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JP3590273B2 - Semiconductor device manufacturing method and processing liquid generating apparatus - Google Patents

Semiconductor device manufacturing method and processing liquid generating apparatus Download PDF

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JP3590273B2
JP3590273B2 JP25692398A JP25692398A JP3590273B2 JP 3590273 B2 JP3590273 B2 JP 3590273B2 JP 25692398 A JP25692398 A JP 25692398A JP 25692398 A JP25692398 A JP 25692398A JP 3590273 B2 JP3590273 B2 JP 3590273B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造方法、及び半導体装置の製造における洗浄工程あるいはChemical Mechanical PolishingいわゆるCMP等に用いられる処理液の生成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハ等の試料の洗浄や膜剥離などのウエット処理には塩酸、アンモニア水等の薬液が用いられていたが、最近では電解イオン水による洗浄が広まりつつある。
【0003】
電解イオン水とは、水溶液中で隔膜を介して設置された一対の電極間で通電を行い、陽極側で「OH →OH+e 」、陰極側で「H +e →H」等の反応を生じさせることによって得られる溶液のことである。隔膜に関して陽極側の溶液すなちアノード水は、OH 濃度が低く、酸性である。陰極側の溶液すなわちカソード水は、H 濃度が低く、アルカリ性である。また、OHは、「2OH→O+H O」、「2O→O 」、及び「O+O →O 」等の反応を起こすため、アノード水は、O、O 、O 等を多く含み、同等のpHを有する通常の酸溶液よりもその酸化還元電位が高い。同様に、カソード水は、H、H を多く含むため、同等のpHを有する通常のアルカリ液よりもその酸化還元電位が低い。
【0004】
アノード水は、その強酸性及び高酸化電位という特性を利用して、試料表面の汚染金属の除去に使われており、特に銅などの貴金属の洗浄液として注目されている。貴金属はイオン化しにくいため塩酸や弗酸などの通常の酸では溶解しないが、アノード水は酸化電位が高いため、貴金属の電子を奪い、貴金属をイオン化して、溶液中に溶出させることができる。
【0005】
しかし、逆に、通常の酸では溶解するが、酸化電位が高い溶液中では酸化物や水酸化物として安定に存在する金属もある。例えば鉄は、pHが約2から約8の間のとき、酸化電位が低いと、Fe2+として溶出するが、高い場合にはFe として残留する。図13にpHと酸化還元電位Eに対するFeの状態図を表す。図示するように、pHが約2以下のアノード水を用いればFeを溶解させることができる。これは、低pHの液では、高酸化電位であってもFe2+が安定に存在するためである。しかし、低pHすなわち高濃度のアノード水は、希薄なアノード水に比べて、生成や使用後の無害化処理の際に、より多くの薬品や電力を必要とする。高濃度のアノード水を無害化した後に生じる廃棄物の量も、希薄なアノード水の場合よりも多い。有限な地球資源を有効に活用するためには、このような多量の資源・電力の消費や廃棄物の生成は避けなければならない。
【0006】
他方、一般に、酸は汚染金属の除去に使われるのに対し、アルカリ溶液はパーティクルの洗浄に用いられる。例えば、パーティクルが付着したシリコン酸化膜をアルカリ性の水溶液に浸漬すると、シリコン酸化膜が溶液によりエッチングされる。このため、パーティクルとシリコン酸化膜表面との距離が大きくなり、両者の表面間に働くファンデルワールス力が弱まって、パーティクルが除去されやすくなる。また、pHが大きな水溶液中では試料やパーティクルの表面は負に帯電する傾向がある。従ってアルカリ性の溶液中では、静電反発力が働くため、一度除去されたパーティクルは試料表面に再付着しにくい。カソード水もアルカリ性であることからパーティクルの除去等に利用されている。
【0007】
しかし、アルカリ性水溶液中では金属は水酸化物として安定化しやすく、そのためアルカリ性の溶液で洗浄すると、金属汚染が除去されなかったり、さらには溶液中に含まれていた金属イオンが堆積する可能性がある。図14に、pHと酸化還元電位Eに対するCrの状態図を示す。図示するように、例えば、pHが約4から14の間で酸化電位が低い場合には、Crは酸化物や水酸化物として存在し得る。従って、通常のアルカリ溶液や還元性の高いカソード水で洗浄を行うと、試料はクロムで汚染される恐れがある。
【0008】
また、シリコンはアルカリ性水溶液に浸漬するとエッチングされる。このエッチングには面方位依存性があり、(100)面のエッチング速度は(111)面よりも大きい。このため、Poly−SiのCMP後やコンタクトホール開口後などに、パーティクルを除去するために、大きなpH値を有するカソード水でウエハを洗浄すると、ウエハ表面に露出したシリコンが多量にエッチングされたり、シリコン表面が荒れるといった問題が生じる。また、酸化性の低い溶液中では試料表面の有機物汚染はほとんど除去されない。従って、有機物で汚染されたシリコンを従来のカソード水で処理すると、汚染有機物がマスクとなってシリコン表面が部分的にエッチングされ、表面荒れの程度はより大きくなる。
【0009】
