製造する工程において、半導体基板、即ちウェーハの表面に吸着された汚染粒子を除去する洗浄工程は非常に重要である。特に、ウェーハの表面に汚染粒子が存在する時、非正常的なパターンプロファイルが後続工程で得られる。また、前記汚染粒子が導電膜よりなる微細パターン等の間に存在する場合には半導体素子の誤動作が誘発されうる。従って、ウェーハの表面に存在する汚染粒子は高集積半導体素子の収率及び信頼性を改善するため洗浄工程を通して必ず除去されるべきである。
【０００３】
従来にはウェーハの表面を洗浄するため塩酸または水酸化アンモニウム（ＮＨ4 ＯＨ）が含まれた洗浄液が広く使用されて来た。ここで、塩酸が含まれた洗浄液は塩酸（HCL ）、過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）及び脱イオン水が各々１：１：６の体積比で混合された溶液（以下、第１洗浄液と称する）を意味し、ＮＨ4 ＯＨが含まれた洗浄液はＮＨ4 ＯＨ、Ｈ2 Ｏ2 及び脱イオン水が各々１：４：２０の体積比で混合された溶液（以下、第２洗浄液と称する）を意味する。第１洗浄液は無機汚染物質を除去するに適し、第２洗浄液は有機汚染物質を除去するに適する。
【０００４】
第１洗浄液または第２洗浄液を使用する従来の洗浄工程を詳しく説明する。
まず、第１洗浄液を使用する洗浄工程はウェーハを第１洗浄液に所定時間浸けてウェーハの表面の汚染物質、特に無機汚染物質を除去させる第１段階と、前記第１段階が完了されたウェーハを脱イオン水に浸けてウェーハの表面に残存する第１洗浄液をクイックダンプリンス（quick dump rinse：以下QDR と称する）工程で除去する第２段階と、前記第２段階が完了されたウェーハを希釈HF溶液に浸けてウェーハの表面に残存する無機汚染物質を除去する第３段階と、前記第３段階が完了されたウェーハを脱イオン水に浸けてウェーハの表面に残存するHF溶液をQDR 工程で除去する第４段階と、前記第４段階が完了されたウェーハを脱イオン水に浸けてウェーハの表面に残存する残留物を除去する最終リンス工程の第５段階と、前記第５段階が完了されたウェーハを回転させウェーハの表面に残っている脱イオン水を除去するスピンドライ工程の第６段階よりなる。ここで、１つの段階が完了されてから次の段階を進行するためにはウェーハを移動させるべきであるが、この際ウェーハが大気中に露出される。そして第１洗浄液を使用してウェーハの表面を洗浄する場合、有機汚染物質は易く除去されない。
【０００５】
次いで、第２洗浄液を使用する洗浄工程はウェーハを第２洗浄液に所定時間浸けてウェーハの表面の汚染物質、特に有機汚染物質を除去させる第１段階と前述した第１洗浄液を使用する洗浄工程の第２段階乃至第６段階よりなる。この際、第２洗浄液を使用する洗浄工程は第１洗浄液を使用する洗浄工程に比べて金属イオン（Na、Cu）のような汚染粒子を除去させる効果は優秀であるが、シリコンよりなる物質、即ちシリコンウェーハまたはシリコン膜（多結晶シリコン膜または非晶質シリコン膜）がＮＨ4 ＯＨ溶液により蝕刻される問題点が発生する。このように半導体素子の製造に必須的に使用されるシリコンウェーハまたはシリコン膜が洗浄工程により蝕刻されると、その厚さが薄くなると共にその表面が粗くなるので半導体素子の特性が低下される問題が発生する。例えば、シリコンウェーハの所定領域、要するにＭＯＳトランジスターのソース／ドレイン領域上にコンタクトホールが形成された基板を前記第２洗浄液で洗浄する場合前記ソース／ドレイン領域の一部が蝕刻される。従って、コンタクトホールにより露出されたソース／ドレイン領域の接合深さが浅くなるので前記コンタクトホールを覆う金属膜、例えばアルミニウムよりなる配線が後続熱処理工程により溶融されソース／ドレイン領域下の半導体基板まで浸透されやすく、これに因して半導体素子の信頼性が大きく低下される。このような現象は浅い接合のソース／ドレイン領域が要求される高集積半導体素子においてさらに激しく発生される。また、ＭＯＳトランジスターチャンネル領域が形成される半導体基板またはＤＲＡＭ素子のセルキャパシタのストレージ電極で使用されるシリコン膜の表面を前記第２洗浄液で洗浄する場合、半導体基板またはシリコン膜の表面が粗くなるのでこれら粗くなった表面上にゲート絶縁膜またはキャパシタの誘電膜を形成すれば、ＭＯＳトランジスターのゲート絶縁膜特性またはキャパシタの誘電膜特性を低下させる。即ち、ゲート絶縁膜または誘電膜の耐圧を減少させると共に漏れ電流を増加させることにより、半導体素子の信頼性を低下させる。
【０００６】
