JP4001662B2 - シリコンの洗浄方法および多結晶シリコンの作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の中でもシリコンを利用する分野においてシリコン表面の湿式の洗浄あるいはエッチング後にシリコンを乾燥させる工程において、残留する水跡いわゆるウォータマークの減少させるシリコンの洗浄方法および洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンを用いた半導体産業は、シリコンという材料の中でもその形態において、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンに分けられるが、どの形態においても半導体としての特性を持ち、原材料が地球上に豊富にあるために広い分野で利用されている。単結晶シリコンは、ＤＲＡＭ，ＥＰＲＯＭなどのメモリやＣＰＵ，ＭＰＵなどの演算器として、また多結晶シリコンは、液晶表示装置のスイッチングトランジスタや駆動回路や太陽電池として、非晶質シリコンは液晶表示装置のスイッチングトランジスタや太陽電池として用いられている。
【０００３】
特に各シリコンの応用の中でも、トランジスタとしての機能を使用する集積回路に用いられることが多い。集積回路にシリコンを用いる場合は、特にそのシリコンの不純物の敏感性や微細加工技術に対して、清浄環境作りや微細加工装置および材料技術にしのぎをけずっている。
【０００４】
シリコンを半導体として用いる場合に、欠かせないのは洗浄およびエッチングの技術である。洗浄は殆ど湿式方法が用いられている。物理吸着物を取り除くための洗浄としては、ブラシなどで表面を擦って洗浄するスクラブ洗浄や、超音波によって純水や薬液中に疎密波を生じさせてその衝撃で洗浄する超音波洗浄やメガソニック洗浄などがある。表面に付着した有機物を除去するための洗浄としては、過酸化水素水に硫酸を混合した中にシリコンを入れ、化学反応によって有機物を除去する洗浄などがある。金属汚染を除去する洗浄としては、過酸化水素水に塩酸を混合した中にシリコンを入れ、化学反応によって金属汚染物を除去する洗浄などがあある。
【０００５】
エッチングには、ガスを用いた乾式エッチングと薬液を用いる湿式エッチングがある。薬液を用いる湿式エッチングは、広い表面全体のエッチングや、半導体の微細加工の中でも、加工寸法が比較的大きいものに対して使用される。
【０００６】
このように半導体技術の中では、洗浄やエッチングなどに湿式のプロセスが多く利用されているのが現状である。この湿式のプロセスにおいてウォータマークが大きな問題となっている。ウォータマークとは、湿式の洗浄あるいはエッチングの後にシリコン表面をもつ基板を乾燥させるときに、基板が濡れた状態から乾燥状態になる間に水滴が基板表面に付着して、付着した水滴が乾燥で無くなるが、水滴が無くなった後にその水滴の跡が残る現象である。
【０００７】
ウォータマークの適切な日本語は、当業者間ではまだない。水跡、水滴跡、水のシミなど色々な表現が用いられており、本明細書中ではウォータマークとして呼ぶ。ウォータマークとは何であるかは、いまだに確固とした技術解釈はなく仮説の域をでていない。
【０００８】
ウォータマークのできる現象として欠くことの出来ない要素が３つある。▲１▼シリコン ▲２▼酸素 ▲３▼水 の３つである。この３つのうち一つでも欠けるとウォータマークは発生しない。通説（例えば月刊Semiconductor World 1996.3 p92-94 ）によるものを図３に示す。シリコンの表面に付着した水滴（Ｈ2 Ｏ）純水）に乾燥雰囲気中の酸素がａ）溶解する。溶解した酸素は、シリコン表面と水滴の界面にｂ）拡散していく。シリコン表面で、ｃ）酸化物が形成される。形成された酸化物はｄ）溶出してケイ酸（H2SiO3と考えられている) になる。ケイ酸は、液中にｅ）拡散し、解離した後にさらに拡散する。水滴が乾燥した後にシリコン表面にシリコン酸化物が残り、これがウォータマークと考えられている。
【０００９】
ウォータマークは、一旦形成されるとそれを除去することは極めて困難であり実質的には除去できない。その為に、後のシリコンのエッチング時にマスクとして作用してエッチングしたい箇所でもウォータマークのためにエッチングできずあるいは部分的にしかエッチングできずにシリコンが残存する。
【００１０】
ウォータマークの多さや基板上の数は、形成される時の条件によって大きく変化する。大きさは、１μｍφ〜６０μｍφ程度で、数は５インチφあるいは５インチ角の基板上で数個〜１０００個を超える場合まである。時には、数百μｍφのものが数個形成されることもある。
【００１１】
ウォータマークは、一旦発生すると除去が困難であるため如何に発生を防ぐかが肝要である。ウォータマークの発生を防止する方策としては２点に集約される。▲１▼シリコン、酸素、水の３つの条件を揃えないようにする。
▲２▼反応する時間を与えない（水洗から乾燥までの時間を極力短くする）。
▲２▼の対応しては、瞬時に乾燥させることを意味しており実際には、基板を回転させて気流と遠心力を利用して基板を乾燥させるスピン乾燥法があるが、この方法はウォータマークを形成させない程、短時間で乾燥させることができない。そのためにスピン乾燥法は、▲１▼が揃っている条件での乾燥には不適である。
【００１２】
短時間乾燥と水を無くすことを実現する方法としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール又はプロピルアルコールやプロパノールとも呼ばれる））蒸気乾燥法がある。これは、ＩＰＡを加熱し蒸気を発生させる。乾燥装置内の槽内に満たされたＩＰＡ蒸気の中に基板を入れると、ＩＰＡの蒸気は基板上で結露して、基板上の水分と短時間で置換される。このＩＰＡ蒸気乾燥方法によれば、短時間で水とＩＰＡが置換するために、▲１▼の３つの条件のうち水を無くしかつ▲２▼の短時間の乾燥が同時に行えるために、かなりの率でウォータマークの発生を防ぐことができる。そのために、現状のシリコン半導体を用いる工程の殆どの場合に適用されている。
【００１３】
他の最近の方法としては、マランゴニ方式、ＩＰＡ直接置換方式などの乾燥システムも提案され、一部では実際に使われはじめている。マランゴニ法は、基板をゆっくりと純水中からＩＰＡ＋窒素の雰囲気中に引上げ、そのときの純水の表面張力を利用したものであり、ＩＰＡ直接置換方式と同じで、原理的にはウォータマークをゼロにできるものである。
【００１４】
また、ウォータマークが発生する３つの条件のうち酸素を無くす方式として、クローズシステム内で窒素雰囲気中で乾燥する方式や、減圧状態で乾燥させる減圧乾燥方式なども提案されているが、通常のキャリアに基板を入れた状態で処理するキャリア方式でも、基板をキャリアに入れないで基板のみを処理するキャリアレス方式（あるいは枚葉方式）の場合に、クローズにした空間でも酸素を完全に無くすことは難しく、短時間で酸素が窒素など他のガスに置換されることもできない。減圧乾燥方式も、減圧にするまでは水も酸素も存在しておりこの方式も非常に難しい。
【００１５】
上述した従来のウォータマーク発生防止の方法は、ウォータマーク発生の３つの揃った条件のシリコン、酸素、水の内の酸素または水を無くすことに対するもの、あるいは、乾燥をできるだけ短時間で行うものであった。３つの揃った条件の内、シリコンを無くす方法もある。シリコン表面に自然酸化膜が存在するとウォータマークは発生しない（前述Semiconductor World 1996.3 p92-94 ）。しかし、この方法では、自然酸化膜を如何に薄く制御するかが重要であり、制御されない厚い自然酸化膜では素子劣化を引き起こす。また、わずかな自然酸化膜の存在も許されない工程では、用いることはできない。
【００１６】
