DE69507567T2

DE69507567T2 - Verfahren zur Reinigung von halbleitenden Scheiben

Info

Publication number: DE69507567T2
Application number: DE69507567T
Authority: DE
Inventors: Masami Nishishirakawa-Gun Fukushima-Ken Nakano; Hiroyuki Shirakawa-Shi Fukushima-Ken Takamatsu; Isao 10 Aza Shimonishidaira Nishishirakawa-Gun Fukushima-Ken Uchiyama
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 1994-10-21
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: EP0708480A1; EP0708480B1; JP3119289B2; JPH08124889A; DE69507567D1; US5626681A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung bei einem Verfahren zur Reinigung von halbleitenden Scheiben bzw. Halbleiterwafern (im folgenden zur Abkürzung als "Wafer" bezeichnet).
Wafer wie Silizium-Wafer werden, nachdem sie poliert worden sind, einer chemischen Reinigung unter Einsatz einer Lösung von Ammoniumhydroxid (NH&sub4;OH), Wasserstoffperoxid (H&sub2;O&sub2;) und Wasser (H&sub2;O) zur Entfernung von Teilchen und organischen Verbindungen ausgesetzt. Die Reinigung mit einer NH&sub4;OH-H&sub2;O2-H&sub2;O-Lösung verschlechtert jedoch die Oberflächenrauhheit (Mikro-Rauhheit) der polierten Wafer aufgrund einer Ätzreaktion, die darauf ausgelöst wird. Es ist bekannt, daß die Verschlechterung der Mikro-Rauhheit nicht nur die erreichbare Nachweisgrenze von Teilchen auf einem Waferoberflächen-Teilchenzähler unter Einsatz von Laserstrahlstreuung verschlechtert, sondern auch die Durchbruchsspannung eines Oxidfilmes, der auf dem Wafer gebildet ist, wodurch schließlich die Ausbeute und die Leistungsfähigkeit von Halbleiterbauelementen, die auf dem Wafer gebildet werden, beeinflußt werden kann.
US-A-4156615 beschreibt einen Prozeß zur Reinigung von Halbleiterwafern mit Hilfe von verdünnter HF und einem darauffolgenden Spülreinigungsschritt mit reinem Wasser. Schließlich werden die Wafer mechanisch mit angefeuchtetem Musselin gereinigt.
JP-A-6120192 beschreibt die Reinigung von Wafern mit Hilfe von Bürsten, während Ozonwasser H&sub2;O&sub2; auf die Waferoberfläche gesprüht wird. In "International Conference on Solid State Devices and Materials", 08-1992, Seiten 193 bis 195, wird der Gebrauch von ozonisiertem ultrareinem Wasser zur Waferreinigung beschrieben.
Im Hinblick auf die obigen Nachteile ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Reinigung eines polierten Halbleiterwafers anzugeben, welches der Reinigung von Wafern mit einer hohen Effektivität ohne Verschlechterung der Oberflächenrauhheit (Mikro-Rauhheit) der Wafer fähig ist.
Das obige Ziel wird mit einem Verfahren zur Reinigung eines polierten Halbleiterwafers erreicht, das die Merkmale des Anspruchs 1 hat.
Das reine Wasser hat eine Ozonkonzentration, deren untere Grenze 0,5 ppm ist. Die obere Grenze für die Ozonkonzentration ist die Sättigungskonzentration. Eine Ozonkonzentration kleiner als 0,5 ppm kann keinen ausreichenden Reinigungseffekt erzielen. Die obere Grenze der Ozonkonzentration, d. h., die Sättigungskonzentration, die mit der Flüssigkeitstemperatur und der Ozongaskonzentration bei der Herstellung des ozonhaltigen Wassers variieren kann, ist ungefähr 40 ppm bei einer Flüssigkeitstemperatur von 25ºC.
Die Bürstenreinigung wird unter Einsatz von reinem Wasser erreicht, kann jedoch auch mit einem geeigneten Reinigungsmittel, das dem reinen Wasser hinzugefügt wird, durchgeführt werden.
Um eine Verschlechterung der Oberflächenrauhheit (Mikro-Rauhheit) der Waferoberfläche zu vermeiden, sollte die Reinigung vorzugsweise ohne Ätzreaktion ausgeführt werden. Reinigungstechniken, welche natürlicherweise nicht ätzend sind und einen ausreichenden Reinigungseffekt haben, können den Bürstenreinigungsprozeß umfassen (Reinigung durch Abreiben mit einer Bürste). Wenn der Bürstenreinigungsprozeß einfach auf die polierten Wafer angewendet wird, kann er aufgrund einer oberflächenwirksamen Substanz, die in einem Reinigungsmittel enthalten ist, das auf der Waferoberfläche verbleibt, keine ausreichende Reinigungskraft aufbringen. Im Hinblick darauf werden die polierten Wafer vor dem Bürstenreinigungsprozeß mit einer Reinigungslösung gereinigt, die aus Fluorwasserstoffsäure besteht, um Silikateilchen, die in dem Reinigungsmittel enthalten sind, das auf der Waferoberfläche verblieben ist, zu lösen. Dann wird die Reinigung mit ozonhaltigem reinen Wasser zur Entfernung des oberflächenwirksamen Mittels, das in dem Reinigungsmittel enthalten ist, das auf der Waferoberfläche verblieben ist, ausgeführt. Daraufhin wird der Bürstenreinigungsprozeß mit dem Ergebnis ausgeführt, daß Schmutz und Restverunreinigungen, die auf der Waferoberfläche verblieben sind, effektiv entfernt werden können.
Die Ziele und Merkmale der Erfindung können mit Bezug zu der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung zusammen mit den anliegenden Figurenseiten verstanden werden.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Ergebnisse einer Messung von Teilchen, die auf der Waferoberfläche nach der Reinigung verblieben sind, zeigt, die bezüglich des Beispieles 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erhalten wurde;
Fig. 2 ist eine Darstellung, die die Ergebnisse einer Messung der Oberflächenrauhheit von Wafern nach dem Reinigungsprozeß zeigt, die bezüglich des Beispieles 1 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erhalten wurde; und
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer Bürstenreinigungsvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wobei zur Klarheit Teile weggeschnitten sind.
Die vorliegende Erfindung wird unten detaillierter mit Hilfe der folgenden Beispiele beschrieben, die nur als illustrativ und nicht als einschränkend angesehen werden sollen. Was die Bürstenreinigungsvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, angeht, kann jeder Typ einer solchen Bürstenreinigungsvorrichtung oder Reinigers ohne spezielle Einschränkung eingesetzt werden. Z. B. kann ein Bürstenreiniger, der von dem vorliegenden Anmelder der japanischen Patentanmeldung Nr. 3- 226360 vorgeschlagen wurde, geeigneterweise eingesetzt werden.
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Bürstenreinigers, wie er oben spezifiziert ist, wobei Teile zur Klarheit weggeschnitten sind. Wie es in dieser Figur gezeigt ist, umfaßt der Bürstenreiniger 50 ein Paar von horizontal und drehbar gelagerten Rotationsbürsten 74, 75, ein Paar von Antriebsmotoren (Bürstenantriebsmittel) 87, 88 zum Drehen des Antriebs der jeweiligen Rotationsbürste 74, 75, ein Paar von Antriebsrollen 60, 61 zur rotierenden Bewegung eines Wafers W während dieser darauf gehalten wird, und einen anderen Antriebsmotor (Waferantriebsmittel) 65. Der Wafer W wird zwischen den Rotaitonsbürsten 74, 75 gegriffen, wobei seine äußeren Umfangsbereiche auf den Antriebsrollen 60, 61 getragen werden. Während dieser Zustand gehalten wird, wird der Antriebsmotor 65 zur Rotation des Wafers W mit Hilfe der Antriebsrollen 60, 61 angetrieben, und gleich zeitig werden die Antriebsmotoren 87, 88 zur Rotation der Rotationsbürsten 74, 75 angetrieben, woraufhin der Wafer W auf seinen gegenüberliegenden Seiten durch die Rotationsbürsten 74, 75 gereinigt wird.

