JP2006278393A - 半導体ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハを効率よく洗浄することができ、かつウォーターマークの発生を抑制することができる半導体ウェハ洗浄装置を提供する。
【解決手段】 内部に洗浄水を保持し、複数の半導体ウェハ１ａを略垂直に保持するウェハキャリア１ａが浸漬される洗浄槽１０と、ウェハキャリア１の上方に位置し、洗浄槽１０に洗浄水を供給する洗浄水供給部１２ａと、洗浄槽１０の底面に設けられ、ウェハキャリア１の下方に位置する排水口１４ａとを具備する。洗浄水供給部１２ａから供給された洗浄水は、半導体ウェハ１ａを整流板として、半導体ウェハ１ａの間を上から下に流れ、その後、排水口１４ａから排出される。このため、半導体ウェハ１ａの周囲に位置するは効率よく置換し、半導体ウェハ１ａの洗浄効率が上昇する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法に関する。特に本発明は、従来と比べて半導体ウェハを効率よく洗浄することができ、かつウォーターマークの発生を抑制することができる半導体ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法に関する。

図５は、従来の半導体ウェハ洗浄装置の一例を説明する為の概略図である。この半導体ウェハ洗浄装置は、薬液で処理されたシリコンウェハ１０１ａをオーバーフロー方式で洗浄する装置である。ウェハキャリア１０１には、複数のシリコンウェハ１０１ａが略垂直に保持されている。

ウェハキャリア１０１は、半導体ウェハ洗浄装置の洗浄槽１１０が保持する洗浄水に浸漬された後、洗浄槽１１０の底面近傍に設けられた載置板１１１上に載置される。なお、載置板１１１及びウェハキャリア１０１には複数の開口部が設けられており、これら開口部を介してシリコンウェハ１０１ａに付着していた薬液が、洗浄槽１１０が保持する洗浄水の全体に拡散する。

洗浄槽１１０の底面には、純水を供給する洗浄水供給配管１１２が設けられている。洗浄水供給配管１１２から純水が供給されることにより、洗浄槽１１０の内部の水は、上部からオーバーフローして置換される（例えば特許文献１参照）。この洗浄方式は、主に仕上げ洗浄工程で用いられる。
特開平１０−２０９１０８号公報（第２段落）

また、他の半導体ウェハ洗浄装置として、薬液で処理されたシリコンウェハをクイックダンプ方式で洗浄する装置がある。この装置は、以下の工程を複数回繰り返して、洗浄槽の内部の水を複数回入れ替えることにより、シリコンウェハを洗浄する。まず、洗浄槽の下部から水を急激に排水することにより、洗浄槽を空にする。次いで、洗浄槽の下部から水を供給することにより、洗浄槽の内部に水を満たす。このクイックダンプ方式は、主に粗洗浄工程で用いされる。

また、オーバーフロー方式の変形例として、液面付近に純水を供給する第２の供給管を設けるものがある。この変形例は、液面付近で洗浄水が滞留することを防ぐことを目的としている。
さらに、クイックダンプ方式の変形例として、排水中に、洗浄槽の上部から純水をシャワー状に噴霧するものがある。この変形例は、半導体ウェハが乾燥してウォーターマークが発生することを防ぐことを目的としている。

上記した半導体ウェハ洗浄装置のうち、オーバーフロー方式は、洗浄槽内での水の置換効率が十分でないため、薬液を十分に洗浄するためには長時間の洗浄が必要であった。上記したオーバーフロー方式の変形例においても、洗浄時間を十分に短くすることは困難であった。このため、半導体ウェハの洗浄効率を向上させることが望まれている。

また、クイックダンプ方式では、洗浄槽内の水を入れ替えている間に、半導体ウェハが乾燥してウォーターマークが発生する可能性がある。なお、上記したクイックダンプ方式の変形例においても、半導体ウェハが垂直に保持されているため、シャワー状の純水が半導体ウェハの全面に行き渡ることが困難であるため、ウォーターマークが発生する可能性が残る。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、従来と比べて半導体ウェハを効率よく洗浄することができ、かつウォーターマークの発生を抑制することができる半導体ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体ウェハ洗浄装置は、内部に洗浄水を保持し、複数の半導体ウェハを略垂直に保持するウェハキャリアが浸漬される洗浄槽と、
前記ウェハキャリアの上方に位置し、前記洗浄槽に洗浄水を供給する洗浄水供給部と、
前記洗浄槽の底面に設けられ、前記ウェハキャリアの下方に位置する排水口とを具備する。