薄い酸化膜の作製方法としては、『ウルトラクリーンＵＬＳＩ技術、大見忠弘著、培風館』p214に記載されているケミカル酸化膜作製方法が知られている。このケミカル酸化膜作製方法は、シリコン上に絶縁ゲート型電界効果トランジスタを作製する際の、特に重要なゲート酸化膜をシリコン表面に形成する工程の前に適用される。ゲート絶縁膜の形成は、ドライ酸化技術による熱酸化法を使ってシリコン表面に、酸化珪素を形成する。その酸化珪素とシリコンの界面に、キャリアを流すためのチャネルが形成されるために、シリコン表面を洗浄した後に、酸化装置まで搬送する間にシリコン表面が汚染されることを防ぐ目的で形成される。
【００１７】
ケミカル酸化膜が形成されたシリコンは、そのまま熱酸化工程に移され、ケミカル酸化膜の上に熱酸化膜が形成される。ケミカル酸化膜は、そのままゲート酸化膜の一部になる。そのために、ケミカル酸化膜を形成する工程は複雑になる。
【００１８】
ケミカル酸化膜を形成するための作製手順を表１に示す。湿式工程が５工程、乾式工程が１工程の計６工程を経てケミカル酸化膜が形成される。
【００１９】
【表１】
【００２０】
このケミカル酸化膜を洗浄工程の後のシリコン上に形成することは、ウォータマークの発生を防ぐことができる。精密に制御された酸化膜であるために、自然酸化膜とは異なり、膜厚制御もされており、不純物も少ない。
しかし、通常のシリコンの洗浄工程で全てにこのケミカル酸化膜を形成する工程を導入することは、工程数が大幅に増加してしまう。
【００２１】
本発明者は、ウォータマークの発生を防ぐための、揃えてはならない３つの条件のうち、シリコンに着目した。ケミカル酸化膜を利用する方法は、その工程が複雑であることから、もっと簡易な手段によって制御された酸化膜を形成することを考えた。基板を洗浄あるいはエッチングをして純水リンスを行いその後に乾燥が行われるが、そのリンス中あるいはリンス後であって、乾燥前に制御された薄い酸化膜をシリコン表面に形成し得ることを見出し、本発明に至ったものである。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明はウォータマークの発生を防ぐために、ウォータマーク発生の３つの条件（シリコン、酸素、水）のうち、シリコンを揃えない方法において、ケミカル酸化膜のような複雑な工程を用いずまた、制御されていない自然酸化膜を利用することはなく、むしろ、その後の工程や素子特性を考え、自然酸化膜は除去してしまう。その自然酸化膜の存在しないシリコンの表面に、洗浄あるいはエッチング後の純水リンス中又はリンス後に、簡易な方法によって純水中において制御された酸化膜を作製し、乾燥時にウォータマークの発生を防止する洗浄方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する発明は、シリコン表面を有する基板を湿式の洗浄を行った後に、シリコン表面を純水にてリンスし、当該リンス中又はリンス後にシリコン表面に１０〜３０Åの酸化膜を乾燥前に形成した後に、シリコン表面を乾燥させることを特徴とするシリコンの洗浄方法である。
【００２４】
本明細書で開示する他の発明は、表面に自然酸化膜が存在するシリコンを有する基板を湿式のエッチングにて当該自然酸化膜の除去を行った後に、シリコン表面を純水にてリンスし、当該リンス中又はリンス後にシリコン表面に１０〜３０Åの酸化膜を乾燥前に形成した後に、シリコン表面を乾燥させることを特徴とするシリコンの洗浄方法である。
【００２５】
本明細書で開示する他の発明は、非晶質シリコンにレーザを照射して多結晶シリコンにする工程の前の基板の洗浄方法であって、表面に自然酸化膜が存在する非晶質シリコンを有する基板を湿式のエッチングにて当該自然酸化膜の除去を行った後に、非晶質シリコン表面を純水にてリンスし、当該リンス中又はリンス後に非晶質シリコン表面に１〜３ｎｍの酸化膜を乾燥前に形成した後に、非晶質シリコン表面を乾燥させることを特徴とするシリコンの洗浄方法である。
【００２６】
上記シリコンの洗浄方法において、前記１〜３ｎｍの酸化膜の形成を純水に酸化剤を添加した純水を用いて湿式で行うことが好ましい。また、前記酸化剤を添加した純水は、純水を電気分解して得るオゾンを純水に添加したもの、又は酸素に紫外線を照射して得るオゾンを純水に添加したものあるいは純水に５〜２０体積％の過酸化水素を添加したものであることが好ましい。
【００２７】
本明細書で開示する他の発明は、湿式のシリコンの洗浄又はエッチング装置であって、シリコンを洗浄又はエッチングする手段と、シリコン表面を純水リンスする手段と、酸化剤を添加した純水をシリコン表面に供給する手段と、シリコン表面をスピン乾燥させる手段とを少なくとも有する装置であって、シリコン表面を前記スピン乾燥させる手段によって乾燥させる前に前記酸化剤を添加した純水を添加した純水を供給する手段から当該純水が供給されることを特徴とするシリコン洗浄装置である。
【００２８】
また、上記シリコン洗浄装置において、前記酸化剤を添加した純水は、純水を電気分解して得るオゾンを純水に添加したもの、又は酸素に紫外線を照射して得るオゾンを純水に添加したものあるいは純水に５〜２０体積％の過酸化水素を添加したものが好ましい。
【００２９】
本発明は、ウォータマークの発生を防ぐために、ウォータマーク発生の３つの条件（シリコン、酸素、水）のうち、シリコンを揃えない方法において、自然酸化膜の存在しないシリコンの表面に、洗浄あるいはエッチング後の純水リンス中又はリンス後に、簡易な方法で純水中において制御された酸化膜を作製することを特徴とし、乾燥時にウォータマークの発生を防止する洗浄方法を提供し、またこの洗浄方法を実現する洗浄装置を提供するものである。
【００３０】
湿式のシリコンの洗浄あるいは湿式のエッチングを行った後には、洗浄液あるいはエッチャントをシリコン表面から洗い流す目的で、純水によるリンスを行う。このリンス中は、シリコン全体に純水が存在し、しかも純水が流れているためにウォータマークが発生しない。つまり、洗浄あるいはエッチングの目的を終えた後の純水中にシリコンが存在している間に、制御された酸化膜を形成することによりウォータマークの発生を防止することができる。
【００３１】
純水中に酸化剤を入れる手段によって本発明の目的とする純水中で制御された酸化膜を形成する。シリコンの洗浄を行う際には、目的に応じて、物理吸着物の除去のための洗浄、有機物付着物の除去のための洗浄、金属汚染を除去するための洗浄などあるが、どの洗浄においても洗浄のための薬液を使用する。また、シリコンの湿式のエッチング工程では、薬液としてエッチャントを使用する。それら洗浄用の薬液やエッチャントをシリコン表面から洗い流すために、純水によるリンスが実施される。
【００３２】
純水によるリンスの工程は、キャリアに基板を入れてキャリア毎行う湿式の洗浄又はエッチング工程と、基板のみで行う枚葉式で、そのリンスの方式も時間も純水の量も異なる。しかし、ある一定時間に基板表面に残留する薬液を洗い流すために純水を流す工程がある。このリンス工程で、十分に基板表面の薬液が洗い流された後にリンス用の純水に酸化剤を添加して、シリコン表面に酸化膜を形成する。あるいは、リンス用の純水から、酸化剤が添加された純水に切り換える。
【００３３】
本発明では、基本的に純水リンスのときに用いた純水の代わりに、酸化剤が添加された純水を、基板をリンスすると同様に流すことで酸化膜を形成する。洗浄工程で、清浄にしたシリコン表面に酸化膜を形成してから乾燥させるという思想は、本発明前にはなかった。
【００３４】
酸化剤としては、本発明人らが色々と試行錯誤の実験の結果、純水にオゾンを添加したものと純水に過酸化水素を添加したものを利用する場合に効果があるとの結論にいたった。オゾンの発生方法としては、純水を電気分解して得るオゾンと、純水中を酸素をバブリングさせるシステムでバブリング前の酸素に紫外線を照射してオゾンを発生させる方法と、枚葉式のリンスの場合は、純水リンス中に紫外線を照射する方法を試み、いづれも効果があることがわかった。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコン洗浄方法は、シリコンの洗浄あるいはシリコンのエッチングを湿式で行う際に適用するが、まずシリコン表面を洗浄あるいはエッチングするための薬液によってシリコン表面を処理する。その後に、処理目的が達成された後（洗浄したいものが除去できた後、あるいはエッチングしたいものがエッチングされた後）に、シリコン表面の薬液を洗い流すために、純水を流す。枚葉処理であればシリコン表面に直接純水を吹きつけるように純水を流し、純水リンスが行われる。
