(57)【要約】【課題】短いサイクル時間を可能にし、表面の粗さを許容できないほど増大させずに効果的な清浄化を可能にする方法を提供する。【解決手段】フッ化水素とオゾンを含有する第一の水性液膜を、清浄化されるべき半導体ウェハの表面上に形成させることと、前記第一の液膜を、フッ化水素とオゾンを含有する第二の水性液膜と置き換えることと、前記第二の液膜を除去することとを含み、前記第二の液膜中のフッ化水素の濃度が前記第一の液膜中よりも低い、半導体ウェハの清浄化方法によって解決される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化水素とオゾンを含有する第一の水性液膜を、清浄化されるべき半導体ウェハの表面上に形成させることと、前記第一の液膜を、フッ化水素とオゾンを含有する第二の水性液膜と置き換えることと、前記第二の液膜を除去することとを含み、前記第二の液膜中のフッ化水素の濃度が前記第一の液膜中よりも低い、半導体ウェハの清浄化方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、第一の液膜の形成から、第二の液膜の除去までに、１２０秒より長く経過しないことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、第一の液膜の形成から、第一の液膜と第二の液膜との置き換えまでに、６０秒より長く経過しないことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法において、第一の液膜中のフッ化水素の濃度が、０．１〜１０質量％であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、第二の液膜中のフッ化水素の濃度が、０．００１〜０．１質量％であることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法において、第一の液膜を、第一の液膜と第二の液膜との置き換えによって第二の液膜と交換し、そして清浄化されるべき半導体ウェハの表面が、この間に液体で絶えず濡れたままであることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法において、半導体ウェハを、清浄化の間に、１００〜２０００ｒｐｍの範囲の速度で回転させることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法において、第一の液膜か、第二の液膜か、もしくはそれら両方の液膜が、ＨＣｌを０．２〜２．０質量％の濃度で含有することを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法において、第二の液膜を、超純水、オゾン含有の超純水、ＳＣ１溶液もしくは希塩酸によって置き換えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フッ化水素とオゾンとを含有する水性液膜で半導体ウェハを清浄化するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品の製造に必要とされる半導体ウェハから、定期的に、粒子及び金属夾雑物を洗い落とさねばならない。かかる清浄化工程は、電子部品の製造元と、それらの供給元、すなわち半導体ウェハの製造元の両者にとっては慣用のことである。
【０００３】
フッ化水素（ＨＦ）とオゾン（Ｏ3）とを含有する水溶液は、効果的な清浄化剤であると判明している。ＵＳ５，７５９，９７１号は、複数の半導体ウェハを同時に、ＨＦを０．０３〜０．０５質量％の濃度で含有しかつオゾンが飽和濃度まで溶解された水性の浴に浸漬させる清浄化方法を記載している。現代の方法は、とりわけ清浄化液の消費がより少なくなるので、単一ウェハ処理用に設計されている。かかる方法における清浄化液は、液膜として、半導体ウェハの片側もしくは両側の表面に適用される。ＵＳ７，０３７，８４２号Ｂ２は、回転している半導体ウェハの片側表面を、フッ化水素とオゾンとを含有する水性清浄化液で噴霧する方法を記載している。
【０００４】
経済的理由から、清浄化サイクルをできる限り短くすることが望まれている。すなわちできる限り高い半導体ウェハの処理量を達成することが望まれている。この目的と対立することは、一般に、該清浄化は、より長い時間にわたって実施すれば、それに相応してより完全なものになるという事実である。前記問題のための明らかな解決策は、その清浄化作用を及ぼすフッ化水素とオゾンといった成分の濃度を高めることを必要とすると想定される。しかしながら、前記の戦略は、フッ化水素濃度の増大が、このコンポーネントの腐蝕作用をも促進し、清浄化された表面の不所望な粗面化を引き起こすという欠点を有する。