Beispiel 1

Bedingungen:

- Testwafer: spiegel-poliert, p-Typ, < 100> -Ausrichtung1 200 mm Durchmesser, Siliziumwafer
- Reinigung mit Fluorwasserstoffsäure (HF): HF-Konzentration = 1 Gewichts-%, 25ºC, 3 Minuten.
- Ozonhaltiges reines Wasser: Eine Zufuhr von 2 Litern pro Minute, 25ºC, 3 Minuten, Ozonkonzentration = 2 ppm
- Reingungsbadgröße (gleich für die HF-Reinigung und die Reinigung mit ozonhaltigem reinen Wasser): 320 · 30 · 280 mm
- Bürsten: aus Nylonfaser gefertigt.
Unter den oben spezifizierten Bedingungen wurde der Wafer mit Fluorwasserstoffsäure gereinigt. Dann wurde der fluorwasserstoffgereinigte Testwafer mit ozonhaltigem reinen Wasser gespült und danach der gewaschene Testwafer durch Reinigen mit rotierenden Bürsten des Bürstenreinigers, der in Fig. 3 gezeigt ist, gereinigt, während reines Wasser zu den rotierenden Bürsten geliefert wurde. Der bürstengereinigte Wafer wurde dann einem Nach-Reinigungsprozeß und einem Trockenprozeß ausgesetzt, welche beide in gewöhnlicher Art und Weise durchgeführt wurden, und anschließend wurde die Anzahl der Teilchen (Teile /200 mm ~) einer Größe von nicht kleiner als 0,10 um, welche auf dem bürstengereinigten Wafer verblieben sind, mit Hilfe eines Laser-Teilchenzählers "LS-6000" (gefertigt von Hitachi Electronics Engineering Ltd.) mit den Ergebnissen, die in Fig. 1 gezeigt sind, gemessen. Wie es aus der Fig. 1 ersichtlich ist, war die Anzahl der gemessenen Teilchen 20 Teile/200 mm . Der bürstengereinigte Wafer wurde auch bezüglich seiner Oberflächenrauhheit (Mikro-Rauhheit) mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops "Nanoscope 2" (gefertigt von Digital Insturments Corporation) mit den Ergebnis sen, die in Fig. 2 gezeigt sind, vermessen. Wie es klar in der Fig. 2 erkennbar ist, war die gemessene Oberflächenrauhheit im RMS-Wert (quadratischer Mittelwert) 0,16 nm.