【００３６】
キャリア方式であれば、シリコン表面を有する基板が搭載されたキャリア全体が入る槽にキャリアを付け、その槽内に純水を流し込みオーバーフローさせるように、あるいはカスケード状に何槽も利用して純水リンスが行われる。
【００３７】
純水リンスによって十分に薬液が、洗い流された後に、シリコン表面に薄い酸化膜を作製する。純水リンスによって、シリコン表面に純水が十分に残っている状態で、酸化膜を作製しないとウォータマークが発生する原因になる。枚葉処理であれば、リンス用の純水をシリコン表面に吹きつけるためのノズルの横の酸化剤を添加した純水が吹き出すためのノズルから、シリコン表面に酸化剤を添加した純水をシリコン表面に吹きつけ、その後にリンス用の純水を停止させて、酸化膜形成工程を行う。
【００３８】
あるいは、ノズルは一つで、ノズルに接続されている純水を切り換える。切替えは、ソース側に、純水と酸化剤が添加された純水の２系統あり、その切替えに電磁バルブあるいは空気差動バルブなどを用いて瞬時に切り換えることで、シリコン表面に水滴が発生する前に、酸化工程を行う。
【００３９】
キャリア方式では、純水リンスを行う槽の他に酸化剤を添加した純水を満たした槽にキャリアごと基板を写して、酸化工程を行う。この槽の中の酸化剤を添加した純水は、できるだけ流れるようにして、常に新しい酸化剤添加の純水を供給するようにする。
【００４０】
純水に酸化剤を添加する方法としては、純水を電気分解して発生させたオゾンをフッ素樹脂製のガス透過膜をつかって、オゾン添加の純水を作製する。オゾンは、純水に添加されても時間がたつと経時変化でなくなるので、オゾン添加した純水はできるだけ時間を経過しないうちに使用するために、洗浄装置の横で常に新しいオゾン添加の純水を作製できるようにする必要がある。
【００４１】
また、純水に過酸化水素を５〜２０体積％を添加したものも酸化剤を添加した純水として効果がある。５％体積以下でも、時間をかけてリンス酸化工程を行うと酸化膜は形成されるが、工程時間がかかりすぎる。また、２０体積％を超えると、酸化速度が大きくなりすぎて、酸化膜の膜厚の制御が難しくなる。時間もそれほどかからず、酸化速度もそれほど早くない程度が５〜２０％程度の添加量である。
【００４２】
枚葉式の場合では、酸化剤を添加する方式として、純水リンス工程のリンスによる薬液の洗い流しが終了した段階で、リンス用の純水はそのまま流し続け、そこへ紫外線を照射することで、空気中の酸素を励起してオゾンを発生させて、気流とともにリンス用の純水にオゾンが添加される方式を用いて酸化剤を添加することもできる。
【００４３】
酸化膜が形成されたシリコン表面を有する基板（実際には、シリコン表面に既に薄い酸化膜が形成されている）は、ウォータマークの発生するおそれがないため、ＩＰＡ蒸気乾燥やスピン乾燥などの従来の方法によって乾燥させることができる。
【００４４】
本発明による洗浄あるいはエッチング後、純水リンス工程中あるいはリンス工程の後に酸化膜を形成し、乾燥させる方法を実施するための洗浄装置は、酸化剤を添加した純水が供給される手段を、従来の洗浄装置に付加することで実施でき、簡易な手段でウォータマークの発生を防ぐ洗浄装置を提供することができる。
【００４５】
【実施例】
〔実施例１〕実施例を図面を参照して説明する。ガラス基板上に形成された非晶質シリコンをレーザ結晶化によって多結晶化する工程において、レーザ結晶化前の非晶質シリコン表面に形成された自然酸化膜を湿式エッチングで除去する工程に本発明を用いたもの（図１）と、比較のために本発明を用いないもの（図２）を示している。
【００４６】
ガラス基板１（本実施例では、コーニング社製の＃１７３７を使用）上に、下地酸化珪素膜２を２００ｎｍ形成された上に、非晶質シリコン膜３が３０〜５０ｎｍ、典型的には４０ｎｍ形成された基板をレーザ結晶化する。非晶質シリコン３は、プラズマＣＶＤ法あるいは減圧熱ＣＶＤ法によって、形成される。形成方法によってもウォータマークの形成が異なり、減圧熱ＣＶＤ法によって形成されたシリコン膜よりも、プラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン膜の方がウォータマークが発生し易い。これは、形成されたシリコン表面を観察するとプラズマＣＶＤ法によって形成された膜は、クラスタ状の凹凸が、減圧熱ＣＶＤ法によって形成されたシリコン表面より多く、これが原因になっていると推測している。
【００４７】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法によって非晶質シリコンを形成したものに対して本発明を実施したので、さらに効果があった。プラズマＣＶＤ法で形成された非晶質シリコンの膜中には５〜３０原子％の水素が添加されている。この水素が添加されたまま、レーザ結晶化を行うとレーザ光を吸収した非晶質シリコンが加熱され急激に水素を放出するために、クレータのような穴が多数できてしまう。
【００４８】
そのために、レーザ結晶化の前に、非晶質シリコン３中の水素を抜くために、脱水素工程を行う。脱水素工程は、３５０〜４５０℃の窒素雰囲気中に基板を３０〜６０分間程度曝すことで、非晶質シリコン３中の水素を約１原子％程度まで減少させる工程である。この脱水素工程は、窒素雰囲気中で行われるが、僅かな酸素あるいは空気の存在のためか非晶質シリコン３の表面には自然酸化膜４が形成される（図１（Ａ），図２（Ａ））。
【００４９】
この自然酸化膜４は、制御されていないために膜厚や含有する不純物もまちまちである。そのために、この自然酸化膜４を残したままレーザ結晶化を行うと、レーザの吸収が自然酸化膜４の膜厚によってバラツキ、シリコンの結晶化度合いが場所によってまた処理ごとに異なってしまう。さらに、不純物が含有されている自然酸化膜４の中の不純物が、シリコン中に拡散してしまう。
【００５０】
レーザ結晶化工程の前にこの自然酸化膜４の除去が必要になる。除去の方法としては、枚葉式のスピンエッチャー装置（エムセテック社製）を用いている。この装置は、基板を水平方向で回転させて、回転している基板に対してノズルからエッチャントや純水が基板に吹きつけられ、乾燥は基板を回転させながら、窒素を回転する基板に吹きつけて乾燥させるスピン乾燥方式になっている。
【００５１】
自然酸化膜４の除去のためのエッチャントとして緩衝フッ酸（本実施例では、フッ酸：フッ化アンモニウム＝１：５０の混合比の緩衝フッ酸を用いた。）に２０秒程度で、自然酸化膜４が除去される。非晶質シリコン３が露呈されている表面には、緩衝フッ酸の残留があるためにこれを洗い流すために、純水によるリンスを２分間行う。リンスが終了後、スピン乾燥によって基板を乾燥させて取り出しすと、図２（Ｂ）のように、スピン乾燥の途中で水滴５ができ、それが乾燥した後に、図２（Ｃ）のようにウォータマーク６ができる。
【００５２】
このウォータマーク６が表面に存在したまま図２（Ｄ）のように非晶質シリコン３に対して、エキシマレーザによるレーザ結晶化を行うとウォータマーク６の存在している箇所のレーザの吸収が高いために、図２（Ｅ）のようにウォータマーク６の部分にリッジ（表面がかなり荒れた状態）の多いＮＧ多結晶シリコン領域８とウォータマーク６の無い領域の多結晶シリコン領域７が共に存在する。
【００５３】
ウォータマーク６は、乾燥後の基板をみても殆どの場合にその存在が判らない。それは、非常に薄いケイ酸であると考えられているためだが、レーザ結晶化をした時に始めてその存在が判る。レーザ結晶化後にＮＧ多結晶シリコン領域８の表面はリッジが多く、その領域でトランジスタを形成することは殆ど不可能。