さらにまた、酸化性の低い水溶液中では、活性で疎水性のシリコン面が露出しやすく、このような面では付着したパーティクルの除去が困難である。例えばPoly−SiのCMP後に、ウエハ表面に付着した研磨粒子をスポンジスクラバー処理で除去する場合、CMPのストッパーとして用いるシリコン酸化膜表面に比べて、Poly−Si表面ではより多くの研磨粒子が残留しやすい。
【0010】
そこで現在では、例えば特開平7−263430号に記載されているように、カソード水にH 水溶液やO 溶存水を混合し、酸化電位を高めた液によって洗浄が行われている。このような液でシリコンを洗浄すると、シリコン表面が薄い自然酸化膜で覆われ、この自然酸化膜がゆっくりとエッチングされる。従って、ウエハ洗浄時に、ウエハ表面に露出したシリコンが多量にエッチングされたり表面荒れが生じることはない。また親水性表面になるため、Poly−Si CMP後の洗浄時に、Poly−Si表面から研磨粒子が効率よく除去される。
【0011】
しかし、H 水溶液を混合したカソード液に十分な酸化力を持たせるためには液温を上げる必要がある。これは、高温ほどH の分解反応が進むためである。またO 溶存水を混合したカソード液は、その混合によって液の酸化還元電位やpHが変化するにもかかわらず、液の混合部とカソード水生成部が離れているため、液のpHと酸化還元電位を精密に制御することが困難である。
【0012】
また、電解イオン水を半導体素子の洗浄に用いる場合、電解イオン水生成時における陽極の腐食が問題となっている。陽極は通常Ptなどの貴金属や炭素などで形成されるが、酸化電位が高すぎたり、pHが小さすぎる液が電気分解によって生成すると、このような腐食しにくい部材で構成されていても陽極は次第に腐食される。この腐食は、電気分解の経時変化や、素子の金属汚染とそれによる素子の電気特性の劣化を引き起こす。一方、陰極ではこのような腐食は生じにくいが、陰極近傍では還元力の高い液が生成するため、電気分解を行う溶液中に金属イオンが混入していると、その金属イオンが陰極に付着しやすい。このように電極に汚染金属が付着すると、電気分解反応の経時変化などによって、付着金属が液中に再溶出して試料を汚染するおそれがある。
【0013】
このように、一般に、アノード水は汚染金属の洗浄に有用であるが、Feなどの一部の金属に対しては、酸化電位の高さに起因してその除去が困難になるという問題があった。
【0014】
また、カソード水はパーティクルの除去に有用であるが、液中に混入している金属が水酸化物として試料表面に付着したり、試料表面の汚染金属が残留する問題があり、さらに、表面にシリコンが露出した試料を洗浄すると、シリコンが多量にエッチングされたり、シリコン表面が荒れたり、シリコン表面に付着したパーティクルが除去されにくいといった問題があった。
【0015】
これらの問題は、電解イオン水の生成反応で生じるpHと酸化還元電位の変化に相関があることに起因している。従って、問題を解決するためには、電解イオン水のpHと酸化還元電位をそれぞれ独立に最適化する必要がある。
【0016】
また、電気分解を行うと、陽極の腐食によって、試料の金属汚染や電気分解の経時変化などが生じたり、溶液中に混入した汚染金属が陰極に付着し、この付着金属が再溶出して試料を汚染する問題があった。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の問題に対してなされたものであり、本発明の第1の目的は、表面の荒れ、及び汚染金属の付着等を発生することなく、pHと酸化還元電位が独立に最適化された処理液を用いて、安全かつ容易に、良好な半導体装置を製造するための方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、安全かつ容易に、汚染物質等を含まずpHと酸化還元電位のそれぞれが最適化された処理液を生成する装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1に、陽極及び陰極を隔膜を挟んで溶液中に浸漬して配置し、前記陽極近傍の溶液へ還元性ガスを供給する還元ガス供給工程、及び前記陰極近傍の溶液へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給工程のうち少なくとも1方のガス供給工程を行なうと共に、該陽極及び陰極間に通電を行い、該溶液を電気分解することにより得られた処理液を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【0019】
本発明は、第2に、溶液を保持する容器本体と、該容器本体を2つの領域に分割する隔壁と、該2つの領域で該溶液に各々浸漬して配置された陽極及び陰極と、該陽極近傍に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給手段及び該陰極近傍に酸化性ガスを供給するため酸化性ガス供給手段のうち少なくとも1つのガス供給手段と、該陽極及び陰極間に通電を行なう手段とを具備する処理液の生成装置を提供する。
【0020】
本発明は、第3に、陽極及び陰極を隔膜を挟んで溶液中に浸漬させて配置し、少なくとも、前記陽極及び陰極のうち一方の近傍の溶液に酸化性ガス及び還元性ガスのうち一方を供給すると共に、該陽極及び陰極間に通電を行って該溶液を電気分解することにより得られた処理液を用いた半導体装置の製造方法において、前記陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、ガスを溶液に対して選択的に透過するガス透過性部材を含む半導体装置の製造方法を提供する。
【0021】
