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JP2001144064A - 半導体基板用洗浄液及び洗浄方法 - Google Patents

半導体基板用洗浄液及び洗浄方法

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JP2001144064A
JP2001144064A JP2000285416A JP2000285416A JP2001144064A JP 2001144064 A JP2001144064 A JP 2001144064A JP 2000285416 A JP2000285416 A JP 2000285416A JP 2000285416 A JP2000285416 A JP 2000285416A JP 2001144064 A JP2001144064 A JP 2001144064A
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cleaning
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不純物のドープされた絶縁膜を損傷させず、
エッチング副産物またはエッチングにより損傷されたシ
リコン膜などを選択的に除去することが可能な半導体基
板用洗浄液及び洗浄方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板用洗浄液は、フッ化水素０．
０８〜０．１重量％、フッ化アンモニウム０．５〜０．
６重量％、過酸化水素２４．９〜４９．７重量％及び水
４９．６〜７４．５重量％を含む。洗浄液は、不純物の
ドープされた層間絶縁膜６０に対する損傷は最小化しな
がら、ソース／ドレイン領域４０上に残留するエッチン
グ副産物及び損傷されたシリコン基板１０の表面を選択
的に除去するため、ＳＡＣ７０間に一定の距離Ａ'を保
つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板用洗浄
液及び洗浄方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の集積度が高くなるに伴い、
素子のデザインルールの縮小は回避できなくなってき
た。しかし、素子のデザインルールの縮小は、全てのデ
ィメンジョンに対して同一比率でなされない。例えば、
層間絶縁膜の厚さ及び配線膜の厚さは各々耐電圧、寄生
容量、電流容量及び配線抵抗などを考慮しなければなら
ないため、デザインルールの変化に比例して縮小させる
ことは不可能である。このため、層間絶縁膜内に形成さ
れるコンタクトホールのアスペクト比が増大する。した
がって、大きいアスペクト比のコンタクトホールを形成
するために高選択比のエッチング工程が採用されるよう
になった。
【０００３】ところで、高選択比のエッチング工程は多
量のエッチング副産物、例えばポリマーを発生させ、か
つ、エッチングに露出された膜が損傷されるという問題
点がある。例えば、ダイナミックＲＡＭ（以下、ＤＲＡ
Ｍ）のメモリセル領域でゲート電極間に形成される自己
整列コンタクト（ｓｅｌｆ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｎｔａ
ｃｔ、以下ＳＡＣ）形成工程は、ゲート電極の側壁の窒
化膜スペーサと層間絶縁膜との間の高い選択比を用いた
ものである。ＳＡＣ形成工程は多量のポリマーを発生さ
せ、かつ、ＳＡＣにより露出されるシリコン基板の表面
を損傷する。したがって、ＳＡＣ形成後にはエッチング
副産物を除去し、かつ、損傷された膜を除去するための
洗浄工程が必須である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、ＳＡＣ洗浄
は、水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水が１：４：