【００５４】
本発明を用いた場合は、自然酸化膜４を除去して、純水にてリンスする工程までは同一だが、リンスを２分間した後に、リンス用のノズルの横にオゾンを添加した純水を噴出するノズルから、オゾンを添加した純水を非晶質シリコン３表面に噴出しと同時または、その後リンス用の純水を止める。オゾン添加の純水によるリンスは、３分間行い非晶質シリコン３の表面に約１ｎｍの酸化膜９を形成した後にスピン乾燥させる。
【００５５】
図１（Ｂ）に示すようにスピン乾燥中に水滴１０が形成されるが、図１（Ｃ）に示すようにスピン乾燥後に水滴１０によって乾燥後にウォータマークが形成されない。そのため、図１（Ｄ）に示すレーザ結晶化による非晶質シリコン３が、図１（Ｅ）に示す多結晶シリコン１１に結晶化されたときに、多結晶シリコンは１１は均質な多結晶膜になり、薄膜トランジスタなどの形成が容易である。
【００５６】
オゾン添加の純水によるシリコン表面に形成される酸化膜は、当該純水によるリンス時間を長くするあるいは、オゾン量を増加することで膜厚を厚くすることができる。膜厚を３ｎｍ以上にすることも可能だが、リンス時間がかかることと、オゾン量を増加させると酸化速度が速くなり、膜厚の基板間ばらつきが発生しやすいために、１〜３ｎｍが最適である。
【００５７】
具体的には、オゾン添加量は、３〜１０ｐｐｍでリンス時間は、２〜５分間ぐらいが適量である。本実施例では、オゾン添加量５ｐｐｍでリンス時間３分間で、酸化膜が約１ｎｍ形成されている。
【００５８】
オゾンの添加方法は、純水を電気分解して発生させたオゾンをフッ素樹脂製のガス透過膜をつかって、オゾン添加の純水を作製している。本実施例では、固体高分子電解質（ＳＰＥ）水電解方式により、水量２リットル／分の場合にオゾン量を６ｍｇ／リットル発生することが可能なヒドロオキシジカル製造増置（ＵＯＷ１Ａ型）を用いている。また、オゾンを用いない場合は、過酸化水素を５〜２０％添加しても同様の酸化膜を形成することができる。ただし、過酸化水素をもちいる場合は、酸化膜形成後に、再び純水でのリンスを行った後に乾燥させないと表面に活性な過酸化水素が残存するために必須の工程になる。
【００５９】
〔実施例２〕図４に本発明を実施するための洗浄装置を示す。シリコン表面に形成された自然酸化膜をエッチングするためのエッチング室４１と純水リンスおよび本発明による乾燥前の酸化膜を形成するための酸化剤が添加された純水によるリンスと乾燥までを行うリンス室４２の２室構成になっている。
【００６０】
シリコン表面を有する基板４８は、まずエッチング室において緩衝フッ酸がノズル４４から噴出し、基板４８は回転機構４３によって回転する。緩衝フッ酸は、回転している基板４８全面に広がり、シリコン表面の自然酸化膜を除去する。
【００６１】
自然酸化膜のエッチングが終了した基板は、基板表面が乾燥しないようにリンス室４２に搬送される。搬送は、水中搬送あるいは、純水が噴出している中を搬送させることによって実施される。リンス室４２に搬送された基板４９は、純水ノズル４６から純水が噴出し、回転する基板４９に純水がかけられる。純水は基板４９が回転機構４４によって回転しているために、基板全面に広がる。純水ノズル４６から純水が噴出している間に、酸化ノズル４５から酸化剤が添加された純水が基板４９に噴出される。酸化ノズル４５から酸化剤が添加された純水が噴出されて、１〜３秒後に純水ノズル４６からの純水の供給は停止する。酸化剤が添加された純水のみによる酸化膜形成が行われる。その後酸化剤添加の純水の供給が停止し、再び純水ノズル４６から純水が噴出される。
【００６２】
酸化剤添加の純水の残留を洗い流した後に、純水ノズル４６からの純水供給が停止し、窒素ノズル４７から窒素の噴出とともに、基板の回転数を上げて、基板をスピン乾燥させる。
【００６３】
本発明による洗浄装置は、従来技術による洗浄装置のリンス用の純水ノズル４６に、酸化剤を添加した純水を供給する酸化ノズル４５を１つ追加するだけで構成することができるために、新たに設備を導入することもなく、従来の装置に簡単な改造をするだけで対応することができる。本発明の洗浄装置による、シリコンの洗浄はシリコン表面に薄い酸化膜を形成することにより、ウォータマークの形成を防止することができる洗浄装置を実現することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は以上述べてきた形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６５】
シリコン表面を露呈させる湿式の洗浄あるいは湿式のエッチングの工程で、基板を乾燥させると形成されるウォータマークの発生を、酸化剤を添加した純水リンス後に基板を乾燥させるという簡易な方法で、シリコン表面に酸化膜を形成し、ウォータマークが形成される３つの条件のうちシリコンをなくすことで、乾燥後のウォータマークの発生を防ぐことができる。
【００６６】
本発明を、非晶質シリコンのレーザ結晶化プロセスに適用することで、リッジの少なく均質な多結晶シリコンに結晶化することができ、その後の薄膜トランジスタ作製工程において、ウォータマークが支障にならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を用いた洗浄工程を示す図。
【図２】 従来技術による洗浄工程を示す図。
【図３】 ウォータマークの発生原理を示す図。
【図４】 本発明を用いた洗浄装置を示す図。
【符号の説明】
１ 基板
２ 下地膜
３ 非晶質シリコン
４ 自然酸化膜
５，１０ 水滴
６ ウォータマーク
７，１１ 多結晶シリコン
８ ＮＧ多結晶シリコン
９ 酸化膜
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の中でもシリコンを利用する分野においてシリコン表面の湿式の洗浄あるいはエッチング後にシリコンを乾燥させる工程において、残留する水跡いわゆるウォータマークの減少させるシリコンの洗浄方法および洗浄装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンを用いた半導体産業は、シリコンという材料の中でもその形態において、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコンに分けられるが、どの形態においても半導体としての特性を持ち、原材料が地球上に豊富にあるために広い分野で利用されている。単結晶シリコンは、ＤＲＡＭ，ＥＰＲＯＭなどのメモリやＣＰＵ，ＭＰＵなどの演算器として、また多結晶シリコンは、液晶表示装置のスイッチングトランジスタや駆動回路や太陽電池として、非晶質シリコンは液晶表示装置のスイッチングトランジスタや太陽電池として用いられている。
【０００３】
特に各シリコンの応用の中でも、トランジスタとしての機能を使用する集積回路に用いられることが多い。集積回路にシリコンを用いる場合は、特にそのシリコンの不純物の敏感性や微細加工技術に対して、清浄環境作りや微細加工装置および材料技術にしのぎをけずっている。
【０００４】
シリコンを半導体として用いる場合に、欠かせないのは洗浄およびエッチングの技術である。洗浄は殆ど湿式方法が用いられている。物理吸着物を取り除くための洗浄としては、ブラシなどで表面を擦って洗浄するスクラブ洗浄や、超音波によって純水や薬液中に疎密波を生じさせてその衝撃で洗浄する超音波洗浄やメガソニック洗浄などがある。表面に付着した有機物を除去するための洗浄としては、過酸化水素水に硫酸を混合した中にシリコンを入れ、化学反応によって有機物を除去する洗浄などがある。金属汚染を除去する洗浄としては、過酸化水素水に塩酸を混合した中にシリコンを入れ、化学反応によって金属汚染物を除去する洗浄などがあある。
【０００５】
エッチングには、ガスを用いた乾式エッチングと薬液を用いる湿式エッチングがある。薬液を用いる湿式エッチングは、広い表面全体のエッチングや、半導体の微細加工の中でも、加工寸法が比較的大きいものに対して使用される。