Verpleichsbeispiel 1

Ein spiegel-polierter Wafer ähnlich dem, der für Beispiel 1 benutzt wurde, wurde direkt dem Bürstenreinigungsprozeß, der mit demselben Bürstenreiniger ausgeführt wurde, ausgesetzt, gefolgt von Nachreinigung und Trockenprozeß, die in der üblichen Weise durchgeführt wurden. Bezüglich des bürstengereinigten Wafers wurde die Anzahl der Teilchen bzw. die Oberflächenrauhheit in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 mit den Ergebnissen, die in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigt sind, gemessen. Wie es aus den Fig. 1 und 2 deutlich wird, war die Anzahl der Teilchen 7540 Teile/200 mm und die gemessene Oberflächenrauhheit im RMS-Wert war 0,16 nm.

Verpleichsbeispiel 2

Ein spiegel-polierterWafer ähnlich dem, der für Beispiel 1 eingesetzt wurde, wurde mit 28%iger wässriger Lösung von Ammoniumhydroxid, 30%iger wässriger Lösung von Wasserstoffperoxid und reinem Wasser in einem Verhältnis von 1 : 1 : 10 (Volumen) bei 80ºC 3 Minuten lang gereinigt. Der gereinigte Wafer wurde dann einer Nachreinigung und einem Trockenprozeß, die in der üblichen Weise durchgeführt wurden, ausgesetzt. Zur Bestimmung der Anzahl der Teilchen bzw. der Oberflächenrauhheit des gereinigten Wafers wurden Messungen in derselben Weise wie beim Beispiel 1 mit den Ergebnissen, die auch in den Fig. 1 bzw. 2 gezeigt sind, ausgeführt. Wie es aus den Fig. 1 und 2 deutlich wird, war die Anzahl der gemessenen Teilchen 50 Teile/200 mm und die Oberflächenrauhheit im RMS-Wert war 0,20 nm.

Verpleichsbeispiel 3

Das Beispiel 1 wurde mit dem Unterschied wiederholt, daß der Fluorwasserstoffsäurereinigungsprozeß weggelassen wurde. Dann wurde die Anzahl der Teilchen bzw. die Oberflächenrauhheit des bürstengereinigten Wafers in derselben Weise wie beim Beispiel 1 mit den Ergebnissen, die auch in Fig. 1 bzw. 2 gezeigt sind, gemessen. Wie es klar aus den Fig. 1 und 2 erkennbar ist, war die Anzahl der Teilchen 50 Teile/200 mm und die Oberflächenrauhheit im RMS-Wert war 0,16 nm.
Aus den Meßergebnissen, die in den Fig. 1 und 2 gezeigt sind, wird klar, daß der Wafer, der mit dem Bürstenreinigungsprozeß dieser Erfindung (Beispiel 1) gereinigt wurde, eine extrem reduzierte Anzahl an Teilchen im Vergleich zum Vergleichsbeispiel 1 und eine immer noch im gewissen Ausmaß reduzierte Anzahl von Teilchen im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 2 und 3 aufweist. Was die Oberflächenrauhheit angeht, ist der bürstengereinigte Wafer gemäß dieser Erfindung (Beispiel 1) vergleichbar mit den Vergleichsbeispielen 1 und 3 und ist dem konventionellen Reinigungsprozeß, der im Vergleichsbeispiel 2 beschrieben ist, überlegen.
Obwohl die oben beschriebenen Beispiele Testwafer einsetzen, die aus p-Typ- Siliziumwafern bestehen, wurde experimentell bestätigt, daß der gleiche Effekt auch erreicht werden kann, wenn n-Typ-Siliziumwafer benutzt wurden.
Wie es oben beschrieben ist, ist es mit dem Waferreinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung möglich, Wafer effektiv ohne Verschlechterung der Oberflächenrauhheit (Mikro-Rauhheit) der Waferoberfläche und mit einer wesentlichen Verminderung der Anzahl von Teilchenverunreinigungen, die auf der gereinigten Waferoberfläche verbleiben, zu reinigen.

Claims

1. Reinigungsverfahren für einen polierten Halbleiterwafer, der die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge umfaßt:

a) Reinigung eines polierten Wafers mit einer wässrigen Lösung von Fluorwasserstoffsäure;

b) daraufhin Spülen des polierten Wafers mit reinem Wasser, das Ozon in einer Konzentration von mindestens 0,5 ppm enthält;

c) danach Bürsten des polierten Wafers unter Einsatz von reinem Wasser oder reinem Wasser, das ein Reinigungsmittel enthält.

2. Reinigungsverfahren für einen polierten Halbleiterwafer nach Anspruch 1, wobei das reine Wasser, das Ozon enthält, eine Ozonkonzentration nicht größer als die Sättigungskonzentration hat.