(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウェット洗浄処理において、基板の腐食を防止した方法および装置の提供。【解決手段】半導体基板（１）を洗浄するための方法および装置に関し、基板の表面の上に、第１の導電性または半導体材料を含み、第２の導電性または半導体材料の層（４）により囲まれた少なくとも１つの構造（５）を含み、この層は本質的に表面の全体に渡って拡がり、第１および第２の材料は物理的に接続され、この方法は、基板を提供する工程と、基板の表面に面するように対向電極（２０）を配置する工程と、表面と電極との間の空間に電解溶液（２１）を供給する工程であって、基板表面、洗浄溶液（２１）、および対向電極（２０）により形成されたガルバニ電池中で、対向電極がアノードとして働く工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板（１、１３）を洗浄する方法あって、半導体基板は基板の表面上に、
第１の導電性または半導体材料を含む、少なくとも１つの構造（５）と、
表面の全体に渡って本質的に拡がる、第２の導電性または半導体材料の層（４）であって、第１と第２の材料は物理的に接続され、少なくとも１つの構造は層（４）の上に存在し、または層（４）は少なくとも１つの構造に隣接した層と、を含み、
かかる方法は、
基板（１）を提供する工程と、
基板の表面に面するように対向電極（２０、３０）を配置する工程と、
表面と電極との間の空間に電解溶液（２１）を供給する工程であって、基板表面、洗浄溶液（２１）、および対向電極（２０、３０）により形成されたガルバニ電池中で、対向電極がアノードとして働く工程と、を含む方法。
【請求項２】
アノードとしての作用は、対向電極（２０、３０）と、第２の導電性または半導体材料の層（４）との間の電気化学的ポテンシャル差により得られる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
更に、第２の導電性または半導体材料の層（４）と対向電極との間に電圧差を与える工程であって、電圧差は、アノードとしての対向電極の作用を形成しまたは更に高めるように与えられる請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
対向電極（２０、３０）は、本質的に、洗浄溶液に浸される請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
構造（５）は、半導体構造であり、第２の導電性または半導体材料の層（４）は、金属層である請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
溶液（２１）は、電極で覆われた基板表面の１またはそれ以上の位置に供給され、表面の他の位置から排出され、洗浄操作中に、洗浄溶液の連続した流れが洗浄される表面の上に供給される請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
基板は、本質的に円形ウエハ（１３）であり、対向電極（２０）は、同様に本質的に円形であり、ウエハに対して同軸状に配置され、
対向電極は中央に孔（１５）を有し、溶液の供給はこの孔を通って行われ、洗浄操作中に、ウエハ表面の中央から端部に向かって、洗浄溶液が外方に向かって流れる請求項６に記載の方法。
【請求項８】
基板（１、１３）は、洗浄操作中に回転する請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
半導体基板を洗浄するとともに、カソード防食メカニズムにより基板の表面を保護する装置であって、
基板（１、１３）を保持するホルダー（１０）であって、基板（１、１３）を挟むためのクランプ手段（１１）を含むホルダーと、
基板表面に面するように配置された、少なくとも１つの対向電極（２０、３０）と、
対向電極（２０、３０）と表面との間の空間に洗浄溶液（２１）を供給する手段と、を含む装置。
【請求項１０】
クランプ手段は、基板を挟み、洗浄される表面に接続するように配置された複数のクランプピン（１１）の形態であり、
装置は、更に、クランプピンと対向電極との間に電圧差を与えるように配置された電源（２２）を含む請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
洗浄溶液を供給する手段は、対向電極と洗浄される表面との間の空間に洗浄溶液を供給するように配置された１またはそれ以上のノズル（１４）を含む請求項９または１０に記載の装置。
【請求項１２】