この半導体ウェハ洗浄装置によれば、前記洗浄水供給部から供給された洗浄水は、前記半導体ウェハを整流板として、前記半導体ウェハの間を上から下に流れ、その後、排水口から排出される。このため、前記半導体ウェハの周囲に位置する洗浄水は効率よく置換し、前記半導体ウェハの洗浄効率が上昇する。

前記洗浄水供給部は、前記ウェハキャリアの上面の全面上方に位置するシャワーヘッドを具備してもよい。また、前記排水口は、前記ウェハキャリアの底面の全面下方に位置してもよい。

本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体ウェハを薬液で処理する工程と、
前記半導体ウェハを洗浄する工程と、
を具備し、
前記半導体ウェハを洗浄する工程において、
複数の半導体ウェハを略垂直に保持するウェハキャリアを、洗浄槽が保持する洗浄水に浸漬させ、かつ前記洗浄槽の底面に設けられた排水口の上方に位置させ、
前記ウェハキャリアの上方から、前記洗浄槽に洗浄水を供給しつつ、前記排水口から前記洗浄水を排水することにより、前記複数の半導体ウェハを洗浄する。

前記半導体ウェハを薬液で処理する工程は、前記半導体ウェハに形成された層をウェットエッチングする工程、又は半導体ウェハに形成されたフォトレジスト膜を剥離する工程であるが、前記半導体ウェハに形成されたＡｌ合金層上に形成されたフォトレジスト膜を剥離する工程であってもよいし、前記半導体ウェハに形成されたポリシリコン膜の表面に形成された酸化物層を、エッチングにより除去する工程であってもよい。

前記半導体ウェハを洗浄する工程において、前記洗浄水の供給量を、該洗浄水の排水量より多くするのが好ましい。このようにすると、洗浄槽から洗浄水がオーバーフローするため、液面で洗浄水が滞留することを抑制できる。

前記半導体ウェハを洗浄する工程において、前記半導体ウェハの洗浄を開始した直後の前記洗浄水の供給量を、前記半導体ウェハの洗浄を終了する直前の前記洗浄水の供給量より多くしてもよい。

発明を実施するための形態

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置の構成を説明する為の断面概略図である。本半導体ウェハ洗浄装置において、洗浄槽１０の底面近傍には、複数のウェハキャリア１を載置する載置板１１が設けられている。ウェハキャリア１それぞれは、複数のシリコンウェハ１ａを略垂直に保持している。なお、載置板１１及びウェハキャリア１それぞれには、複数の開口部（図示せず）が設けられている。

洗浄槽１０の上方には、洗浄槽１０に純水を供給する洗浄水供給配管１２が設けられている。洗浄水供給配管１２の先端部は複数の枝配管に分岐している。枝配管それぞれには、流量調整機能付のバルブ１２ｂが設けられており、また枝配管それぞれの先端部である複数の洗浄水供給口１２ａは、それぞれ異なるウェハキャリア１の上方に位置している。なお、洗浄水供給配管１２は、ウェハキャリア１を洗浄槽１０に浸漬させるとき、及びウェハキャリア１を洗浄槽１０から取り出すときには、これらの作業の妨げにならない場所に移動することができる。

洗浄槽１０の底面には、ウェハキャリア１それぞれの下方に位置する排水口１４ａが設けられている。排水口１４ａそれぞれには、流量調整機能付のバルブ１４ｂが設けられた配水管１４が接続されている。

この半導体ウェハ洗浄装置を用いてシリコンウェハ１ａを洗浄する方法について説明する。洗浄槽１０の内部は、予め純水が満たされている。まず、洗浄槽１０に複数のウェハキャリア１を浸漬させる。そして、バルブ１２ｂそれぞれを開き、洗浄水供給口１２ａそれぞれから純水を供給する。また、バルブ１４ｂそれぞれを開き、排水口１４ａそれぞれから洗浄槽１０内部の水を排水させる。これにより、洗浄槽１０に供給された純水は、ウェハキャリア１が保持するシリコンウェハ１ａを整流板として、洗浄槽１０の内部を上から下に流れ、その後、載置板１１の開口部を経由して排水口１４ａから排出される。このため、シリコンウェハ１ａの周囲に位置する純水は効率よく置換する。従って、シリコンウェハ１ａの洗浄効率は上昇する。