【０００６】
このように半導体技術の中では、洗浄やエッチングなどに湿式のプロセスが多く利用されているのが現状である。この湿式のプロセスにおいてウォータマークが大きな問題となっている。ウォータマークとは、湿式の洗浄あるいはエッチングの後にシリコン表面をもつ基板を乾燥させるときに、基板が濡れた状態から乾燥状態になる間に水滴が基板表面に付着して、付着した水滴が乾燥で無くなるが、水滴が無くなった後にその水滴の跡が残る現象である。
【０００７】
ウォータマークの適切な日本語は、当業者間ではまだない。水跡、水滴跡、水のシミなど色々な表現が用いられており、本明細書中ではウォータマークとして呼ぶ。ウォータマークとは何であるかは、いまだに確固とした技術解釈はなく仮説の域をでていない。
【０００８】
ウォータマークのできる現象として欠くことの出来ない要素が３つある。▲１▼シリコン ▲２▼酸素 ▲３▼水 の３つである。この３つのうち一つでも欠けるとウォータマークは発生しない。通説（例えば月刊Semiconductor World 1996.3 p92-94 ）によるものを図３に示す。シリコンの表面に付着した水滴（Ｈ2 Ｏ）純水）に乾燥雰囲気中の酸素がａ）溶解する。溶解した酸素は、シリコン表面と水滴の界面にｂ）拡散していく。シリコン表面で、ｃ）酸化物が形成される。形成された酸化物はｄ）溶出してケイ酸（H2SiO3と考えられている) になる。ケイ酸は、液中にｅ）拡散し、解離した後にさらに拡散する。水滴が乾燥した後にシリコン表面にシリコン酸化物が残り、これがウォータマークと考えられている。
【０００９】
ウォータマークは、一旦形成されるとそれを除去することは極めて困難であり実質的には除去できない。その為に、後のシリコンのエッチング時にマスクとして作用してエッチングしたい箇所でもウォータマークのためにエッチングできずあるいは部分的にしかエッチングできずにシリコンが残存する。
【００１０】
ウォータマークの多さや基板上の数は、形成される時の条件によって大きく変化する。大きさは、１μｍφ〜６０μｍφ程度で、数は５インチφあるいは５インチ角の基板上で数個〜１０００個を超える場合まである。時には、数百μｍφのものが数個形成されることもある。
【００１１】
ウォータマークは、一旦発生すると除去が困難であるため如何に発生を防ぐかが肝要である。ウォータマークの発生を防止する方策としては２点に集約される。▲１▼シリコン、酸素、水の３つの条件を揃えないようにする。
▲２▼反応する時間を与えない（水洗から乾燥までの時間を極力短くする）。
▲２▼の対応しては、瞬時に乾燥させることを意味しており実際には、基板を回転させて気流と遠心力を利用して基板を乾燥させるスピン乾燥法があるが、この方法はウォータマークを形成させない程、短時間で乾燥させることができない。そのためにスピン乾燥法は、▲１▼が揃っている条件での乾燥には不適である。
【００１２】
短時間乾燥と水を無くすことを実現する方法としてＩＰＡ（イソプロピルアルコール又はプロピルアルコールやプロパノールとも呼ばれる））蒸気乾燥法がある。これは、ＩＰＡを加熱し蒸気を発生させる。乾燥装置内の槽内に満たされたＩＰＡ蒸気の中に基板を入れると、ＩＰＡの蒸気は基板上で結露して、基板上の水分と短時間で置換される。このＩＰＡ蒸気乾燥方法によれば、短時間で水とＩＰＡが置換するために、▲１▼の３つの条件のうち水を無くしかつ▲２▼の短時間の乾燥が同時に行えるために、かなりの率でウォータマークの発生を防ぐことができる。そのために、現状のシリコン半導体を用いる工程の殆どの場合に適用されている。
【００１３】
他の最近の方法としては、マランゴニ方式、ＩＰＡ直接置換方式などの乾燥システムも提案され、一部では実際に使われはじめている。マランゴニ法は、基板をゆっくりと純水中からＩＰＡ＋窒素の雰囲気中に引上げ、そのときの純水の表面張力を利用したものであり、ＩＰＡ直接置換方式と同じで、原理的にはウォータマークをゼロにできるものである。
【００１４】
また、ウォータマークが発生する３つの条件のうち酸素を無くす方式として、クローズシステム内で窒素雰囲気中で乾燥する方式や、減圧状態で乾燥させる減圧乾燥方式なども提案されているが、通常のキャリアに基板を入れた状態で処理するキャリア方式でも、基板をキャリアに入れないで基板のみを処理するキャリアレス方式（あるいは枚葉方式）の場合に、クローズにした空間でも酸素を完全に無くすことは難しく、短時間で酸素が窒素など他のガスに置換されることもできない。減圧乾燥方式も、減圧にするまでは水も酸素も存在しておりこの方式も非常に難しい。
【００１５】
上述した従来のウォータマーク発生防止の方法は、ウォータマーク発生の３つの揃った条件のシリコン、酸素、水の内の酸素または水を無くすことに対するもの、あるいは、乾燥をできるだけ短時間で行うものであった。３つの揃った条件の内、シリコンを無くす方法もある。シリコン表面に自然酸化膜が存在するとウォータマークは発生しない（前述Semiconductor World 1996.3 p92-94 ）。しかし、この方法では、自然酸化膜を如何に薄く制御するかが重要であり、制御されない厚い自然酸化膜では素子劣化を引き起こす。また、わずかな自然酸化膜の存在も許されない工程では、用いることはできない。
【００１６】
薄い酸化膜の作製方法としては、『ウルトラクリーンＵＬＳＩ技術、大見忠弘著、培風館』p214に記載されているケミカル酸化膜作製方法が知られている。このケミカル酸化膜作製方法は、シリコン上に絶縁ゲート型電界効果トランジスタを作製する際の、特に重要なゲート酸化膜をシリコン表面に形成する工程の前に適用される。ゲート絶縁膜の形成は、ドライ酸化技術による熱酸化法を使ってシリコン表面に、酸化珪素を形成する。その酸化珪素とシリコンの界面に、キャリアを流すためのチャネルが形成されるために、シリコン表面を洗浄した後に、酸化装置まで搬送する間にシリコン表面が汚染されることを防ぐ目的で形成される。
【００１７】
ケミカル酸化膜が形成されたシリコンは、そのまま熱酸化工程に移され、ケミカル酸化膜の上に熱酸化膜が形成される。ケミカル酸化膜は、そのままゲート酸化膜の一部になる。そのために、ケミカル酸化膜を形成する工程は複雑になる。
【００１８】
ケミカル酸化膜を形成するための作製手順を表１に示す。湿式工程が５工程、乾式工程が１工程の計６工程を経てケミカル酸化膜が形成される。
【００１９】
【表１】
このケミカル酸化膜を洗浄工程の後のシリコン上に形成することは、ウォータマークの発生を防ぐことができる。精密に制御された酸化膜であるために、自然酸化膜とは異なり、膜厚制御もされており、不純物も少ない。
しかし、通常のシリコンの洗浄工程で全てにこのケミカル酸化膜を形成する工程を導入することは、工程数が大幅に増加してしまう。
【００２１】
本発明者は、ウォータマークの発生を防ぐための、揃えてはならない３つの条件のうち、シリコンに着目した。ケミカル酸化膜を利用する方法は、その工程が複雑であることから、もっと簡易な手段によって制御された酸化膜を形成することを考えた。基板を洗浄あるいはエッチングをして純水リンスを行いその後に乾燥が行われるが、そのリンス中あるいはリンス後であって、乾燥前に制御された薄い酸化膜をシリコン表面に形成し得ることを見出し、本発明に至ったものである。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、本発明はウォータマークの発生を防ぐために、ウォータマーク発生の３つの条件（シリコン、酸素、水）のうち、シリコンを揃えない方法において、ケミカル酸化膜のような複雑な工程を用いずまた、制御されていない自然酸化膜を利用することはなく、むしろ、その後の工程や素子特性を考え、自然酸化膜は除去してしまう。その自然酸化膜の存在しないシリコンの表面に、洗浄あるいはエッチング後の純水リンス中又はリンス後に、簡易な方法によって純水中において制御された酸化膜を作製し、乾燥時にウォータマークの発生を防止する洗浄方法を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本明細書で開示する発明は、シリコン表面を有する基板を湿式の洗浄を行った後に、シリコン表面を純水にてリンスし、当該リンス中又はリンス後にシリコン表面に１０〜３０Åの酸化膜を乾燥前に形成した後に、シリコン表面を乾燥させることを特徴とするシリコンの洗浄方法である。