２０の体積比で混合された標準洗浄液１（ｓｔａｎｄａ
ｒｄ ｃｌｅａｎｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ １、以下、
ＳＣ１）及び超純水に希釈されたフッ化水素液を順次処
理して行なう。ところで、従来の洗浄液は、不純物のド
ープされた層間絶縁膜、例えばＢＰＳＧ膜に対するエッ
チング率もやはり高くてポリマー及び損傷された膜を除
去するための洗浄工程に際し、ＢＰＳＧ膜もエッチング
される短所がある。その結果、ＳＡＣの臨界寸法の調節
が難しくなり、ひいては、ＳＡＣ間に短絡が発生する。
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、その目
的は、不純物のドープされた絶縁膜を損傷させず、半導
体基板から汚染物質を選択的に除去することが可能な半
導体基板用洗浄液を提供することにある。本発明の他の
目的は、半導体基板の表面から汚染物質を除去する洗浄
方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による半導体基板用洗浄液は、フッ化水素
０．０８〜０．１重量％、フッ化アンモニウム０．５〜
０．６重量％、過酸化水素２４．９〜４９．７重量％及
び水４９．６〜７４．５重量％を含む。本発明による半
導体基板用洗浄液によって除去される汚染物質は、前記
半導体基板上に形成された不純物のドープされた層間絶
縁膜内に開口部を形成する工程中に発生した汚染物質で
あって、ポリマー、シリコン酸化膜または損傷されたシ
リコン膜である。
【０００６】本発明による半導体基板用洗浄液は、不純
物のドープされた層間絶縁膜に対して汚染物質を選択的
に除去できる。前記他の目的を達成するために、本発明
の洗浄方法によれば、半導体基板の露出された表面をフ
ッ化水素０．０８〜０．１重量％、フッ化アンモニウム
０．５〜０．６重量％、過酸化水素２４．９〜４９．７
重量％及び水４９．６〜７４．５重量％を含む洗浄液と
接触させて半導体基板から汚染物質を除去する。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明による半導体基板用
洗浄液及び洗浄方法について詳細に説明する。しかし、
本発明は後述する実施形態に限定されるものではなく、
相異なる各種の 形態にて具現できる。但し、本実施形
態は、本発明の開示を完全たるものにし、かつ、通常の
知識を有した者に本発明の範ちゅうを完全に知らせるた
めに提供されるものである。
【０００８】本発明による半導体基板用洗浄液は、不純
物のドープされた絶縁膜は損傷しないながらも、半導体
基板の表面に存在する汚染物質を選択的に除去すること
が可能な洗浄液であって、フッ化水素、フッ化アンモニ
ウム、過酸化水素及び水から構成される。この洗浄液
は、フッ化水素０．０８〜０．１重量％、フッ化アンモ
ニウム０．５〜０．６重量％、過酸化水素２４．９〜４
９．７重量％及び水４９．６〜７４．５重量％を含む。
【０００９】ここで、前述した含量範囲は、半導体基板
から汚染物質を選択的に除去しながら不純物のドープさ
れた絶縁膜に対する損傷を最小化できる範囲である。本
発明でいう汚染物質とは、ポリマーのようなドライエッ
チング副産物、シリコン酸化膜及びドライエッチング工
程時に損傷されたシリコン膜などである。したがって、
本発明による半導体基板用洗浄液は、不純物のドープさ
れた絶縁膜内に開口部を形成する工程に好適である。特
に、ソース／ドレイン領域のような不純物領域または導
電パターン、例えば、ポリシリコンパッドパターンなど
を露出させる開口部の形成工程に好適である。
【００１０】以下、ＳＡＣ工程に本発明の一実施例によ
る半導体基板用洗浄液を適用した洗浄方法を説明するこ
とにより本発明による半導体基板用洗浄液の改善された
効果について述べる。図１に示すように、半導体基板１
０上にゲート酸化膜２０、ゲート電極３０及びシリコン