なお、純水の供給量の和を、排水口１４ａからの排水量の和より多くするのが好ましい。このようにすると、洗浄槽１０の縁から水がオーバーフローするため、洗浄槽１０の上面で水が滞留することが抑制される。

そして、所定の洗浄時間が経過した後、バルブ１２ｂ，１４ｂそれぞれを閉じる。そして、ウェハキャリア１を前記した搬送手段を用いて取り出す。洗浄回数が規定の回数に達している場合、ウェハキャリア１を取り出したのち、バルブ１４ｂを開いて洗浄槽１０の内部の水を排水し、その後バルブ１２ｂを開くことにより、洗浄槽１０の内部の水を入れ替える。洗浄回数が所定の回数に達していない場合、水の入れ替えを行わずに、新たなウェハキャリア１を洗浄槽１０内に浸漬する。

以上、本発明の第１の実施形態によれば、洗浄水供給口１２ａをウェハキャリア１の上方に位置させ、排水口１４ａをウェハキャリア１の下方に位置させている。ウェハキャリア１の内部では、シリコンウェハ１ａが垂直に保持されている。このため、洗浄水供給口１２ａから供給された純水は、シリコンウェハ１ａを整流板として、シリコンウェハ１ａの間を上から下に流れ、その後、排水口１４ａから排出される。このため、シリコンウェハ１ａの周囲に位置する純水は効率よく置換して、シリコンウェハ１ａの洗浄効率は上昇する。

また、洗浄中のシリコンウェハ１ａは、常に水に浸かっている。従って、シリコンウェハ１ａの表面が乾燥してウォーターマークが発生することを、抑制できる。

なお、本実施形態において、シリコンウェハ１ａの洗浄を開始した直後の洗浄水の供給量を、シリコンウェハ１ａの洗浄を終了する直前の洗浄水の供給量より多くしてもよい。例えば、シリコンウェハ１ａの洗浄を開始してから一定時間は、洗浄水の供給量を多くし、その後、洗浄水の供給量を少なくする。このようにすると、シリコンウェハ１ａの洗浄を開始した直後は、洗浄槽１０内の洗浄水の置換量が多くなるため、効率よくシリコンウェハ１ａの洗浄を行うことができる。

図２は、第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置の構成を説明する為の断面図である。本実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置は、洗浄水供給口１２ａ及び排水口１４ａそれぞれの形状を除いて、第１の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置と同一である。以下、第１の実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。

本実施形態において、洗浄水供給口１２ａは、シャワーヘッドを具備している。このシャワーヘッドは、ウェハキャリア１の上面の全面上方に位置している。また、排水口１４ａは、ウェハキャリア１の底面の全面下方に位置している。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同一の効果を得ることができる。また、洗浄水供給口１２ａのシャワーヘッドが、ウェハキャリア１の上面の全面上方に位置しており、かつ、排水口１４ａが、ウェハキャリア１の底面の全面下方に位置している。このため、ウェハキャリア１の端部に位置するシリコンウェハ１ａの近傍においても、洗浄水供給口１２ａから純水が供給され、上から下に流れる。従って、すべてのシリコンウェハ１ａの洗浄効率が、確実に向上する。

図３及び図４の各図は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図である。本実施形態では、第１又は第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置を用いて、エッチング後又はレジスト剥離後のシリコンウェハ１ａが洗浄される。

まず、図３（Ａ）に示すように、シリコンウェハ１ａ上に素子分離膜２２を、例えばＬＯＣＯＳ法を用いて形成する。これにより、素子領域に位置するシリコンウェハ１ａは、他の領域から分離される。なお、素子分離膜２２は、トレンチアイソレーション法により溝に埋め込まれてもよい。

次いで、シリコンウェハ１ａを熱酸化する。これにより、素子領域に位置するシリコンウェハ１ａには、ゲート酸化膜２３が形成される。次いで、ゲート酸化膜２３上にポリシリコン膜２４ａを、例えばＣＶＤ法により形成する。