本発明は、第4に、溶液を保持する容器本体と、該容器本体を2つの領域に分割する隔壁と、該2つの領域で該溶液に各々浸漬して配置された陽極及び陰極と、該陽極及び陰極のうち一方の近傍に、還元性ガス及び酸化性ガスのうち一方を供給するためガス供給手段と、該陽極及び陰極間に通電を行なう手段とを具備する処理液の生成装置であって、前記陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、ガスを溶液に対して選択的に透過するガス透過性部材を含む処理液の生成装置を提供する。
【0022】
本発明は、第5に、少なくとも1部が陽イオン交換膜からなる第1の隔膜及び少なくとも1部が陰イオン交換膜からなる第2の隔壁を隔てて第1、第2の領域、及び該第1、第2の領域間に位置する第3の領域に分割された容器の各領域に各々収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加して、前記溶液を電気分解した後、前記第3の領域から得られた処理液を用いた半導体装置の製造方法を提供する。
【0023】
本発明は、第6に、溶液を保持する容器本体と、該容器本体内に各々配置され該容器本体内を第1、第2、及び第3の領域に分割する少なくとも1部が陽イオン交換膜からなる隔膜及び少なくとも1部が陰イオン交換膜からなる隔膜、該第1、第2、及び第3の領域内に各々収容された第1、第2、及び第3の溶液に各々浸漬して配置された第1、第2、及び第3の電極と、前記第1、第2、及び第3の電極に各々異なる電位を印加する手段とを具備する処理液の生成装置を提供する。
【0024】
【発明の実施の形態】
本発明は、第1ないし第6の観点に大別される。
本発明の第1の観点によれば、陽極及び陰極を隔膜を挟んで溶液中に浸漬して配置し、陽極近傍の溶液へ還元性ガスを供給するか、陰極近傍の溶液へ酸化性ガスを供給するか、またはその両方を行なうと共に、陽極及び陰極間に通電を行い、該溶液を電気分解することにより得られた処理液を用いた半導体装置の製造方法が提供される。
【0025】
本発明の第2の観点によれば、第1の観点にかかる処理液を生成するための装置が提供される。この装置は、溶液を保持する容器本体と、容器本体を2つの領域に分割する隔壁と、その各領域内の溶液に各々浸漬して配置された陽極及び陰極と、陽極近傍に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給手段、あるいは陰極近傍に酸化性ガスを供給するため酸化性ガス供給手段と、陽極及び陰極間に通電を行なう手段とを具備する。
【0026】
陽極または陰極は、好ましくはガスを液体に対して選択的に透過するガス透過性部材を含む。
還元性ガスとは、気体、液体、固体に作用して、それらに自らの電子を供与し易い気体のことをいう。このような気体として例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、及び一酸化窒素があげられる。
【0027】
酸化性ガスとは、気体、液体、固体に作用して、それらの電子を奪い易い気体のことをいう。このような気体として酸素ガス、オゾンガス、弗素ガス、塩素ガス、臭素ガス、ヨウ素ガス、酸化ハロゲンガス、インターハロゲンガス、ハロゲン化希ガス、及び過酸化水素ガスがあげられる。
【0028】
電気分解に供される溶液としては、純水、塩酸、アンモニア水、炭酸、過酸化水素水、塩化アンモニウム等のアンモニウム塩の水溶液があげられる。
また、隔膜としては、陽極側の溶液と陰極側の溶液との混合が抑制される膜すなわち陽イオンと陰イオンとの混合が抑制される膜、例えばイオン交換樹脂膜等を用いることができる。また、陽極及び陰極はそれぞれ単数であっても複数であってもよい。
【0029】
本発明によれば、アノード水やカソード水のpHと酸化還元電位を独立に制御することができる。例えば陰極近傍に少量の酸化性ガスを導入したり陽極近傍に還元性ガスを導入すると、導入したガスは電極近傍で発生するH、H やO、O 、O 等と反応するため、pHは大きいが還元電位が高くないカソード水や、pHが小さくかつ酸化電位が低いアノード水等を得ることができる。さらに酸化性ガスや還元性ガスの導入量を増やせば、高酸化電位のカソード水や高還元性のアノード水なども生成することができる。
【0030】
従って、汚染金属や試料表面に露出した部材の種類に応じて最適なpHと酸化還元電位を持つ洗浄液や膜剥離液、CMPの研磨液、金属酸化物等を堆積しない洗浄液を生成することができる。このような溶液を例えば半導体装置の製造工程における洗浄工程に用いれば、半導体基板表面の汚染金属を効果的に除去したり、半導体基板を金属で汚染したり表面荒れを生じさせることなく洗浄することや、表面に付着したパーティクルを効果的に除去することが可能となる。また不必要に高濃度の洗浄液を作成しなくてもよいため、洗浄液の生成や無害化処理時に消費する薬品や電力、無害化処理後に排出される廃棄物の量などを低減化することができ、地球資源を有効に活用することが可能となる。
【0031】
本発明の第3の観点にかかる方法では、第1の観点にかかる方法の電気分解プロセスとは異なる他の電気分解プロセスを用いた半導体の製造方法が提供される。
【0032】
この方法では、ガスを溶液に対して選択的に透過するガス透過性部材を含む電極を用意し、この電極を少なくとも陽極または陰極として使用し、隔膜を挟んで溶液中に陽極と陰極を各々浸漬させて配置し、ガス透過性部材を通して酸化性ガスまた還元性ガスを溶液に供給すると共に、陽極及び陰極間に通電を行って、溶液を電気分解することにより得られた処理液を半導体装置の製造に適用する。
【0033】
また、本発明の第4の観点によれば、第3の観点に用いられる処理液を生成するための装置が提供される。この装置は、溶液を保持する容器本体と、該容器本体を2つの領域に分割する隔壁と、該2つの領域で該溶液に各々浸漬して配置された陽極及び陰極と、該陽極及び陰極のうち一方の近傍に、還元性ガス及び酸化性ガスのうち一方を供給するためガス供給手段と、該陽極及び陰極間に通電を行なう手段とを具備し、陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、ガスを溶液に対して選択的に透過するガス透過性部材を含む。