窒化膜からなるキャッピング膜３５を順次形成する。次
に、不純物を注入してソース／ドレイン領域４０を形成
する。次に、ゲート電極３０の側壁にシリコン窒化膜ス
ペーサ４５を形成し、露出された基板の表面にパッド酸
化膜５０を形成する。続いて、シリコン窒化膜からなる
不純物ストッピング膜５５を結果物の全面に形成し、そ
の上に不純物のドープされた層間絶縁膜６０を形成す
る。
【００１１】好ましくは、層間絶縁膜にドープされた不
純物は、Ｐ型不純物である。したがって、ＰＳＧまたは
ＢＰＳＧなどが層間絶縁膜として使用できる。不純物ス
トッピング膜５５は、層間絶縁膜６０にドープされた不
純物がソース／ドレイン領域４０に拡散されることを防
止するために形成する。
【００１２】図２に示すように、開口部を限定するフォ
トレジストパターン（図示せず）を層間絶縁膜６０上に
形成した後、フォトレジストパターンをエッチングマス
クとして用いるが、層間絶縁膜６０とシリコン窒化膜キ
ャッピング膜３５及びスペーサ４５間の選択比を利用し
て層間絶縁膜６０を自己整列方式でエッチングする。次
に、不純物ストッピング膜５５及びパッド酸化膜５０を
順次エッチングしてＳＡＣ７０を完成する。
【００１３】ＳＡＣ７０の形成後に、基板の全面に不純
物、例えば、Ｐ型不純物を注入してエッチング時に変わ
ったソース／ドレイン領域４０の不純物濃度を調節す
る。続いて、ＳＡＣ７０にパッド用ポリシリコン膜を形
成する前に、ＳＡＣ７０領域内、特にソース／ドレイン
領域４０の表面に残存するポリマー、酸化膜及び損傷さ
れたシリコン膜を除去するために洗浄工程を行なう。
【００１４】図２から判るように、半導体素子の高集積
化が進むに伴い、ＳＡＣ７０間の距離Ａも次第に小さく
なる。したがって、洗浄工程に際して、隣接したＳＡＣ
７０を分離している層間絶縁膜６０が損傷される場
合、ＳＡＣ７０間の間隔が最小化されて、図３に示され
たように、ＳＡＣ７０間に短絡Ｂが起こり得る。このよ
うな短絡は、従来の洗浄液であるＳＣ１及び希釈された
フッ化水素溶液の混合溶液を使って洗浄工程を施す場合
にしばしば発生する。
【００１５】これに対し、本実施例で用いる洗浄液は、
不純物のドープされた層間絶縁膜６０に対する損傷は最
小化しながら、ソース／ドレイン領域４０上に残留する
エッチング副産物及び損傷されたシリコン基板１０の表
面を選択的に除去するため、図４に示されているよう
に、ＳＡＣ７０間に一定の距離Ａ'を保つことができ
る。
【００１６】本実施例による洗浄液の洗浄メカニズム
は、概してポリマー及び損傷膜除去メカニズムと、不純
物のドープされた層間絶縁膜６０の損傷防止メカニズム
とに大別できる。先ず、ポリマー及び損傷膜除去メカニ
ズムについて述べると、下記の通りである。 Ｈ2Ｏ2⇔２Ｈ++Ｏ2 - Ｓｉ+Ｏ2 -⇔ＳｉＯ2 ２ＨＦ⇔ＨＦ2 -+Ｈ+ ＳｉＯ2+２ＨＦ2 -+２Ｈ3Ｏ+⇔ＳｉＦ4+４Ｈ2Ｏ
【００１７】すなわち、過酸化水素で発生したＯ2 -が損
傷されたシリコン基板１０の表面を酸化させると、フッ
化水素で発生したＨＦ2 -が酸化されたシリコン表面をエ
ッチングして損傷されたシリコン膜を除去する。また、
余計に形成された自然酸化膜もＨＦ2 -により除去され
る。そしてポリマーは、ＨＦで発生するＦ-の強い還元
力により還元されることで除去されたり、損傷されたシ
リコン膜に残留するポリマーは損傷されたシリコン膜の
エッチング時に同時にエッチングされて除去される。こ
れに対し、不純物のドープされた層間絶縁膜６０の損傷
防止メカニズムは、フッ化アンモニウムで発生したＮＨ
4 +イオンが層間絶縁膜６０の表面の陰イオンＰ-に帯電
された部分と結合してＨＦ2 -が層間絶縁膜６０と反応す
ることを防止することで行われる。
【００１８】本実施例は、下記の実験例を参考としてよ
り詳細に説明される。しかし、これらの実験例は本発明
を制限するものではない。 （実験例１：Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）表面分析）本