次いで、シリコンウェハ１ａを反応容器内に配置し、この反応容器内に、ＰＯＣｌ_３を飽和蒸気圧ほど含んだ窒素ガス、及び酸素を供給する。これにより、ポリシリコン膜２４ａの表面には、リングラス（Ｐ_２Ｏ_５）層２４ｂが形成される。次いで、ポリシリコン膜２４ａ及びリングラス層２４ｂを加熱する。これにより、ポリシリコン膜２４ａには、リングラス層２４ｂに含まれるリンが拡散する。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、シリコンウェハ１ａを、希フッ酸溶液に満たされたエッチング槽（図示せず）に浸漬する。これにより、ポリシリコン膜２４ａ上のリングラス層２４ｂがエッチングにより除去される。その後、シリコンウェハ１ａを、第１又は第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置を用いて洗浄する。このとき、第１の実施形態で説明した理由により、ポリシリコン膜２４ａの表面にウォーターマークが発生することが、抑制される。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、ポリシリコン膜２４ａ上にフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜をマスクとして、ポリシリコン膜２４ａをエッチングする。これにより、ゲート酸化膜２３上にはゲート電極２４が形成される。その後、シリコンウェハ１ａをレジスト剥離液に浸漬する。これにより、フォトレジスト膜が除去される。その後、シリコンウェハ１ａを、第１又は第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置を用いて洗浄する。このとき、第１の実施形態で説明した理由により、シリコンウェハ１ａにウォーターマークが発生することが抑制される。

次いで、ゲート電極２４及び素子分離膜２２をマスクとして、シリコンウェハ１ａに不純物イオンを注入する。これにより、シリコンウェハ１ａには低濃度不純物領域２６ａ，２６ｂが形成される。次いで、ゲート電極２４上を含む全面上に、酸化シリコン膜をＣＶＤ法により形成し、この酸化シリコン膜をエッチバックする。これにより、ゲート電極２４の側面にはサイドウォール２５が形成される。次いで、ゲート電極２４、サイドウォール２５、及び素子分離膜２２をマスクとして、シリコンウェハ１ａに不純物イオンを注入する。これにより、シリコンウェハ１ａには、ソース及びドレインとなる不純物領域２７ａ，２７ｂが形成される。
このようにして、シリコンウェハ１ａにはトランジスタが形成される。

次いで、図４（Ａ）に示すように、トランジスタ上を含む全面上に、酸化シリコンを主成分とする層間絶縁膜２８をＣＶＤ法により形成する。次いで、層間絶縁膜２８上にフォトレジスト膜（図示せず）を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、層間絶縁膜２８上にはレジストパターンが形成される。

次いで、このレジストパターンをマスクとして、層間絶縁膜２８をエッチングする。これにより、層間絶縁膜２８には、不純物領域２７ａ，２７ｂそれぞれ上に位置する接続孔２８ａ，２８ｂが形成される。また、ゲート電極２４上にも接続孔（図示せず）が形成される。その後、シリコンウェハ１ａをレジスト剥離液に浸漬する。これにより、フォトレジスト膜が除去される。その後、シリコンウェハ１ａを、第１又は第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置を用いて洗浄する。

次いで、接続孔それぞれの中、及び層間絶縁膜２８上に、Ａｌ合金膜をスパッタリング法により形成する。次いで、Ａｌ合金膜上にフォトレジスト膜を塗布し、このフォトレジスト膜を露光及び現像する。これにより、Ａｌ合金膜上にはレジストパターン５０が形成される。

次いで、レジストパターン５０をマスクとして、Ａｌ合金膜をエッチングする。これにより、層間絶縁膜２８上には、Ａｌ合金配線２９ａ，２９ｂ，２９ｃそれぞれが形成される。Ａｌ合金配線２９ａ，２９ｂそれぞれは、一部が接続孔２８ａ，２８ｂに埋め込まれることにより、不純物領域２７ａ，２７ｂに接続する。また、Ａｌ合金配線２９ｃは、図示しない接続孔に一部が埋め込まれることにより、ゲート電極２４に接続する。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、シリコンウェハ１ａを、バッファードフッ酸を含むレジスト剥離液に浸漬する。これにより、フォトレジスト膜が除去される。その後、シリコンウェハ１ａを、第１又は第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置を用いて洗浄する。

洗浄によって、シリコンウェハ１ａの近傍におけるバッファードフッ酸の濃度は徐々に低下していく。バッファードフッ酸がある特定濃度になると、Ａｌ合金配線の粒界が侵食される。しかし、本実施形態ではシリコンウェハ１ａの洗浄効率が上昇するため、バッファードフッ酸がある特定濃度となっている時間は、従来と比べて短くなる。従って、従来と比較して、Ａｌ合金配線２９ａ，２９ｂ，２９ｃが侵食されることを抑制できる。従って、Ａｌ合金配線２９ａ，２９ｂ，２９ｃの均一性が向上する。