【0034】
この方法では、少なくとも一つの電極の少なくとも一部に、ガスは透過させるが液体は透過させないガス透過性部材を用いる。このガス透過性部材を通して電気分解によって生成するガスの除去や、電極近傍の溶液への酸化性ガスあるいは還元性ガス供給を行ってもよい。
【0035】
このように、陽極や陰極にガス透過性部材を用い、このガス透過性部材を通して酸化性ガスまたは還元性ガスを供給するようにすれば、電極とガス供給手段とを共用化できるため、装置の小型化をはかることができる。
【0036】
また、例えば陽極で発生した過剰な酸化性ガスを陽極から効率良く除去したり、陽極に還元性ガスを供給することによって陽極近傍の溶液の酸化電位を適度に低減できるため、陽極の腐食を抑制できる。
【0037】
さらに、例えば陰極で発生した過剰な還元性ガスを陰極から除去したり、陰極に酸化性ガスを適度に供給することによって、陰極近傍の溶液の酸化電位を適度に向上できるため、溶液中に混入した金属イオンの陰極への付着を抑制し、付着金属の再溶出による試料汚染を防止できる。
【0038】
本発明の第5の観点によれば、第1の観点にかかる方法の電気分解プロセスとは異なるさらに他の電気分解プロセスを用いた半導体の製造方法が提供される。この方法では、陽イオン交換膜を含む第1の隔膜及び陰イオン交換膜を含む第2の隔膜を隔てて第1、第2、及び第3の領域に分割された領域に収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加することにより、前記溶液を電気分解することにより電解水を得る。上述の第3の領域は、第1及び第2の隔膜の間に位置し、第1の隔膜を隔てて第1の領域、第2の隔膜を隔てて第2の領域が位置する。本発明では第3の領域で得られる処理液を半導体装置に適用する。
【0039】
また、本発明の第6の観点によれば、第5の観点に用いられる処理液を生成するための装置が提供される。この装置は、溶液を保持する容器本体と、該容器本体内に各々配置されて、該容器本体内を第1、第2、及び第3の領域に分割する陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜と、該第1、第2、及び第3の領域内に各々収容された第1、第2、及び第3の溶液に各々浸漬して配置された第1、第2、及び第3の電極と、前記第1、第2、及び第3の電極に各々異なる電位を印加する手段とを具備する。
【0040】
第5及び第6の観点にかかる発明において、第1の電極に印加される電位をA、前記第2の電極に印加される電位をB、前記第3の電極に印加される電位をCとするとき、下記i)ないしiv)で示される条件
i)前記第1の溶液中の主要な陽イオンがアンモニウムイオン及びアルキルアンモニウムイオンのうち1つであり、前記第2の溶液中の主要な陰イオンが水酸化物イオンであり、A>C>Bである。
【0041】
ii)前記第1の溶液の主要な陽イオンがアンモニウムイオン及びアルキルアンモニウムイオンのうち1つであり、A>C、かつB>Cである。
iii)前記第1の溶液中の主要な陽イオンが水素イオンであり、前記第2の溶液中の主要な陰イオンがハロゲンイオン、ハロゲン化水素イオン、酸化ハロゲンイオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、及び過酸化水素イオンからなる群から選択される少なくとも1種であり、A>C>Bである。
【0042】
iv)第2の溶液中の主要な陰イオンは、ハロゲンイオン、ハロゲン化水素イオン、酸化ハロゲンイオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、及び過酸化水素イオンからなる群から選択される少なくとも1種であり、A<CかつB<Cである。
のいずれかを満足することが好ましい。
【0043】
図1に、上記i)ないしiv)の条件で得られる処理水のpHと酸化還元電位の範囲を表す図を示す。図示するように、i)ないしiv)の条件により、各々、図中310、320、330及び340で示す範囲のpHと酸化還元電位を有する処理水が得られる。比較としてグラフ301に、従来の電解水のpHと酸化還元電位との関係を表すグラフ図を示す。図示するように、例えば条件iii)では従来の電解水よりもpHが小さく、かつ酸化電位が低い水が得られる。このような処理水は、例えばFeの溶解除去に好適である。なお、第1の観点においてはi)とiii)、第4の観点においてはi)ないしiv)で示す範囲のpHと酸化還元電位を有する処理水が得られる。
【0044】
このような生成方法、生成装置を用いても、pHと酸化還元電位が独立に制御された溶液を生成することができ、ウエハの汚染金属除去、膜剥離、CMP等を効率良く行うことができる。
【0045】
【実施例】
以下、図面を参照し、本発明を具体的に説明する。
図2は、本発明にかかる処理液生成装置の第1の例を表す該略図を示す。
図2において、水溶液を保持する容器11内には陽極12及び陰極13が設置されている。陽極12と陰極13の間には、これらの電極近傍の溶液の混合を抑制するために、例えばイオン交換樹脂膜からなる隔膜14が設置される。また、隔膜14で仕切られたそれぞれの領域には、溶液を独立に導入、排出できるように、導入口15a及び15b、排出口16a及び16bが設けられている。陽極12は、液体を通すことなく気体を選択的に透過させる多孔質白金から成る筒状のガス透過性部材からなる。筒内部に導入されたガスの一部は多孔質白金壁を通って溶液内に導入される。
【0046】
上記装置で生成した処理液のウエハの洗浄液として使用した場合の評価を以下のようにして行った。
まず、シリコンウエハ(p型(100)、0.01Ω・cm)を24枚用意した。このシリコンウエハを、約5ppmのオゾンが溶解した純水中に10分間浸漬して、ウエハ表面の有機物を除去した。
【0047】