【００２４】
本明細書で開示する他の発明は、表面に自然酸化膜が存在するシリコンを有する基板を湿式のエッチングにて当該自然酸化膜の除去を行った後に、シリコン表面を純水にてリンスし、当該リンス中又はリンス後にシリコン表面に１０〜３０Åの酸化膜を乾燥前に形成した後に、シリコン表面を乾燥させることを特徴とするシリコンの洗浄方法である。
【００２５】
本明細書で開示する他の発明は、非晶質シリコンにレーザを照射して多結晶シリコンにする工程の前の基板の洗浄方法であって、表面に自然酸化膜が存在する非晶質シリコンを有する基板を湿式のエッチングにて当該自然酸化膜の除去を行った後に、非晶質シリコン表面を純水にてリンスし、当該リンス中又はリンス後に非晶質シリコン表面に１〜３ｎｍの酸化膜を乾燥前に形成した後に、非晶質シリコン表面を乾燥させることを特徴とするシリコンの洗浄方法である。
【００２６】
上記シリコンの洗浄方法において、前記１〜３ｎｍの酸化膜の形成を純水に酸化剤を添加した純水を用いて湿式で行うことが好ましい。また、前記酸化剤を添加した純水は、純水を電気分解して得るオゾンを純水に添加したもの、又は酸素に紫外線を照射して得るオゾンを純水に添加したものあるいは純水に５〜２０体積％の過酸化水素を添加したものであることが好ましい。
【００２７】
本明細書で開示する他の発明は、湿式のシリコンの洗浄又はエッチング装置であって、シリコンを洗浄又はエッチングする手段と、シリコン表面を純水リンスする手段と、酸化剤を添加した純水をシリコン表面に供給する手段と、シリコン表面をスピン乾燥させる手段とを少なくとも有する装置であって、シリコン表面を前記スピン乾燥させる手段によって乾燥させる前に前記酸化剤を添加した純水を添加した純水を供給する手段から当該純水が供給されることを特徴とするシリコン洗浄装置である。
【００２８】
また、上記シリコン洗浄装置において、前記酸化剤を添加した純水は、純水を電気分解して得るオゾンを純水に添加したもの、又は酸素に紫外線を照射して得るオゾンを純水に添加したものあるいは純水に５〜２０体積％の過酸化水素を添加したものが好ましい。
【００２９】
本発明は、ウォータマークの発生を防ぐために、ウォータマーク発生の３つの条件（シリコン、酸素、水）のうち、シリコンを揃えない方法において、自然酸化膜の存在しないシリコンの表面に、洗浄あるいはエッチング後の純水リンス中又はリンス後に、簡易な方法で純水中において制御された酸化膜を作製することを特徴とし、乾燥時にウォータマークの発生を防止する洗浄方法を提供し、またこの洗浄方法を実現する洗浄装置を提供するものである。
【００３０】
湿式のシリコンの洗浄あるいは湿式のエッチングを行った後には、洗浄液あるいはエッチャントをシリコン表面から洗い流す目的で、純水によるリンスを行う。このリンス中は、シリコン全体に純水が存在し、しかも純水が流れているためにウォータマークが発生しない。つまり、洗浄あるいはエッチングの目的を終えた後の純水中にシリコンが存在している間に、制御された酸化膜を形成することによりウォータマークの発生を防止することができる。
【００３１】
純水中に酸化剤を入れる手段によって本発明の目的とする純水中で制御された酸化膜を形成する。シリコンの洗浄を行う際には、目的に応じて、物理吸着物の除去のための洗浄、有機物付着物の除去のための洗浄、金属汚染を除去するための洗浄などあるが、どの洗浄においても洗浄のための薬液を使用する。また、シリコンの湿式のエッチング工程では、薬液としてエッチャントを使用する。それら洗浄用の薬液やエッチャントをシリコン表面から洗い流すために、純水によるリンスが実施される。
【００３２】
純水によるリンスの工程は、キャリアに基板を入れてキャリア毎行う湿式の洗浄又はエッチング工程と、基板のみで行う枚葉式で、そのリンスの方式も時間も純水の量も異なる。しかし、ある一定時間に基板表面に残留する薬液を洗い流すために純水を流す工程がある。このリンス工程で、十分に基板表面の薬液が洗い流された後にリンス用の純水に酸化剤を添加して、シリコン表面に酸化膜を形成する。あるいは、リンス用の純水から、酸化剤が添加された純水に切り換える。
【００３３】
本発明では、基本的に純水リンスのときに用いた純水の代わりに、酸化剤が添加された純水を、基板をリンスすると同様に流すことで酸化膜を形成する。洗浄工程で、清浄にしたシリコン表面に酸化膜を形成してから乾燥させるという思想は、本発明前にはなかった。
【００３４】
酸化剤としては、本発明人らが色々と試行錯誤の実験の結果、純水にオゾンを添加したものと純水に過酸化水素を添加したものを利用する場合に効果があるとの結論にいたった。オゾンの発生方法としては、純水を電気分解して得るオゾンと、純水中を酸素をバブリングさせるシステムでバブリング前の酸素に紫外線を照射してオゾンを発生させる方法と、枚葉式のリンスの場合は、純水リンス中に紫外線を照射する方法を試み、いづれも効果があることがわかった。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明のシリコン洗浄方法は、シリコンの洗浄あるいはシリコンのエッチングを湿式で行う際に適用するが、まずシリコン表面を洗浄あるいはエッチングするための薬液によってシリコン表面を処理する。その後に、処理目的が達成された後（洗浄したいものが除去できた後、あるいはエッチングしたいものがエッチングされた後）に、シリコン表面の薬液を洗い流すために、純水を流す。枚葉処理であればシリコン表面に直接純水を吹きつけるように純水を流し、純水リンスが行われる。
【００３６】
キャリア方式であれば、シリコン表面を有する基板が搭載されたキャリア全体が入る槽にキャリアを付け、その槽内に純水を流し込みオーバーフローさせるように、あるいはカスケード状に何槽も利用して純水リンスが行われる。
【００３７】
純水リンスによって十分に薬液が、洗い流された後に、シリコン表面に薄い酸化膜を作製する。純水リンスによって、シリコン表面に純水が十分に残っている状態で、酸化膜を作製しないとウォータマークが発生する原因になる。枚葉処理であれば、リンス用の純水をシリコン表面に吹きつけるためのノズルの横の酸化剤を添加した純水が吹き出すためのノズルから、シリコン表面に酸化剤を添加した純水をシリコン表面に吹きつけ、その後にリンス用の純水を停止させて、酸化膜形成工程を行う。
【００３８】
あるいは、ノズルは一つで、ノズルに接続されている純水を切り換える。切替えは、ソース側に、純水と酸化剤が添加された純水の２系統あり、その切替えに電磁バルブあるいは空気差動バルブなどを用いて瞬時に切り換えることで、シリコン表面に水滴が発生する前に、酸化工程を行う。
【００３９】
キャリア方式では、純水リンスを行う槽の他に酸化剤を添加した純水を満たした槽にキャリアごと基板を写して、酸化工程を行う。この槽の中の酸化剤を添加した純水は、できるだけ流れるようにして、常に新しい酸化剤添加の純水を供給するようにする。
【００４０】
純水に酸化剤を添加する方法としては、純水を電気分解して発生させたオゾンをフッ素樹脂製のガス透過膜をつかって、オゾン添加の純水を作製する。オゾンは、純水に添加されても時間がたつと経時変化でなくなるので、オゾン添加した純水はできるだけ時間を経過しないうちに使用するために、洗浄装置の横で常に新しいオゾン添加の純水を作製できるようにする必要がある。
【００４１】