ホルダー（１０）は実質的に円形の基板（１３）を掴むように配置され、
単体の対向電極（２０）は、基板に面するように配置され、
対向電極は、中央の孔（１５）と、孔を通って、対向電極と洗浄される表面との間の空間に洗浄溶液を供給するように配置されたノズル（１４）とを含む請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
基板表面に面した対向電極（２０）の表面は平坦で、本質的に基板表面に平行である請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
対向電極（２０）の形状は、対向電極と表面との間の距離を得るために最適化され、この距離は一定ではなく、洗浄される表面に渡って本質的に均一な保護を得るために最適化された請求項９〜１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
対向電極（２０）は、凹状の形状を有し、対向電極と洗浄される表面との間の距離は、表面に中央において、表面の外方端部より小さい請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
複数の対向電極（３０）が、洗浄される表面に面して配置されるように設けられ、それぞれの電極に対して独立して、対向電極と洗浄される表面との間の距離を調整するための手段が設けられた請求項９に記載の装置。
【請求項１７】
電極（２０、３０）は、白金または白金で被覆された電極である請求項９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体処理に関し、特に、ウエット洗浄処理に関する。本発明は、そのような処理工程中の、（半）導体構造の電解腐食（galvanic corrosion）の防止に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路のプロセス技術では、シリコンウエハが、前工程（Front End Of Line processing: FEOL）と呼ばれる一連の処理を受け、この前工程は、第１メタライゼーション工程まででこれを含まない工程をいう。ＦＥＯＬ中、金属／ポリシリコンのゲート構造が、公知の製造技術によりウエハの上に形成される。６５ｎｍ以下のＣＭＯＳデバイスの小型化では、短チャネル効果が支配的になり、高いリーク電流が発生する。マルチゲート電界効果トランジスタ（ＭＵＧＨＥＴ）やＦｉｎＦＥＴとして知られたダブルゲートＭＵＧＦＥＴ構造のようなノンプレーナデバイスのアーキテクチュアは、この効果を克服すると考えられる。しかしながら、それらの構造は、ゲートパターニングと処理に関して挑戦である。金属ゲートＦｉｎＦＥＴ構造の場合、埋め込みフィールド酸化物の厳しい窪みを避けるため、ゲートスタックのエッチングは２つの工程で行われ、ここでは金属層は、第１工程中、エッチングストップ層として働く。この結果、ウエハ表面は、ポリシリコンスタックを含み、ウエハ表面の全体を覆う金属層に囲まれてこれと電気的に接続される。この段階では、ウエハは、行われたエッチング工程の残渣を除去するために、洗浄処理をする必要がある。そのような洗浄は、一般には、電解溶液であるＨＦ（弗化水素酸）水溶液中で行われる。しかしながら、この組み合わせは、電解腐食の現象により、ポリＳｉ構造の腐食を招く。ポリシリコンとこれを囲む金属との電気化学的ポテンシャルの違いにより、ガルバニ電池がそれらの２つの材料の間に形成され、自発的な酸化還元反応を起こす。ＨＦ処理中に、金属がカソードとして働き、ポリシリコンはアノードとして働き、強制的で望まない酸化（腐食）が起きる。特に、ポリＳｉ構造は、腐食によりアンダーエッチングされる。
【０００３】
同様の問題は、処理中において、第１導電材料を含む半導体または他の構造がウエハ表面上に形成され、金属層のような第２導電材料の層に囲まれてこれと接触し、接触が第１材料と第２材料の間で起きるような他の処理中においても発生する。
【発明の目的】
【０００４】
本発明は、本質的に全ての基板表面を覆う導電性または半導体の層に囲まれ、かつ電気的に接続された構造を含む半導体基板を洗浄するための、基板の腐食を防止した方法および装置の提供を目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、添付の請求項に記載された方法および装置に関する。
【０００６】
本発明は、第１に、基板の表面上に、第１の導電性または半導体の材料を含む少なくとも１つの構造を含み、第２の導電性または半導体の材料の層により囲まれ、この層は本質的に表面の全体に渡って拡がり、第１および第２の材料は物理的に接触した半導体基板の洗浄方法であって、