【特許文献１】ＵＳ５，７５９，９７１号
【特許文献２】ＵＳ７，０３７，８４２号Ｂ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、短いサイクル時間を可能にし、表面の粗さを許容できないほど増大させずに効果的な清浄化を可能にする方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題は、フッ化水素とオゾンを含有する第一の水性液膜を、清浄化されるべき半導体ウェハの表面上に形成させることと、前記第一の液膜を、フッ化水素とオゾンを含有する第二の水性液膜と置き換えることと、前記第二の液膜を除去することとを含み、前記第二の液膜中のフッ化水素の濃度が前記第一の液膜中よりも低い、半導体ウェハの清浄化方法によって解決される。
【０００７】
本方法の利点は、特に、いまだ半導体コンポーネントを含まないシリコン半導体ウェハの清浄化に関して顕著である。かかる半導体ウェハは、典型的には、研磨、熱処理もしくはエピタキシャル層の堆積の後に清浄化される。該清浄化液の腐蝕作用は、ＣＯＰ欠陥（結晶由来粒子（ｃｒｙｓｔａｌ ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ））と酸素沈殿物（ＢＭＤ、バルク微小欠陥（ｂｕｌｄ ｍｉｃｒｏｄｅｆｅｃｔｓ））を露出する。これらの欠陥は、散乱光測定装置によって粒子として検出され、それらは表面の粗さの増大の原因である。本発明は、前記の有害作用を制限することを可能にするが、該清浄化の迅速な完結を断念する必要はない。
【０００８】
本発明による方法は、回転する半導体ウェハで単一ウェハを処理するというコンセプトに基づくものであって、清浄化液中のフッ化水素の濃度の点で主に異なる２つの清浄化工程を含み、その際、第一段階の清浄化液中のその濃度は、後続段階の清浄化液中よりも高い。第一段階は、清浄化されるべき半導体ウェハ表面上での第一の液膜の形成から、該第一の液膜と第二の液膜とを置き換えることまでに及んでいる。第二段階は、前記の時点から、第二の液膜が清浄化されるべき半導体ウェハの表面から除去されるまで存続する。両方の段階は、好ましくはそれぞれ６０秒より長く存続せず、特に好ましくはそれぞれ３０秒より長くは存続しないので、本発明による清浄化は、好ましくは１２０秒以下で、特に好ましくは６０秒以下で実施することができる。
【０００９】
第一の清浄化段階から第二の清浄化段階への移行は、第一の液膜が第二の液膜によって置き換えられたことをもって行われ、かつ清浄化されるべき半導体ウェハの表面は、この間に液体で絶えず濡れたままである。
【００１０】
第一の液膜と第二の液膜の厚さは、清浄化されるべき表面の中央を垂直に交わる回転軸周りに半導体ウェハが回転される速度を介して制御される。回転速度は、好ましくは１００〜２０００ｒｐｍの範囲にある。２００〜５００ｒｐｍの範囲が特に好ましい。第一の清浄化段階の間の回転運動の速度は、第二の清浄化段階の間の回転運動の速度とは異なることがある。第一の清浄化段階のために選択された速度は、好ましくはその清浄化段階の間に変更されない。半導体ウェハの回転運動のため、使用される清浄化液は、粒子及び溶解された夾雑物とともに半導体ウェハの縁部で流れ去る。これによる清浄化液の損失は、連続的に、相応する量の新たな液体を、１つ以上のノズルを通じて、清浄化されるべき半導体ウェハの表面上に適用することによって補償される。
【００１１】
第一の清浄化段階は、実質的に、自然表面酸化物と、あるいはシリカゾルを含有する研磨剤残分を、比較的高濃度のフッ化水素を用いて迅速に溶解させることを意図している。不溶性粒子用の接着剤ベース（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｂａｓｅ）もこれによって除去されるので、これらを半導体ウェハの表面から洗出し続けることができる。第二の段階は、実質的に、洗浄を促進する一方で同時に半導体材料の腐蝕により発生する材料侵蝕を最小限にする条件下で洗浄過程を持続することを意図している。
【００１２】