実施例による洗浄液の洗浄力を調べるために、下記のよ
うに実験を行なった。先ず、３枚のシリコン基板上に厚
さが各々１１０Åであるパッド酸化膜及び厚さが１００
Åであるシリコン窒化膜を形成した。次に、３枚のシリ
コン基板に対してドライエッチング工程を施し、シリコ
ン窒化膜及びパッド酸化膜を除去した。
【００１９】基板上にパッド酸化膜及び不純物ストッピ
ング用シリコン窒化膜（図１の５５）のみを形成し、Ｂ
ＰＳＧ膜を形成しなかった理由は、一般にＳＡＣ形成工
程時に不純物ストッピング用シリコン窒化膜のエッチン
グ時にポリマーが多量形成されることを考慮したからで
あり、かつ、この実験例が相対的な洗浄力のみを比較す
るためのものであるからである。
【００２０】ドライエッチング工程の終わったシリコン
基板のうち一つの基板は洗浄を行なわず、他の一つの基
板はＳＣ１に２分間、そして希釈されたフッ化水素溶液
に６０秒間浸漬して洗浄を行った。また、最後の一つの
シリコン基板は本実施例による選択的洗浄液（Ｓｅｌｅ
ｃｔｉｖｅ Ｃｌｅａｎｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ、以
下、ＳＣＳ）に６０秒間浸漬して洗浄を行なった。 洗
浄を行なわなかった基板、従来の洗浄液（ＳＣ１＋Ｈ
Ｆ）を使って洗浄を行なった基板及び本実施例によるＳ
ＣＳを使って洗浄を行なった基板に対し、各々ＸＰＳ分
析を施し、その結果を、図５に示した。
【００２１】図５の分析結果から、本実施例によるＳＣ
Ｓを使って洗浄を行なった基板でより多くのＳｉ成分が
検出され、かつ、炭素系のポリマーもたくさん除去され
たことが確認できる。したがって、本実施例によるＳＣ
Ｓは６０秒間の処理を施すだけで十分な洗浄力が得られ
ることが分かる。
【００２２】（実験例２：ＢＰＳＧ膜に対するエッチン
グ率の測定）本実施例による洗浄液が不純物のドープさ
れた絶縁膜に対する損傷をどのくらい最小化できるを調
べるために、下記のように実験を行なった。先ず、１２
枚のシリコン基板上に厚さが８５００ÅであるＢＰＳＧ
膜を各々形成した後、アニーリングした。次に、フッ化
水素及びフッ化アンモニウムが混合された緩衝エッチン
グ液を使って１分間処理し、アニーリング時に形成され
た自然酸化膜を除去した。
【００２３】続いて、先ず１２枚のシリコン基板のうち
６枚を選択して下記表１のように洗浄を行なった。具体
的には、５枚の基板は実験群として本発明による選択的
な洗浄液（以下、ＳＣＳ）に各々６０秒間、７０秒間、
８０秒間、９０秒間及び１００秒間浸漬し、残りの一枚
の基板は対照群としてＳＣ１に２分間、そして希釈され
たフッ化水素溶液に６０秒間浸漬した後にエッチング率
（Å／ｍｉｎ）を測定した。
【表１】
【００２４】一方、残りの６枚の基板に対しては、Ｎ型
不純物を２×１０13／ｃｍ2ドーズで６０ＫｅＶ及び３
０ＫｅＶの２回に亘って注入した後、続いてＰ型不純物
を注入した。次に、下記表２のように、５枚の基板は実
験群として本実施例によるＳＣＳ溶液に各々６０秒間、
７０秒間、８０秒間、９０秒間及び１００秒間浸漬し、
残りの一枚の基板に対しては対照群としてＳＣ１に２分
間、そして希釈されたフッ化水素溶液に６０秒間浸漬し
た後にエッチング率（Å／ｍｉｎ）を測定した。Ｐ型不
純物の注入は、ＳＡＣを形成してから洗浄前にソース／
ドレイン領域の不純物濃度を調節するために施す不純物
注入工程を考慮したものである。
【表２】
【００２５】図６は、エッチング率を測定した結果を棒
状グラフで示したものである。従来の洗浄液に比べて向
上された洗浄力を示す実験群１及び１’と従来の洗浄液
を使用した対照群１及び１’の場合を比較してみると、
本実施例によるＳＣＳのＢＰＳＧ膜に対するエッチング
率が、従来の洗浄液のＢＰＳＧに対するエッチング率の
約１／２ないし１／３に過ぎないことが分かる。そし
て、洗浄力を十分確保するためにＳＣＳによる処理時間