前述したように従来の洗浄液は塩酸のような強酸溶液またはＮＨ4 ＯＨのようなアルカリ溶液を含有するので洗浄工程のための装備、例えばウェットステーション（wet ststion ）の配管及び設備部分を腐蝕させやすい。従って、洗浄工程のための装備の寿命を短縮させる問題点があった。また、それぞれの段階が完了される時毎にウェーハを大気中に露出させた状態で移動させるべきであるので、ウェーハの表面に多くの汚染粒子が吸着されて洗浄工程の効率を減少させる。そして第１洗浄液を使用する洗浄工程は有機汚染物質を除去しにくく、第２洗浄液を使用する洗浄工程は洗浄効果は抜群であるが、シリコンよりなる物質が蝕刻されて半導体素子の信頼性を低下させる問題点がある。
【０００７】
【発明が解決しょうとする課題】
従って、本発明の目的は洗浄効率を極大化させると共にシリコンよりなる物質膜の表面特性を改善させうる半導体基板の洗浄液を使用して半導体基板を洗浄する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明は、ＨＦ溶液、Ｈ2 Ｏ2 溶液、ＩＰＡ及び脱イオン水が混合された洗浄液が盛られた第１液槽にウェーハを浸けて洗浄する段階と、前記洗浄されたウェーハを脱イオン水が盛られた第２液槽に浸けて前記洗浄されたウェーハの表面に残存する洗浄液を除去する段階と、前記洗浄液が除去されたウェーハを脱イオン水が盛られた第３液槽に浸けて前記洗浄液が除去されたウェーハの表面に残存する残留物を除去する段階と、前記残留物が除去されたウェーハを回転させ、その表面に残存する脱イオン水を除去する段階とを含むことを特徴とする半導体基板の洗浄方法を提供する。
【００１３】
望ましくは、前記ＨＦ溶液、前記Ｈ2 Ｏ2 溶液及び前記ＩＰＡ及び前記脱イオン水の体積基準混合比は１：５乃至１５：４０乃至６０：４０乃至６０であることを特徴とする。
【００１４】
また望ましくは、前記ＨＦ溶液、前記Ｈ2 Ｏ2 溶液及び前記ＩＰＡの純度は各々４５％乃至５５％、２５％乃至３５％及び１００％であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を詳しく説明する。
本発明による洗浄液は脱イオン水にイソプロピルアルコール（ＩＰＡ：Ｃ3 Ｈ7 ＯＨ）、過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）溶液、ＨＦ溶液を各々所定の体積比で混合させて作る。ここで、前記それぞれの化学溶液を混合する順序は脱イオン水にイソプロピルアルコール、過酸化水素溶液及びＨＦ溶液を順次的に混合することが望ましい。
【００１６】
一方、前記イソプロピルアルコール、過酸化水素溶液及びＨＦ溶液の純度は望ましくは各々１００％、２５％乃至３５％及び４５％乃至５５％であり、最も望ましくは各々１００％、３１％及び４９％である。また、前記所定の体積比はＨＦ溶液の体積が１の場合、過酸化水素溶液、イソプロピルアルコール及び脱イオン水の体積が各々５乃至１５、４０乃至６０及び４０乃至６０であることが望ましく、最も望ましくは各々１０、５０及び５０である。
【００１７】
このように作られた本発明の洗浄液は有機汚染物質及び無機汚染物質を全て除去させる能力が優秀である。従って、本発明による洗浄液でウェーハの表面を洗浄する場合には従来の洗浄工程中希釈ＨＦ溶液を使用する第３段階とウェーハの表面に残存する希釈ＨＦ溶液を除去するための第４段階が要求されない。
【００１８】
本発明による洗浄液でウェーハを洗浄する方法は本発明による洗浄液で満たされた第１液槽にウェーハを所定時間浸けてウェーハ表面の汚染物質（無機及び有機汚染物質）を除去する第１段階と、前記第１段階が完了されたウェーハを脱イオン水で満たされた第２液槽に浸けてウェーハの表面に残存する本発明の洗浄液をクイックダンプリンス（quick dump rinse：以下QDR と称する）工程で除去する第２段階と、前記第２段階が完了されたウェーハを脱イオン水で満たされた第３液槽に浸けてウェーハの表面に残存する残留物を除去する最終リンス工程の第３段階と、前記第３段階が完了されたウェーハを回転させウェーハの表面に残っている脱イオン水を除去するスピンドライ工程の第４段階よりなる。
【００１９】
このように本発明による洗浄工程は従来の洗浄工程に比べて２つの段階を減少させることにより洗浄工程時間を短縮させ、これにより生産性を大きく向上させうる。
【００２０】
また、本発明による洗浄液は従来の洗浄液に比べてウェーハの表面エネルギーを大きく減少させる。このようにウェーハの表面エネルギーが減少されると、本発明による洗浄工程の第１段階以降にウェーハの表面に新たな汚染粒子が追加に吸着される現象を大きく抑制させうる。よって、洗浄工程の効率を極大化させうる。