基板を提供する工程と、
基板表面に面して対向電極を配置する工程と、
表面と電極との間に電解液を与えて、対向電極を基板表面、洗浄液、および対向電極で形成されるガルバニ電池のアノードとして働かせる工程と、を含む方法に関する。
【０００７】
更に、本発明は、半導体基板を洗浄するとともにカソード防食メカニズムにより基板の表面を保護する装置であって、
基板を保持するホルダーであって、基板（１、１３）を固定する手段を含むホルダーと、
少なくとも１つの対向電極であって、基板の表面に面して配置される対向電極と、
対向電極と表面との間の空間に洗浄液を供給する手段と、を含む装置に関する。
【０００８】
本発明の方法と装置の特定の具体例については、独立請求項と、１またはそれ以上の従属請求項との組み合わせに記載される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１ａ】本発明の一般的な適用分野を示す。
【図１ｂ】本発明の一般的な適用分野を示す。
【図１ｃ】本発明の一般的な適用分野を示す。
【図１ｄ】本発明の一般的な適用分野を示す。
【図１ｅ】本発明の一般的な適用分野を示す。
【図２】図１ｄに示すウエハに適用された本発明の方法を示す。
【図３】本発明の一の具体例にかかる装置のデザインを示す。
【図４】本発明にかかる装置の他の具体例を示す。
【図５】複数の対向電極を含む更なる具体例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１ａ〜図１ｅは、本発明の応用の主な分野の一つであって、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）デバイスのプロセス中の、ＦＥＯＬ処理工程に関する。活性領域（Ｉ、ＩＩ）とシャロウトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）領域２が、基板１に形成される。ゲートスタックは、ゲート誘電体３、ゲート電極４、５、およびハードマスク６を、基板全体の上に堆積させて形成される（図１ａ）。ゲート誘電体３は、少なくとも１つの誘電体材料を含む。ゲート電極は、導電特性を有し、少なくとも１つの金属層４と、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）またはアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）の層５を含む。ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ層を覆うハードマスク層６は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、またはシリコン炭化物のようなＳｉベースの誘電体でも良い。
【００１１】
標準のＣＭＯＳプロセスでは、図１ｂに示すように、１回のエッチング工程が行われ、ゲートスタックの形成が行われる。ＦｉｎＦＥＴの場合、ハードマスク層６のウエット除去は、埋め込みフィールド酸化物にひどい窪みを発生させる。それゆえに、ゲートスタックのエッチング順序が変更され、ゲートは２回の工程でパターニングされる。第１の工程では、ハードマスク６とｐｏｌｙＳｉ５がフォトレジストマスク７を用いてパターニングされ、プレーナデバイスアーキテクチュアでの簡素化のために、図１ｃに示すように金属層４の上で停止する。複数工程のエッチングは、フィールド酸化物の保護が主な問題では無い場合であっても、同様に他の場合においても必要とされる。多層（例えばポリおよび１またはそれ以上の金属層）を含むゲート電極は、２またはそれ以上のエッチング工程を必要とし、工程の数は、存在する層の数に関連する。
【００１２】
第１エッチング工程の後に、フォトレジスト７とハードマスク層６が除去される（図１ｄ）。ウエット洗浄液、最も好ましくはＨＦベースの溶液が、フォトレジスト残渣とハードマスク６を除去するために使用される。金属層４は貴金属を含み、レジスト残渣とハードマスク６を除去するために使用される洗浄液がＨＦベースの混合液の場合、電解腐食効果のために、図１ｅに示すように、ポリシリコン層５のアンダーカット（アタック）が発生する。
【００１３】
第２のエッチング工程（図示せず）において、ｐｏｌｙ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ層５をマスク層に用いて、金属層４とゲート誘電体３がエッチングされる。ゲートのパターニング後に、従来のＦＥＯＬプロセスフローは、ジャンクション形成（注入および熱アニール）、誘電体スペーサ形成、およびシリサイド化を含む。