を１００秒まで延ばしても、従来の洗浄液に比べ依然と
してＢＰＳＧに対して低いエッチング率を示すことが分
かる。これから、本発明によるＳＣＳは約６０秒間ない
し１００秒間処理することが好ましいことが分かる。
【００２６】（実験例３：ＳＡＣ間の間隔測定）４枚の
シリコン基板上に各々通常の工程を通じて複数個のゲー
ト電極パターンを形成した後、ゲート電極パターンの側
壁にシリコン窒化膜スペーサを形成した。続いて、露出
された基板上にパッド酸化膜を１００Åの厚さで形成し
た後、結果物の全面に厚さが１００Åであるシリコン窒
化膜からなる不純物ストッピング膜及び厚さが８５００
ÅであるＢＰＳＧ膜を順次形成した。ＳＡＣ形成工程を
行い、幅が２３０ｎｍで、かつ、ＳＡＣ間の間隔が１０
０ｎｍである複数個のＳＡＣを形成した。
【００２７】次に、下記表３のように、３枚の基板は実
験群として本発明によるＳＣＳ溶液に各々６０秒間、９
０秒間及び１２０秒間浸漬し、残りの一枚の基板に対し
ては対照群としてＳＣ１に２分間、そして希釈されたフ
ッ化水素溶液に６０秒間浸漬してＳＡＣを完成した。完
成されたＳＡＣの上面図が、図７ないし図１０に示され
ている。
【表３】
【００２８】ＳＣＳの処理時間が６０秒間、９０秒間及
び１２０秒間であるとき、ＳＡＣ間の間隔Ａ１、Ａ２及
びＡ３は各々６０ｎｍ、４０ｎｍ及び２０ｎｍであっ
た。ここで、ＳＣＳの処理時間が延びるほど、ＳＡＣ間
の間隔が狭くなるが、ＳＡＣ間の短絡を防止するには十
分な間隔であることが分かる。これに対し、従来の洗浄
液を使って処理した場合（図１０）にはＳＡＣ間に短絡
が発生した。
【００２９】（実験例４：コンタクト抵抗の測定）実験
例３の方法と同様にしてＳＡＣを形成した後、二枚の基
板は実験群として本発明によるＳＣＳ溶液に各々６０秒
間及び８０秒間処理し、残りの一枚の基板は対照群とし
てＳＣ１に２分間、そして希釈されたフッ化水素溶液に
６０秒間浸漬してＳＡＣを完成した。完成されたＳＡＣ
に対してコンタクト抵抗を測定し、その結果を図１１に
示した。図１１の結果から、本実施例によるＳＣＳを適
用する場合、全体的な洗浄時間が従来の洗浄時間に比べ
て短いにも拘わらず、コンタクト抵抗が１ＫΩ程度減少
されたことが分かる。
【００３０】
【発明の効果】本発明による半導体基板用洗浄液は、不
純物のドープされた絶縁膜に対する損傷は最小化しなが
ら半導体基板から汚染物質、例えばエッチング副産物、
シリコン酸化膜及びドライエッチング時に損傷されたシ
リコン膜などを選択的に除去できる。したがって、本発
明による半導体基板用洗浄液は、不純物のドープされた
絶縁膜内に開口部を形成する工程に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】自己整列コンタクトホールを形成する工程を示
す断面図である。
【図２】自己整列コンタクトホールを形成する工程を示
す断面図である。
【図３】自己整列コンタクトホールの形成後、従来の洗
浄液を使って洗浄を行なったコンタクトホールの上面図
である。
【図４】本発明の一実施例による洗浄液を使って洗浄を
行なったコンタクトホールの上面図である。
【図５】洗浄前、従来の洗浄液を使って洗浄を行なった
場合、及び本実施例による洗浄液を使って洗浄を行なっ
た場合のＸＰＳによる表面分析結果を示す図である。
【図６】本発明の一実施例による洗浄液及び従来の洗浄
液のＢＰＳＧ膜に対するエッチング率を測定した結果を
示す図である。
【図７】本発明の一実施例による洗浄液を使って形成し
たコンタクトホールの上面図である。
【図８】本発明の一実施例による洗浄液を使って形成し
たコンタクトホールの上面図である。
【図９】本発明の一実施例による洗浄液を使って形成し
たコンタクトホールの上面図である。
【図１０】従来の洗浄液を使って形成したコンタクトホ
ールの上面図である。
【図１１】本発明の一実施例による洗浄液及び従来の洗
浄液を使って形成したコンタクトの抵抗を各々示すグラ
フである。