第一の液膜においては、フッ化水素の濃度は、好ましくは０．１〜１０質量％であり、特に好ましくは０．１〜２．０質量％の範囲にある。第二の液膜においては、フッ化水素の濃度は、好ましくは０．００１〜０．１質量％であり、特に好ましくは０．０２〜０．０５質量％の範囲にある。オゾンの濃度は、両方の液膜において同じであってもよく、又はオゾンの濃度は、第二の液膜において第一の液膜よりも低くてもよい。しかしながら、いかなる場合にも、オゾンの濃度は、親水性のウェハ表面に残るのに十分なほど高い濃度で選択される。オゾンは、既に、液膜が半導体ウェハ上に適用されるときに、清浄化液中に含まれていてよい。しかしながら、周囲の気相からの拡散主導型の輸送によって液膜をオゾンで富化することを特徴とする方法が好ましい方法である。かかる方法は、例えばＵＳ２００２／００５０２７９号Ａ１に記載されている。この場合には、オゾンは、酸素との混合物としてプロセスチャンバ中に導入される。酸素中のオゾンの濃度は、好ましくは３〜２０質量％である。
【００１３】
更に、第一の及び／又は第二の液膜が、塩化水素（ＨＣｌ）を、０．２〜２．０質量％の濃度で含有することが好ましい。この添加は、金属の銅、鉄及びニッケルのイオンなどの金属性夾雑物の除去を促進する。
【００１４】
第一の液膜と第二の液膜は、好ましくは室温（２５℃）にある。しかしながら、その温度は、前記の温度より低くても高くてもよく、かつ９５℃までであってもよい。第一の液膜と第二の液膜の温度は、同じであっても異なっていてもよい。
【００１５】
第二の液膜は、好ましくは、該液膜と洗浄剤、例えば超純水、オゾン含有の超純水、ＳＣ１溶液もしくは希塩酸とを置き換えることによって除去される。該半導体ウェハは、引き続き、例えば洗浄剤を半導体ウェハから高い回転速度で窒素を流入させつつ回し落とすことによるか、又はマランゴニ乾燥として公知の乾燥方法を実施することによって乾燥させてよい。
【実施例】
【００１６】
直径３００ｍｍを有するシリコン半導体ウェハを、化学機械的研磨（ＣＭＰ）の後に清浄化した。粗大な研磨剤残分は、事前にローラを用いて除去した。前記のように前処理された半導体ウェハの研磨された表面上には、６５ｎｍより大きい平均寸法を有する２００〜５００個の粒子が検出された。これらの半導体ウェハの幾つかについて、本発明により、ＨＦ及びＯ3を含有する清浄化液での二段階清浄化を行った。第一の清浄化段階の間に、半導体ウェハの研磨された表面に、単一ウェハ処理装置中で、フッ化水素を０．１質量％の濃度で含有した水溶液を噴霧した。同時に、２３０ｇのオゾンを１Ｎｍ3（標準状態）あたりに有する酸素／オゾン混合物を、前記装置のガス空間に通過させた。前記のように処理された半導体ウェハの表面上に、オゾンを含有し、０．１質量％濃度のＨＦを有する液膜が形成された。３０秒が経過した後に、該半導体ウェハに、第二の清浄化段階において、フッ化水素を０．０５質量％の濃度で含有した水溶液を噴霧した。オゾンの供給は、いかようにも変更しなかったので、該研磨された表面上に、オゾンを含有し、０．０５質量％濃度のＨＦを有する液膜が形成された。更に３０秒が経過した後に、清浄化された半導体ウェハを、超純水で洗浄し、そして乾燥させた。清浄化全体（第一の清浄化段階と第二の清浄化段階）は、６０秒間継続し、それは３００ｒｐｍの一定速度で半導体ウェハを回転させることによって実施した。
【００１７】
比較のために、上記のように前処理した半導体ウェハについて、同じ装置中で、一段階だけの清浄化を行った。清浄化されるべき半導体ウェハの研磨された表面に、フッ化水素を０．０５質量％の濃度で含有した水溶液を噴霧した。同時に、２３０ｇのオゾンを１Ｎｍ3（標準状態）あたりに有する酸素／オゾン混合物を、前記装置のガス空間に通過させた。前記のように処理された半導体ウェハの表面上に、オゾンを含有し、０．０５質量％濃度のＨＦを有する液膜が形成された。清浄化の間に、半導体ウェハは、３００ｒｐｍの一定速度で回転させた。６０秒が経過した後に、清浄化された半導体ウェハを、超純水で洗浄し、そして乾燥させた。幾つかの半導体ウェハについて、清浄化の期間を２４０秒にまで延長し、そして他の半導体ウェハについては、フッ化水素の濃度を０．１質量％にまで高めた。
【００１８】
清浄化の効率の試験によって、清浄化の後に、本発明により清浄化された半導体ウェハ上には平均して８０％少ない粒子が見出されることが明らかになった。一段階の清浄化では、最良の事例で４５％の粒子が除去された。清浄化時間の延長の効果は、検出可能な粒子の数が腐蝕作用のために増加し、それにより清浄化の効率が下げられるということであった。
【外国語明細書】
2009076908.tif 000002
2009076908.tif 000003
2009076908.tif 000004
2009076908.tif 000005
2009076908.tif 000006
2009076908.tif 000007
2009076908.tif 000008
2009076908.tif 000009
2009076908.tif 000010