また、純水に過酸化水素を５〜２０体積％を添加したものも酸化剤を添加した純水として効果がある。５％体積以下でも、時間をかけてリンス酸化工程を行うと酸化膜は形成されるが、工程時間がかかりすぎる。また、２０体積％を超えると、酸化速度が大きくなりすぎて、酸化膜の膜厚の制御が難しくなる。時間もそれほどかからず、酸化速度もそれほど早くない程度が５〜２０％程度の添加量である。
【００４２】
枚葉式の場合では、酸化剤を添加する方式として、純水リンス工程のリンスによる薬液の洗い流しが終了した段階で、リンス用の純水はそのまま流し続け、そこへ紫外線を照射することで、空気中の酸素を励起してオゾンを発生させて、気流とともにリンス用の純水にオゾンが添加される方式を用いて酸化剤を添加することもできる。
【００４３】
酸化膜が形成されたシリコン表面を有する基板（実際には、シリコン表面に既に薄い酸化膜が形成されている）は、ウォータマークの発生するおそれがないため、ＩＰＡ蒸気乾燥やスピン乾燥などの従来の方法によって乾燥させることができる。
【００４４】
本発明による洗浄あるいはエッチング後、純水リンス工程中あるいはリンス工程の後に酸化膜を形成し、乾燥させる方法を実施するための洗浄装置は、酸化剤を添加した純水が供給される手段を、従来の洗浄装置に付加することで実施でき、簡易な手段でウォータマークの発生を防ぐ洗浄装置を提供することができる。
【００４５】
【実施例】
〔実施例１〕実施例を図面を参照して説明する。ガラス基板上に形成された非晶質シリコンをレーザ結晶化によって多結晶化する工程において、レーザ結晶化前の非晶質シリコン表面に形成された自然酸化膜を湿式エッチングで除去する工程に本発明を用いたもの（図１）と、比較のために本発明を用いないもの（図２）を示している。
【００４６】
ガラス基板１（本実施例では、コーニング社製の＃１７３７を使用）上に、下地酸化珪素膜２を２００ｎｍ形成された上に、非晶質シリコン膜３が３０〜５０ｎｍ、典型的には４０ｎｍ形成された基板をレーザ結晶化する。非晶質シリコン３は、プラズマＣＶＤ法あるいは減圧熱ＣＶＤ法によって、形成される。形成方法によってもウォータマークの形成が異なり、減圧熱ＣＶＤ法によって形成されたシリコン膜よりも、プラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン膜の方がウォータマークが発生し易い。これは、形成されたシリコン表面を観察するとプラズマＣＶＤ法によって形成された膜は、クラスタ状の凹凸が、減圧熱ＣＶＤ法によって形成されたシリコン表面より多く、これが原因になっていると推測している。
【００４７】
本実施例では、プラズマＣＶＤ法によって非晶質シリコンを形成したものに対して本発明を実施したので、さらに効果があった。プラズマＣＶＤ法で形成された非晶質シリコンの膜中には５〜３０原子％の水素が添加されている。この水素が添加されたまま、レーザ結晶化を行うとレーザ光を吸収した非晶質シリコンが加熱され急激に水素を放出するために、クレータのような穴が多数できてしまう。
【００４８】
そのために、レーザ結晶化の前に、非晶質シリコン３中の水素を抜くために、脱水素工程を行う。脱水素工程は、３５０〜４５０℃の窒素雰囲気中に基板を３０〜６０分間程度曝すことで、非晶質シリコン３中の水素を約１原子％程度まで減少させる工程である。この脱水素工程は、窒素雰囲気中で行われるが、僅かな酸素あるいは空気の存在のためか非晶質シリコン３の表面には自然酸化膜４が形成される（図１（Ａ），図２（Ａ））。
【００４９】
この自然酸化膜４は、制御されていないために膜厚や含有する不純物もまちまちである。そのために、この自然酸化膜４を残したままレーザ結晶化を行うと、レーザの吸収が自然酸化膜４の膜厚によってバラツキ、シリコンの結晶化度合いが場所によってまた処理ごとに異なってしまう。さらに、不純物が含有されている自然酸化膜４の中の不純物が、シリコン中に拡散してしまう。
【００５０】
レーザ結晶化工程の前にこの自然酸化膜４の除去が必要になる。除去の方法としては、枚葉式のスピンエッチャー装置（エムセテック社製）を用いている。この装置は、基板を水平方向で回転させて、回転している基板に対してノズルからエッチャントや純水が基板に吹きつけられ、乾燥は基板を回転させながら、窒素を回転する基板に吹きつけて乾燥させるスピン乾燥方式になっている。
【００５１】
自然酸化膜４の除去のためのエッチャントとして緩衝フッ酸（本実施例では、フッ酸：フッ化アンモニウム＝１：５０の混合比の緩衝フッ酸を用いた。）に２０秒程度で、自然酸化膜４が除去される。非晶質シリコン３が露呈されている表面には、緩衝フッ酸の残留があるためにこれを洗い流すために、純水によるリンスを２分間行う。リンスが終了後、スピン乾燥によって基板を乾燥させて取り出しすと、図２（Ｂ）のように、スピン乾燥の途中で水滴５ができ、それが乾燥した後に、図２（Ｃ）のようにウォータマーク６ができる。
【００５２】
このウォータマーク６が表面に存在したまま図２（Ｄ）のように非晶質シリコン３に対して、エキシマレーザによるレーザ結晶化を行うとウォータマーク６の存在している箇所のレーザの吸収が高いために、図２（Ｅ）のようにウォータマーク６の部分にリッジ（表面がかなり荒れた状態）の多いＮＧ多結晶シリコン領域８とウォータマーク６の無い領域の多結晶シリコン領域７が共に存在する。
【００５３】
ウォータマーク６は、乾燥後の基板をみても殆どの場合にその存在が判らない。それは、非常に薄いケイ酸であると考えられているためだが、レーザ結晶化をした時に始めてその存在が判る。レーザ結晶化後にＮＧ多結晶シリコン領域８の表面はリッジが多く、その領域でトランジスタを形成することは殆ど不可能。
【００５４】
本発明を用いた場合は、自然酸化膜４を除去して、純水にてリンスする工程までは同一だが、リンスを２分間した後に、リンス用のノズルの横にオゾンを添加した純水を噴出するノズルから、オゾンを添加した純水を非晶質シリコン３表面に噴出しと同時または、その後リンス用の純水を止める。オゾン添加の純水によるリンスは、３分間行い非晶質シリコン３の表面に約１ｎｍの酸化膜９を形成した後にスピン乾燥させる。
【００５５】
図１（Ｂ）に示すようにスピン乾燥中に水滴１０が形成されるが、図１（Ｃ）に示すようにスピン乾燥後に水滴１０によって乾燥後にウォータマークが形成されない。そのため、図１（Ｄ）に示すレーザ結晶化による非晶質シリコン３が、図１（Ｅ）に示す多結晶シリコン１１に結晶化されたときに、多結晶シリコンは１１は均質な多結晶膜になり、薄膜トランジスタなどの形成が容易である。
【００５６】
オゾン添加の純水によるシリコン表面に形成される酸化膜は、当該純水によるリンス時間を長くするあるいは、オゾン量を増加することで膜厚を厚くすることができる。膜厚を３ｎｍ以上にすることも可能だが、リンス時間がかかることと、オゾン量を増加させると酸化速度が速くなり、膜厚の基板間ばらつきが発生しやすいために、１〜３ｎｍが最適である。
【００５７】
具体的には、オゾン添加量は、３〜１０ｐｐｍでリンス時間は、２〜５分間ぐらいが適量である。本実施例では、オゾン添加量５ｐｐｍでリンス時間３分間で、酸化膜が約１ｎｍ形成されている。
【００５８】
オゾンの添加方法は、純水を電気分解して発生させたオゾンをフッ素樹脂製のガス透過膜をつかって、オゾン添加の純水を作製している。本実施例では、固体高分子電解質（ＳＰＥ）水電解方式により、水量２リットル／分の場合にオゾン量を６ｍｇ／リットル発生することが可能なヒドロオキシジカル製造増置（ＵＯＷ１Ａ型）を用いている。また、オゾンを用いない場合は、過酸化水素を５〜２０％添加しても同様の酸化膜を形成することができる。ただし、過酸化水素をもちいる場合は、酸化膜形成後に、再び純水でのリンスを行った後に乾燥させないと表面に活性な過酸化水素が残存するために必須の工程になる。
【００５９】
〔実施例２〕図４に本発明を実施するための洗浄装置を示す。シリコン表面に形成された自然酸化膜をエッチングするためのエッチング室４１と純水リンスおよび本発明による乾燥前の酸化膜を形成するための酸化剤が添加された純水によるリンスと乾燥までを行うリンス室４２の２室構成になっている。