【符号の説明】
１０ 半導体基板 ２０ ゲート酸化膜 ３０ ゲート電極 ３５ キャッピング膜 ４０ ソース／ドレイン領域 ４５ シリコン窒化膜スペーサ ５０ パッド酸化膜 ５５ 不純物ストッピング膜 ６０ 層間絶縁膜 ７０ ＳＡＣ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１１Ｄ 17/08 Ｃ１１Ｄ 17/08 (72)発明者 黄 寅▲大▼ 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞建栄ア パート423棟701号 (72)発明者 高 ▲庸▼▲濬▼ 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞建栄ア パート424棟1804号

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板から汚染物質を除去するため
    の洗浄液であって、 フッ化水素０．０８〜０．１重量％と、 フッ化アンモニウム０．５〜０．６重量％と、 過酸化水素２４．９〜４９．７重量％と、 水４９．６〜７４．５重量％と、 を含むことを特徴とする半導体基板用洗浄液。
  2. 【請求項２】 前記汚染物質は、前記半導体基板上に形
    成され不純物のドープされた絶縁膜内に開口部を形成す
    る工程中に発生した汚染物質であることを特徴とする請
    求項１に記載の半導体基板用洗浄液。
  3. 【請求項３】 前記開口部は、前記絶縁膜の下部に形成
    された不純物領域または導電性パターンを露出させる開
    口部であることを特徴とする請求項２に記載の半導体基
    板用洗浄液。
  4. 【請求項４】 前記汚染物質は、前記開口部の形成時に
    発生したポリマー、シリコン酸化膜または損傷されたシ
    リコン膜であり、 前記不純物のドープされた絶縁膜に対して前記汚染物質
    を選択的に除去することを特徴とする請求項２に記載の
    半導体基板用洗浄液。
  5. 【請求項５】 前記不純物のドープされた絶縁膜は、Ｂ
    ＰＳＧ膜であることを特徴とする請求項２に記載の半導
    体基板用洗浄液。
  6. 【請求項６】 半導体基板から汚染物質を除去する洗浄
    方法であって、 前記半導体基板の露出された表面をフッ化水素０．０８
    〜０．１重量％、フッ化アンモニウム０．５〜０．６重
    量％、過酸化水素２４．９〜４９．７重量％及び水４
    ９．６〜７４．５重量％を含む洗浄液と接触させて前記
    汚染物質を除去する段階を含むことを特徴とする洗浄方
    法。
  7. 【請求項７】 前記洗浄液と接触させる段階前に、 前記半導体基板上に不純物のドープされた絶縁膜を形成
    する段階と、 前記不純物のドープされた絶縁膜内に開口部を形成する
    段階とをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の
    洗浄方法。
  8. 【請求項８】 前記絶縁膜を形成する段階前に、 前記半導体基板内に不純物領域を形成する段階、または
    前記半導体基板上に導電性パターンを形成する段階をさ
    らに含むことを特徴とする請求項７に記載の洗浄方法。
  9. 【請求項９】 前記汚染物質は、前記開口部の形成段階
    時に発生したポリマー、シリコン酸化膜または損傷され
    たシリコン膜であり、 前記洗浄液と接触させる段階時に、前記洗浄液は、前記
    不純物のドープされた絶縁膜を損傷せずに前記汚染物質
    を選択的に除去することを特徴とする請求項７に記載の
    洗浄方法。
  10. 【請求項１０】 前記不純物のドープされた絶縁膜は、
    ＢＰＳＧ膜であることを特徴とする請求項７に記載の洗
    浄方法。
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