次に、図2に示した装置を用い、陽極と陰極の間に100Vの直流電圧を印加するとともに、水の電気分解を促進するために硫酸アンモニウムを溶解(濃度1×10−3mol/l)させた水溶液を導入口15a及び15bから導入し、排出口16a及び16bから排出された溶液を別の容器に保持した。排出口16aから排出された溶液に対して、陽極12の筒内部に水素ガスを導入した場合の液を洗浄液1−a、しない場合の液を洗浄液1−bとする。なお、洗浄液1−a、洗浄液1−bのpHは共に約4で、酸化還元電位は前者は約0.1V、後者は約1.0Vであった。前者の酸化還元電位が低いのは、陽極表面で生成するOHやOなどが、導入されたH ガスと反応してH Oに変化するためである。
【0048】
次に、24枚のウエハのうち8枚ずつを洗浄液1−a、洗浄液1−bの一方に10分間浸漬し、純水でリンスした後、スピンドライヤで乾燥させた。なお、洗浄液1−a、洗浄液1−bで洗浄したウエハとこれらの液で洗浄しなかったウエハを、それぞれタイプA1、タイプB1、タイプC1のウエハと呼ぶことにする。
【0049】
次に、これらタイプA1、B1、C1のウエハを全て折半し、一方については表面の金属汚染濃度を原子吸光法で分析した。残りのウエハについては、乾燥酸素中で約950℃に加熱して約5nmの熱酸化膜を形成し、さらにその上に厚さ0.5μmの燐添加多結晶シリコン膜を堆積してこれをパターニングし、MOSキャパシタを形成した。
【0050】
金属汚染の分析から、タイプC1のウエハからは、Alが約1×1010atoms/cm 、Feが約6×10 atoms/cm 検出された。また、タイプB1のウエハでは、Alは検出限界(1×10 atoms/cm )以下であったが、Feは約1.5×10 atoms/cm 検出された。これに対して、タイプA1のウエハでは、AlだけでなくFeも検出限界(8×10 atoms/cm )以下であった。
【0051】
また、MOSキャパシタの酸化膜の絶縁耐圧を評価したところ、8MV/cm以上の耐圧を有しているキャパシタの全体に対する割合は、タイプA1のウエハは約98%、タイプB1は約92%、タイプC1は約85%であった。
【0052】
このように、本発明による洗浄液で洗浄することによりシリコンウエハ表面の汚染Fe濃度を低減することができ、またシリコン基板の熱酸化の前に本発明による洗浄液で洗浄を行うことにより絶縁破壊耐圧が高い熱酸化膜を形成することができた。
【0053】
なお、図2に示す装置では陽極を構成する筒全体が多孔質白金で構成されガス透過性部材として機能したが、筒の少なくとも一部が多孔質白金等で構成されガス透過性部材として機能すればよい。また、透過性部材としては導電性とガス透過性を有していればよく、多孔質性のグラファイトやイリジウムなどの多孔質性の貴金属を用いて透過性部材を構成するようにしてもよい。
【0054】
図3に、本発明にかかる処理液生成装置の第2の例を表す該略図を示す。
図3において、水溶液を保持する容器21内には陽極22及び陰極23が設置され、陽極22と陰極23の間にはこれらの電極近傍の溶液の混合を防ぐために例えばイオン交換樹脂膜からなる隔膜24が設置される。また、隔膜24で仕切られたそれぞれの領域には、溶液を独立に導入、排出できるように、導入口25a及び25b、排出口26a及び26bが設けられている。陽極22の近くには、液体を通すことなくガスを選択的に透過させるガス透過膜から成るガス導入筒27が多数配置されており、ガス導入筒27内部に導入されたガスはガス透過膜を介して陽極22の近傍に導入される。
【0055】
上記装置で生成した処理液のウエハ洗浄液としての評価を行うため、第1の実施形態と同様にしてMOSキャパシタ及び金属不純物分析用ウエハの評価を行った。
【0056】
まず、シリコンウエハ(p型(100)、0.01Ω・cm)を24枚用意し、約5ppmのオゾンが溶解した純水中に10分間浸漬して、ウエハ表面の有機物を除去した。
【0057】
次に、図3に示した装置を用い、陽極と陰極の間に100Vの直流電圧を印加するとともに、水の電気分解を促進するために硫酸アンモニウムを溶解(濃度1×10−3mol/l)させた水溶液を導入口25a及び25bから導入し、排出口26a及び26bから排出された溶液を別の容器に保持した。排出口26aから排出された溶液に対して、ガス導入筒27内部に水素ガスを導入した場合の液を洗浄液2−a、しない場合の液を洗浄液2−bとする。なお、洗浄液2−a、洗浄液2−bのpHは共に約4で、酸化還元電位は前者は約0.3V、後者は約1.0Vであった。前者の酸化還元電位が低いのは、陽極表面で生成するOHやOなどが、導入されたH ガスと反応してH Oに変化するためである。
【0058】
次に、24枚のウエハのうち8枚ずつを洗浄液2−a、洗浄液2−bの一方に10分間浸漬し、純水でリンスした後、スピンドライヤで乾燥させた。なお、洗浄液2−a、洗浄液2−bで洗浄したウエハとこれらの液で洗浄しなかったウエハを、それぞれタイプA2、タイプB2、タイプC2のウエハと呼ぶことにする。
【0059】
次にタイプA2、B2、及びC2ウエハを全て折半し、一方については表面の金属汚染濃度を分析し、残りのウエハについては第1の実施形態で述べた工程と同じ工程でMOSキャパシタを作製した。
【0060】
タイプB2及びC2のウエハの金属汚染度は第1の実施形態と同様であり、前者ではAlは検出限界(1×10 atoms/cm )以下だがFeは約1.5×10 atoms/cm であり、後者ではAlが約1×1010atoms/cm でFeが約6×10 atoms/cm 検出された。これに対して、タイプA2のウエハでは、Alは検出限界以下であり、Feは1×10 atoms/cm であった。
【0061】
また、MOSキャパシタの酸化膜の絶縁耐圧を評価したところ、8MV/cm以上の耐圧を有しているキャパシタの全体に対する割合は、タイプA2のウエハは約94%、タイプB2は約91%、タイプC2は約83%であった。