【００２１】
前述した本発明の効果をさらに具体的に説明するため、相異なる２枚の半導体基板の中１枚は従来の第２洗浄液で洗浄し、他の１枚は本発明の洗浄液で洗浄した。引続き、前記洗浄されたそれぞれの半導体基板表面の特性（例えば、シリコン原子の寿命時間及び半導体基板の表面粗度（μ−roughness ））について測った。これに対した測定結果を図２に示した。これと共に、前記洗浄されたそれぞれの半導体基板上に誘電膜及び上部電極を順次に形成してから多数の位置で誘電膜の破壊電圧を測った。そして、これら誘電膜の破壊電圧を電界に換算した値をｘ軸に示し、それぞれの電界に対した蓄積された不良発生率をｙ軸に示したグラフが図１に示された。シリコン原子の寿命時間は半導体基板の表面で励起されたシリコン原子等が初期の平衡状態に戻るにかかる時間を示す。この際、半導体基板の表面のシリコン原子等を励起させる方法では前記洗浄されたそれぞれの半導体基板の表面上に保護膜として約１２０Åの酸化膜を形成した後、その結果物の表面に９０４nmの波長を有するGaAsレーザーを照射させる方法を使用した。従って、半導体基板の表面が汚染物質、特に金属（Na、Cu等）のような物質により汚染された場合には励起されたシリコン原子等が金属原子等と反応して初期の平衡状態に戻る時間が非常に短い。そして半導体基板の表面粗度（μ−roughness ）は従来の洗浄液または本発明による洗浄液で洗浄された半導体基板の表面に形成された屈曲の平均高さを意味する。従って、シリコン膜を過度に蝕刻する特性を有する洗浄液により洗浄された半導体基板こそ粗度が大きい。また、誘電膜の破壊電圧を測定するため製作された試料において、誘電膜で１０Åの自然酸化膜、５５Åのシリコン窒化膜及び前記シリコン窒化膜を熱酸化させて形成された１５Åのシリコン酸化膜が順次に形成されたＯ／Ｎ／Ｏ膜を使用した。
【００２２】
図１の部材符号ａ及びｂで示した曲線は各々従来の洗浄液及び本発明による洗浄液を適用した場合を示し、図２の部材符号ｃ及びｄで示したデータは各々洗浄された半導体基板の表面粗度及び洗浄された半導体基板の表面のシリコン原子等の寿命時間を示す。
【００２３】
ここで、本発明の洗浄液として脱イオン水、１００％の純度を有するイソプロピルアルコール、３１％の純度を有する過酸化水素溶液及び４９％の純度を有するＨＦ溶液が各々５０：５０：１０：１の体積比で混合された溶液を使用した。
【００２４】
図１及び図２に示されたように、従来の洗浄液で洗浄した半導体基板の表面上に形成された誘電膜が破壊され始める電解は約８MV／cmの値を示し、本発明の洗浄液で洗浄した半導体基板の表面上に形成された誘電膜が破壊され始める電界は約８．５MV／cmの値を示す。従って、本発明による洗浄液で洗浄した半導体基板上に形成された誘電膜は従来技術による洗浄液で洗浄した半導体基板上に形成された誘電膜よりさらに高い耐圧を有することがわかる。これは、図２に示された測定結果からわかるように本発明による洗浄液が従来の洗浄液に比べて半導体基板の表面に分布する汚染粒子、特にNaまたはCuのような金属イオンの除去に優れると共にシリコンよりなる半導体基板の表面に損傷を与えない特性を有するからである。
【００２５】
本発明は前記実施例に限定されなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を有する者により可能であることは明白である。
【００２６】
【発明の効果】
前述したように本発明によれば、半導体基板、特にシリコン膜よりなる基板表面が過度に蝕刻される現象を防止しながら汚染粒子の洗浄能力が優秀である。従って、本発明による洗浄液を高集積半導体素子の洗浄工程、特にＭＯＳトランジスターのゲート絶縁膜の形成前の洗浄工程及びキャパシタの誘電膜の形成前の洗浄工程に使用することにより、ゲート絶縁膜及び誘電膜の信頼性を改善させうる。また、洗浄工程の段階を減少させ生産性を向上させうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の技術及び本発明による洗浄液で洗浄工程を行ったそれぞれの半導体基板上に形成された誘電膜の破壊電圧特性曲線を共に示すグラフである。
【図２】  従来の技術及び本発明による洗浄液で洗浄したそれぞれの半導体基板の表面特性を共に示すグラフである。
【図１】
0003679216.tif 000002
【図２】
0003679216.tif 000003