【００１４】
図１ｄは、それゆえに、本発明の方法または装置中で扱える基板の例を示す。これは、半導体基板１、好ましくはＳｉに関し、その表面上に、好適にポリＳｉスタックまたは複数のポリＳｉスタックである少なくとも１つの高い半導体構造５を含む。少なくとも１つの構造は、金属層４により囲まれ、基板の全表面の上に本質的に拡がり、構造５と電気的に接続される。このタイプの基板は、ＦＥＯＬＣＭＯＳプロセスの中間生成物である。しかしながら他の応用も可能である。「囲む（surrounding）」の文言は、半導体構造が連続した金属層の上に存在することを意味し（図１ｄの場合）、または（例えば図２に示すように）金属層が構造に隣接することを意味する。双方の場合、金属層と構造は電気的に接続される。
【００１５】
一般に、本発明では、構造５は、第１の導電性または半導体の材料を含み、例えばそのような材料からなる層を含み、構造５は（上で定義したように）第２の導電性または半導体の材料（好ましくは金属）の層により囲まれ、第１および第２の材料は物理的に接続され、互いに異なった電気化学ポテンシャルを有する。構造５は、複数の金属および／または半導体材料の層を含んでも良い。基板１は、これらには限定されない以下のような幾つかの半導体材料、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、および他のＩＩＩ／Ｖ半導体化合物を含んでも良い。半導体基板１は、例えばＳｉ／ＳｉまたはＳｉ／Ｇｅ、同様にシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板のような、同種または異種の半導体材料を含む層状の基板であっても良い。
【００１６】
図２に示された好適に具体例では、本発明の方法は、以下の工程を含む。
上述のような基板を提供し、即ち、好適には金属である導電性または半導体材料の層により囲まれた構造５をその表面上に備える基板を提供する工程。簡潔化のために、以下の記載では半導体構造と金属層について述べるが、それらの文言は、全記載を通じて、「第１の導電性または半導体材料を含む構造」、および「第２の導電性または半導体材料からなる層」にそれぞれ置き換えることができる。
表面に面するように対向電極２０を配置する工程。
基板表面と電極との間の間隔に電解洗浄液２１を供給する工程。
基板の表面上に存在する金属層と、対向電極との間に電圧差を用いるおよび／または積極的に与える工程。電圧差は、金属層４と対向電極２０との間の電気化学ポテンシャルの差により、または対向電極と金属層との間に接続された電源２２により得られ、または増幅されても良い。
好適には先の工程に続いて、標準的なリンス工程および／または乾燥工程が行われ、洗浄基板が形成される。リンス工程および／または乾燥工程中に、対向電極は必要ではない。洗浄チャンバから取り除かれ、または対向電極と基板の間の距離を大きくしても良い。
【００１７】
上述の電気化学的ポテンシャル差および／または外部電源により与えられる電圧の極性は、対向電極が、金属層および半導体基板を含む基板表面、溶液、および対向電極により形成されるガルバニ電池のアノードとして働くように与えられる。全体が金属で覆われた基板の表面は、続いてカソードとして働く。この方法では、金属層４と半導体基板５のカソード防食が得られる。外部電圧が与えられた場合、印加電流カソード防食（impressed current cathodic protection：ＩＣＣＰ）が起きる。
【００１８】
対向電極は、基板表面に「面する」。換言すれば、対向電極は、基板表面から所定の距離で配置された表面を有し、対向電極の表面は、基板表面の少なくとも一部を覆う。この距離は、好適には比較的短い（ｍｍのオーダーである）。本発明は、このように、対向電極が分離された容器中に存在する具体例に関するものではない。一の具体例では、対向電極は平坦で、好適には円形であり、円形の半導体ウエハの表面である基板表面に本質的に平行に配置されても良い。後述するように、対向電極は、同等に、凹状の表面を有しても良い。他の具体例は、基板上に様々な距離で複数の電極が配置されたものに関する。
【００１９】
電解洗浄液は、液体または液体と気体の混合である。例えば、ＦＥＯＬＣＭＯＳプロセスの場合、ＨＦ水溶液が用いられる。この溶液は、窒素ガスと混ぜられる。洗浄溶液は、本質的には金属イオンを含まない。
【００２０】