【0062】
このように、本発明による洗浄液で洗浄することにより、シリコンウエハ表面の汚染金属濃度を低減することができ、またシリコン基板の熱酸化の前に本発明による洗浄液で洗浄を行うことにより絶縁破壊耐圧が高い熱酸化膜を形成することができた。
【0063】
図4は、本発明にかかる処理液生成装置の第3の例を表す図を示す。
図4に示すように、隔膜34a及び34bによって容器31をアノード室31a、カソード室31b及び中間室31cの3室に仕切ってあり、各室はそれぞれ溶液の導入口35a、35b及び35c、排出口36a、36b及び36cを備えている。また、アノード室31aには陽極32が、カソード室31bには陰極33が設けられ、中間室31cの中には水の解離を促進させるイオン交換樹脂が充填されている。このイオン交換樹脂の表面で生じたH やOH は、アノード室31a内の陽極32とカソード室31b内の陰極33まで拡散し、これらの電極表面で電子の授受を行うため、効率よく水の電気分解を行うことができる。
【0064】
上記装置で生成した処理液のウエハの洗浄液としての評価を以下のようにして行った。
まず、シリコンウエハ(p型(100)、0.01Ω・cm)を24枚用意し、そのうち12枚については、リソグラフィーと塩素ガスを用いたプラズマエッチングにより、開孔径0.5μm、深さ3μmのトレンチを形成した。残りの12枚については、トレンチを形成した条件と同じ条件で全面プラズマエッチング処理を行った。その後、約5ppmのオゾンが溶解した純水中にウエハを10分間浸漬して、ウエハ表面の有機物を除去した。
【0065】
次に、図4の装置を用い、陽極32と陰極33の間に50Vの直流電圧を印加するとともに、1×10−3mol/lの濃度の塩化アンモニウム水溶液を導入口35a、35b及び35cから導入し、排出口36a、36b及び36cから排出された溶液を別の容器に保持した。排出口36bから排出された溶液に対して、約3ppmのオゾンガスを溶解させた溶液を導入口35cに導入した場合の液を洗浄液3−a、しない場合の液を洗浄液3−bとする。なお、洗浄液a、洗浄液bのpHは共に約12であり、酸化還元電位は前者が約+0.7V、後者が約−0.7Vであった。前者の酸化還元電位が高いのは、中間室31cからオゾン濃度が高い水溶液がカソード室31bの陰極33に拡散し、この電極表面で生成するHやH 等をH Oに変化させたためである。
【0066】
次に、トレンチを形成したウエハと形成しなかったウエハのそれぞれに対し、4枚ずつを洗浄液3−a、洗浄液3−bに10分間浸漬し、純水でリンスした後スピンドライヤで乾燥させた。この処理は、プラズマエッチングにより生じたSiウエハ内部の損傷層や汚染層並びにウエハ表面に付着したパーティクルを、アルカリ性の液によってSiをエッチングして除去することが目的である。なお、洗浄液3−a、洗浄液3−bで洗浄したウエハとこれらの洗浄液で洗浄しなかったウエハを、トレンチを形成したウエハについてはタイプA3、タイプB3、タイプC3のウエハと呼び、トレンチを形成していないウエハについてはタイプA3´、タイプB3´、タイプC3´のウエハと呼ぶことにする。
【0067】
タイプA3´、B3´、C3´のウエハについては、原子吸光法により表面の金属汚染分析を行った。その結果、タイプC3´のウエハからは、Crが約5×1010atoms/cm 検出された。また、タイプB3´のウエハでは、Crは約5×10 atoms/cm であった。これに対して、タイプA4のウエハでは、Crは検出限界(1×10 atoms/cm )以下であった。
【0068】
次に、洗浄液で洗浄することによって生じたトレンチ部のシリコンのエッチング量と、エッチング後のトレンチ内部表面の凹凸を評価するため、タイプA3、B3,C3のウエハの一部をTEMとAFMで分析した。その結果、エッチング深さと表面平均凹凸は、タイプA3のウエハではそれぞれ約3nmと約1nm、タイプB3のウエハではそれぞれ約15nmと約8nmであった。洗浄液3−aによって洗浄したタイプA3ウエハのエッチング深さと表面荒れが小さいのは、オゾンガスを含有した洗浄液3−a内では、汚染有機物等が除去されながらシリコン表面が比較的均一に酸化され、同時にOH イオンによってシリコン酸化膜がゆっくりとエッチングされるためである。これに対しタイプB3ウエハのように還元性の高い洗浄液3−bによって洗浄すると汚染有機物が表面に残留し、かつ露出したシリコン表面が直接OH イオンによってエッチングされるため、シリコンが高速かつ不均一にエッチングされる。
【0069】
次に分析した残りのトレンチ形成ウエハについては、乾燥酸素中で約950℃に加熱して約5nmの熱酸化膜を形成し、さらにその上に厚さ0.5μmの燐添加多結晶シリコン膜を堆積してこれをパターニングし、MOSキャパシタを形成した。MOSキャパシタの酸化膜の絶縁耐圧を評価したところ、8MV/cm以上の耐圧を有しているキャパシタの全体に対する割合は、タイプA3のウエハは約95%、タイプB3のウエハは約88%、タイプC3のウエハは約50%であった。
【0070】
このように、本発明による洗浄液で洗浄することによりシリコンウエハ表面の汚染Cr濃度を低減することができ、またシリコントレンチの熱酸化の前にこの洗浄を行うことによって、表面荒れをほとんど生じさせることなくトレンチ内壁のRIE損傷層を除去でき、絶縁破壊耐圧が高い熱酸化膜を形成することができた。
【0071】
次に、本発明の第4の例について説明する。この実施形態では、図2に示した装置を用いる。
この例では半導体装置の製造におけるウエハの洗浄を行なう。
【0072】
まず、シリコンウエハ(p型(100)、0.01Ω・cm)を9枚用意し、約5ppmのオゾンが溶解した純水中に10分間浸漬して、ウエハ表面の有機物を除去する。
【0073】