以上、第３の実施形態によれば、半導体装置を製造する工程において、第１又は第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置を用いている。
このためエッチング液又はレジスト剥離液等の薬液を、効率よく洗浄することができる。従って、従来と比較して、半導体装置を構成する部材（例えばＡｌ合金配線）にダメージが加わることを抑制できる。
また、ウォーターマークが例えばポリシリコン膜２４ａ上に発生することを抑制できる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。

第１の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置の構成を説明する為の断面概略図。 第２の実施形態に係る半導体ウェハ洗浄装置の構成を説明する為の断面概略図 （Ａ）は第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する為の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の次の工程を説明する為の断面図、（Ｃ）は（Ｂ）の次の工程を説明する為の断面図。 （Ａ）は図３（Ｃ）の次の工程を説明する為の断面図、（Ｂ）は（Ａ）の次の工程を説明する為の断面図。 従来の半導体ウェハ洗浄装置の一例を説明する為の概略図。

符号の説明

１，１０１…ウェハキャリア、１ａ，１０１ａ…シリコンウェハ、１０，１１０…洗浄槽、１１，１１１…載置板、１２，１１２…洗浄水供給配管、１２ａ…洗浄水供給口、１２ｂ，１４ｂ…バルブ、１４…配水管、１４ａ…排水口、２２…素子分離膜、２３…ゲート酸化膜、２４…ゲート電極、２４ａ…ポリシリコン膜、２４ｂ…リングラス層、２５…サイドウォール、２６ａ，２６ｂ…低濃度不純物領域、２７ａ，２７ｂ…不純物領域、２８…層間絶縁膜、２８ａ，２８ｂ…接続孔、２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…Ａｌ合金配線、５０…レジストパターン

Claims (9)

1. 内部に洗浄水を保持し、複数の半導体ウェハを略垂直に保持するウェハキャリアが浸漬される洗浄槽と、
   前記ウェハキャリアの上方に位置し、前記洗浄槽に洗浄水を供給する洗浄水供給部と、
   前記洗浄槽の底面に設けられ、前記ウェハキャリアの下方に位置する排水口と、
   を具備する半導体ウェハ洗浄装置。
2. 前記洗浄水供給部は、前記ウェハキャリアの上面の全面上方に位置するシャワーヘッドを具備する請求項１に記載の半導体ウェハ洗浄装置。
3. 前記排水口は、前記ウェハキャリアの底面の全面下方に位置する請求項１又は２に記載の半導体ウェハ洗浄装置。
4. 半導体ウェハを薬液で処理する工程と、
   前記半導体ウェハを洗浄する工程と、
   を具備し、
   前記半導体ウェハを洗浄する工程において、
   複数の半導体ウェハを略垂直に保持するウェハキャリアを、洗浄槽が保持する洗浄水に浸漬させ、かつ前記洗浄槽の底面に設けられた排水口の上方に位置させ、
   前記ウェハキャリアの上方から、前記洗浄槽に洗浄水を供給しつつ、前記排水口から前記洗浄水を排水することにより、前記複数の半導体ウェハを洗浄する、半導体装置の製造方法。
5. 前記半導体ウェハを薬液で処理する工程は、前記半導体ウェハに形成された層をウェットエッチングする工程、又は半導体ウェハに形成されたフォトレジスト膜を剥離する工程である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記フォトレジスト膜を剥離する工程は、前記半導体ウェハに形成されたＡｌ合金層上に形成されたフォトレジスト膜を剥離する工程である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記半導体ウェハに形成された層をウェットエッチングする工程は、前記半導体ウェハに形成されたポリシリコン膜の表面に形成された酸化物層を、エッチングにより除去する工程である請求項５に記載の葉の伝い装置の製造方法。
8. 前記半導体ウェハを洗浄する工程において、前記洗浄水の供給量を、該洗浄水の排水量より多くする請求項４〜７のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
9. 前記半導体ウェハを洗浄する工程において、前記半導体ウェハの洗浄を開始した直後の前記洗浄水の供給量を、前記半導体ウェハの洗浄を終了する直前の前記洗浄水の供給量より多くする請求項４〜８のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

Images