本発明の方法では、洗浄溶液が、基板と対向電極との間の空間に供給される。好適な具体例では、この供給は、基板の表面上での洗浄溶液の連続的な動きを含む。これは、例えばノズルを通して１またはそれ以上の位置に溶液を供給し、例えば基板の端部のような他の位置から溶液を排出することにより行うことができる。洗浄中、好適には基板は回転する。回転速度は、２０００ｒｐｍまでである。
【００２１】
図３は、本発明の装置の概略図である。装置は、複数のクランプおよぶコンタクトピン１１を有する保持部１０を含む。４つのピンが図示されているが、それ以上であっても良い。ピンはウエハ／基板１３の上面に接続するコンタクト表面１２を有する。このように接続された状態で、ウエハはピンの間に適当な方法で挟まれる。ウエハ表面の上に、対向電極２０が存在する。この具体例における対向電極は円形であり、略円形のウエハに対して本質的に同軸状に配置される。他の形状の基板や電極も使用可能である。電源２２は、ピン１１と対向電極２０の間に接続される。洗浄溶液の供給手段が、例えばノズル１４として提供される。図３の具体例では、中央開口部１５が対向電極２０に形成され、ノズル１４は、溶液が中央開口部１５を通って中央に供給されるように配置される。図３に矢印で示すように、洗浄溶液は、このように、中央開口部からウエハ端部に向かって流れて、適当な方法で排出される。ウエハと対向電極の間の空間に溶液を供給する他の方法は、当業者が想像することができ、これらは本発明の範囲内にある。
【００２２】
保持部１０は回転しても良く、この場合、回転ピン１１と電源２２の間の接続を確実にするために、適当な測定を行う必要がある。ピンとウエハは、ひとつの部分として回転する。回転速度は２０００ＲＰＭまでである。
【００２３】
、
他の具体例では、図４に示すように、対向電極２０は特別に設計され、ウエハ表面に向かって最適化された断面（例えば、凹形状）を有する。この具体例は、ウエハの端部で起きる過保護を低減する。平坦な対向電極を用いた場合、金属層の不均一な抵抗のために、保護はウエハにおいて不均一となる。端部から中心部へのウエハ表面でのポテンシャル降下は、図４に示した形状のように、対向電極の形状を最適化することにより低減できる。この特定の具体例では、ウエハと対向電極の間の距離がウエハの中央部分において実質的に一定で、ウエハの外方部分において異なる。当業者に認識されるように、他の形状の電極も可能である。
【００２４】
対向電極の大きさと数も、また、図４の具体例と異なるようにできる。より小さな単体の電極が、ウエハ表面の一部分のみを保護するように配置されても良い。
【００２５】
図５は、他の可能な具体例であり、グリッド状の配置された異なった対向電極３０の組を含み、それぞれの電極はウエハ表面に面し、それぞれの電極は電源２２を介してウエハ表面に接続される。この具体例では、ウエハに対して、独立した電極の垂直方向の位置を調整して、ウエハ表面からの最適な距離に電極を配置するための手段を備えることが好ましい。例えば、（図５に示すように）ウエハ表面の外部周囲に配置された電極は、中央に配置された電極より、ウエハからの距離が大きくなるように配置される。この具体例は、また、洗浄溶液の流体力学の影響を最小にしており、この影響は、１つの大きな対向電極を用いた場合には、より洗浄能力を妨害するであろう。グリッド状に配置された複数の対向電極を備えた具体例では、グリッドの開口部を通って洗浄溶液を供給するスキャニングノズルを使用しても良い。
【００２６】
他の具体例では、ウエハと対向電極は、洗浄溶液のバスに共に浸責される。
【００２７】
本発明の方法および装置では、好適には、対向電極２０は本質的に洗浄溶液に入れられ、実質的に基板の汚染は発生しない。ＨＦの場合、対向電極は白金電極または白金で被覆された電極（例えば、白金の層により覆われた半導体材料／ウエハ）でも良い。与えられた電流密度は、１００ｍＡ／ｍ２と１Ａ／ｍ２の間で良い
【００２８】
本発明は、異なった領域にも適用可能である。ロジックやメモリ回路に適用できる。ロジックの場合、上述のように、これは、ＨＦ中の金属ゲート／ポリの組み合わせであり、またはダブル金属ゲートスタックの応用である。メモリの場合、ゲートスタックは、（例えばＷのような）追加の層を有し、導電性を向上させても良い。
【００２９】
本発明は、連続するドライエッチングと洗浄による（カソード防食下での）導電性スタックの処理に関し、洗浄中の腐食（特にガルバニ増幅腐食）を避けて、良好に形成されたゲート形状を得るものである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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