次に、図2の装置で、陽極12と陰極13の間に50Vの直流電圧を印加しながら、塩化アンモニウム液を溶解(濃度1×10−2mol/l)させた水溶液を導入口15a,15bから導入し、排出口16a,16bから排出された溶液を別の容器に保持した。排出口16a,16bから排出された溶液に対して、陽極12の筒内部に水素ガスを微量導入した場合の液を洗浄液4−a、しない場合の液を洗浄液4−bとする。なお洗浄液4−a、洗浄液4−bのpHは共に1.5、酸化還元電位は、それぞれ約0.9V、約1.3Vであった。前者の酸化還元電位が低いのは、陽極32表面で生成するOHやOなどが、導入されるH ガスと反応してH O等に変化するためである。
【0074】
次に、9枚のウエハの3枚ずつを洗浄液4−a、洗浄液4−bの一方に10分間浸漬し、純水でリンス後スピンドライヤで乾燥させた。なお洗浄液4−a、洗浄液4−bで洗浄したウエハと、これらの液で洗浄しなかったウエハを、それぞれタイプA4、タイプB4、タイプC4のウエハと呼ぶ。
【0075】
次に、これらタイプA4,B4,C4のウエハの表面の金属汚染濃度を原子吸光法で分析した。その結果、タイプC4のウエハからは、Alが約3×1010atoms/cm 、Feが約1×1010atoms/cm 検出された(3枚の平均値)。Ptについては検出限界以下であった。またタイプB4のウエハでは、測定した3枚のウエハのうち2枚のウエハではAl、Fe、Ptのいずれも検出限界(Al:1×10 atoms/cm 、Fe:8×10 cm/atoms、Pt:1×10 atoms/cm )以下であったが、1枚のウエハからはPtが約3×10 atoms/cm 検出された。他方タイプA4のウエハでは、Al、Fe、Ptのいずれも検出限界以下であった。
【0076】
このように洗浄液4−a,4−bは、pHが小さく、かつ酸化電位が大きいためウエハ表面のFeやAlなどの金属汚染を除去できる。しかし洗浄液4−bで洗浄したウエハからはPtが検出されている。洗浄前のウエハからPtが検出されていないことから、このPtは、洗浄液4−bに起因していると推測される。これは、一般に陽極では洗浄液自体よりも小さなpHと大きな酸化電位を持つ液が生成するため、pHが小さく、酸化電位が高い洗浄液4−bを生成する際に、陽極12近傍で非常に小さなpHと極めて大きな酸化電位を持つ液が生じ、それによって、腐食されにくいPtがエッチングされたと考えられる。また、洗浄液4−aを生成する際には、陽極12の筒内部から液中に水素ガスを導入したため、陽極12近傍の液の酸化電位がある程度低く抑えられ、陽極12の腐食が生じなかったと考えられる。
【0077】
なお、上記各実施形態において、陽極及び陰極はそれぞれ一つずつであってもよいが、陽極及び陰極の少なくとも一方を複数設けるようにしてもよい。
また電極近傍へのガス導入方法としては、ガス透過性を持つ部材を容器の壁等に用い、その壁を介してガスを導入する、或いは、酸化銀などの酸素を放出しやすい固体を電極近傍に設置し、その固体に電圧をかけて酸素を放出させる、容器内に溶液と接するように空間を空け、その空間内にガスを流す等の方法を用いることも可能である。
【0078】
また上記例では外部から溶液内にガスを導入することによって溶液の酸化還元電位を変化させているが、電気分解によって生じた酸化性ガスや還元性ガスを溶液から除去することによっても酸化還元電位を制御可能である。溶液内からガスを除去する方法としては、容器壁の一部にガス透過性部材を使用し、その部材から排気する方法や、図2の陽極12や図3のガス導入筒27等の内部を減圧にする方法などがある。また上述した方法で作成した溶液はpHと酸化還元電位が独立に制御されているため、洗浄以外の目的、例えば膜剥離やCMPのスラリー等に用いることもできる。
【0079】
図5は本発明に係る第5の例に用いる処理液生成装置の概略図である。図6には、比較のため、従来の洗浄液生成装置の概略図を示す。図5と図6の装置で生成した洗浄液でシリコンウエハの洗浄を行い、洗浄効果を比較した。
【0080】
まず、図5に示す装置は、容器601内が陽イオン交換膜611と陰イオン交換膜612によって3つの領域に分けられており、液の導入口621,622,623と排出口631,632,633によって、領域ごとに液の導入と排出を行うことができる。さらにそれぞれの領域には、電極641,642,643が備えられており、これらの電極間で電流を流すことによって、各領域に導入された液を電気分解することが可能である。
【0081】
この装置において、導入口621と導入口622には支持電解質としてHClを微量(2×10−5mol/l)溶解させた水溶液を、導入口623には塩化アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を、各々導入し、電極641,642,643のそれぞれに0V、50V、30Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口632から排出される液を洗浄に用いた。
【0082】
ここで、各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。

Figure 0003590273
また電界の向きと液中のイオン種に応じて、陽イオン交換膜611と陰イオン交換膜では以下のようなイオンの移動が生じる。
【0083】
陽イオン交換膜:H 、電極642側から電極641側へ
陰イオン交換膜:Cl 、電極643側から電極642側へ
従って、電極642と電極643間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極642が設置された領域のH 、O 、O 、HClO 等の濃度が増加する。これは低pH、高酸化電位の液の生成を意味する。他方、電極642と電極641間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極642が設置された領域のO 、濃度は増加するが、H 濃度はほとんど変化しない(電極642表面ではH の生成反応が起きるが、電極841が設置された領域へとH が移動することによる)。これは高酸化電位の液の生成を意味する。