【００６０】
シリコン表面を有する基板４８は、まずエッチング室において緩衝フッ酸がノズル４４から噴出し、基板４８は回転機構４３によって回転する。緩衝フッ酸は、回転している基板４８全面に広がり、シリコン表面の自然酸化膜を除去する。
【００６１】
自然酸化膜のエッチングが終了した基板は、基板表面が乾燥しないようにリンス室４２に搬送される。搬送は、水中搬送あるいは、純水が噴出している中を搬送させることによって実施される。リンス室４２に搬送された基板４９は、純水ノズル４６から純水が噴出し、回転する基板４９に純水がかけられる。純水は基板４９が回転機構４４によって回転しているために、基板全面に広がる。純水ノズル４６から純水が噴出している間に、酸化ノズル４５から酸化剤が添加された純水が基板４９に噴出される。酸化ノズル４５から酸化剤が添加された純水が噴出されて、１〜３秒後に純水ノズル４６からの純水の供給は停止する。酸化剤が添加された純水のみによる酸化膜形成が行われる。その後酸化剤添加の純水の供給が停止し、再び純水ノズル４６から純水が噴出される。
【００６２】
酸化剤添加の純水の残留を洗い流した後に、純水ノズル４６からの純水供給が停止し、窒素ノズル４７から窒素の噴出とともに、基板の回転数を上げて、基板をスピン乾燥させる。
【００６３】
本発明による洗浄装置は、従来技術による洗浄装置のリンス用の純水ノズル４６に、酸化剤を添加した純水を供給する酸化ノズル４５を１つ追加するだけで構成することができるために、新たに設備を導入することもなく、従来の装置に簡単な改造をするだけで対応することができる。本発明の洗浄装置による、シリコンの洗浄はシリコン表面に薄い酸化膜を形成することにより、ウォータマークの形成を防止することができる洗浄装置を実現することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明は以上述べてきた形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００６５】
シリコン表面を露呈させる湿式の洗浄あるいは湿式のエッチングの工程で、基板を乾燥させると形成されるウォータマークの発生を、酸化剤を添加した純水リンス後に基板を乾燥させるという簡易な方法で、シリコン表面に酸化膜を形成し、ウォータマークが形成される３つの条件のうちシリコンをなくすことで、乾燥後のウォータマークの発生を防ぐことができる。
【００６６】
本発明を、非晶質シリコンのレーザ結晶化プロセスに適用することで、リッジの少なく均質な多結晶シリコンに結晶化することができ、その後の薄膜トランジスタ作製工程において、ウォータマークが支障にならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を用いた洗浄工程を示す図。
【図２】 従来技術による洗浄工程を示す図。
【図３】 ウォータマークの発生原理を示す図。
【図４】 本発明を用いた洗浄装置を示す図。
【符号の説明】
１ 基板
２ 下地膜
３ 非晶質シリコン
４ 自然酸化膜
５，１０ 水滴
６ ウォータマーク
７，１１ 多結晶シリコン
８ ＮＧ多結晶シリコン
９ 酸化膜
Claims (12)
- 非晶質シリコン表面を洗浄またはエッチングし、
前記非晶質シリコン表面を純水によってリンスし、
前記リンス中またはリンス後に前記非晶質シリコン表面に酸化膜を形成し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥し、
前記非晶質シリコンにレーザを照射して結晶化を行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 非晶質シリコン表面を洗浄またはエッチングし、
前記非晶質シリコン表面を乾燥させずに、前記非晶質シリコン表面を純水によってリンスし、
前記リンス中またはリンス後に前記非晶質シリコン表面に酸化膜を形成し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥し、
前記非晶質シリコンにレーザを照射して結晶化を行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 非晶質シリコン表面を洗浄またはエッチングし、
前記非晶質シリコン表面を純水によってリンスし、
前記リンス中またはリンス後に前記非晶質シリコン表面に酸化膜を形成し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥し、
前記非晶質シリコンにレーザを照射して結晶化を行い、
前記リンス及び前記酸化膜の形成は、前記非晶質シリコンを回転させながら行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 非晶質シリコン表面の自然酸化膜を湿式のエッチングによって除去し、
前記非晶質シリコン表面を純水によってリンスし、
前記リンス中またはリンス後に前記非晶質シリコン表面に酸化膜を形成し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥し、
前記非晶質シリコンにレーザを照射して結晶化を行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 非晶質シリコン表面の自然酸化膜を湿式のエッチングによって除去し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥させずに、前記非晶質シリコン表面を純水によってリンスし、
前記リンス中またはリンス後に前記非晶質シリコン表面に酸化膜を形成し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥し、
前記非晶質シリコンにレーザを照射して結晶化を行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 非晶質シリコン表面の自然酸化膜を湿式のエッチングによって除去し、
前記非晶質シリコン表面を純水によってリンスし、
前記リンス中またはリンス後に前記非晶質シリコン表面に酸化膜を形成し、
前記非晶質シリコン表面を乾燥し、
前記非晶質シリコンにレーザを照射して結晶化を行い、
前記リンス及び前記酸化膜の形成は、前記非晶質シリコンを回転させながら行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記酸化膜の形成を、酸化剤が添加された純水を用いて行うことを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 請求項７において、
前記酸化剤が添加された純水は、純水を電気分解して得られるオゾンを純水に添加したもの、酸素に紫外線を照射して得られるオゾンを純水に添加したものまたは純水に５〜２０体積％の過酸化水素を添加したものであることを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記酸化膜の膜厚が、１〜３ｎｍになるように酸化膜を形成することを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記乾燥は、スピン乾燥であることを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項において、
前記非晶質シリコンは、減圧熱ＣＶＤ法によって形成されることを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。 - 請求項１乃至請求項１１のいずれか一項において、
前記リンス、前記酸化膜の形成及び前記乾燥は、同一装置内で行われることを特徴とする多結晶シリコンの作製方法。
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