【0084】
以上から、排出口632から排出される液は、導入口622から導入した液よりも低pH、高酸化電位となることがわかる。排出口632の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=6、酸化還元電位=0.85Vであった。
【0085】
また、図6に示す従来の装置は、容器701内が陰イオン交換膜712によって2つの領域に分けられており、液の導入口721,722と排出口731,732によって、領域ごとに液の導入と排出を行うことができる。さらにそれぞれの領域には電極が備えられており(電極741,742)、これらの電極間で電流を流すことによって、各領域に導入された液を電気分解することが可能である。
【0086】
ここでは、この装置の導入口721にはHClを微量(2×10−5mol/l)溶解させた水溶液を、導入口722には塩化アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を導入し、電極741,742のそれぞれに50Vと30Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口731から排出される液を洗浄に用いる。
【0087】
ここで各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
Figure 0003590273
また電極741は電極742よりも高電位であるため、陰イオン交換膜ではCl が電極742側から電極741側へ移動する。
【0088】
このような反応が生じるため、排出口731から排出される液は、導入口721から導入した液よりもH 、Cl 、O 濃度が増加する。実際排出口731の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=6、酸化還元電位=0.65Vであった。
【0089】
次に図5、図6で生成した洗浄液の洗浄効果について調べるため、表面の自然酸化膜を弗酸で除去した後に、故意にCuで汚染(約1×1011atoms/cm )したシリコンウエハ3枚ずつをそれらの液で洗浄した。洗浄後、HF/H 液によって表面の残留Cuを回収し、回収液をICP−質量分析法によって分析したところ、図5の洗浄液で洗浄したウエハのCu濃度は3枚とも検出感度(約1×10 atoms/cm )以下であったのに対し、図6の装置で生成した液で洗浄したウエハからは、約2×1010atoms/cm (3枚の平均値)のCuが検出された。
【0090】
このようにCuの洗浄効率が異なる理由を図面を参照して説明することができる。図7に、CuのpH−酸化還元電位平衡図を示す。図中、Cu2+とCu間の境界線は、上記汚染のように、Cuより還元性が高いSi上に付着したCuに対しては一点鎖線で、還元性が低い、例えばCu表面でのCu付着の場合は実線で表される。またこの図には、図5と図6で生成した洗浄液のpH−酸化還元電位に対応する位置を白丸と黒丸で示している。この図から、酸化電位が高い、図5で生成した洗浄液はCu2+の溶解域にあり、ウエハ表面のCu汚染を効率良く除去するのに対し、酸化電位が比較的低い、図6で生成した洗浄液は、Cuの平衡域にあるため、ウエハ表面のCuをあまり除去できないことがわかる。
【0091】
このように本発明を用いることにより、従来よりも酸化電位が高い洗浄液を生成することができ、ウエハ表面の汚染Cuを効率よく除去することができた。なおこのような高酸化電位の液は、試料表面の有機物汚染やレジストなどの有機薄膜等の除去、自然酸化膜形成によるシリコン等の表面安定化処理などにも用いることができる。また上記実施形態では導入口623にCl を含む液を使用したが、F などのハロゲンイオン、HF のようなハロゲン化水素イオン、ClO 、BrO 、IO などの酸化ハロゲンイオン、SO 2−、NO 、PO 3−、HO などを含有する液を使用しても同様の液を生成することができる。
【0092】
図8は、本発明に係る第6の例に用いる洗浄液生成装置の概略図である。なお、比較のため図6に示す装置も使用した。この装置で生成した洗浄液でシリコンウエハの洗浄を行い、洗浄効果を比較した。図8の装置は図5に示した装置と基本構成は同じであり、電極に印加する電位や導入する溶液などが一部異なるだけである。まず以下では図8の装置の構成と、その装置を用いた洗浄液の生成方法について説明する。
【0093】
図8に示す装置は、容器901内が陽イオン交換膜911と陰イオン交換膜912によって3つの領域に分けられており、液の導入口921,922,923と排出口931,932,933によって、領域ごとに液の導入と排出を行うことができる。さらにそれぞれの領域には電極が備えられており(電極941,942,943)、これらの電極間で電流を流すことによって、各領域に導入された液を電気分解することが可能である。
【0094】
この例では、この装置の導入口921と導入口922には支持電解質としてHClを微量(2×10−5mol/l)溶解させた水溶液を、導入口923には塩化アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を導入し、電極941,942,943のそれぞれに100V、50V、40Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口932から排出される液を洗浄に用いた。
【0095】
ここで、各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
Figure 0003590273
また電界の向きと液中のイオン種に応じて、陽イオン交換膜911と陰イオン交換膜912では以下のようなイオンの移動が生じる。
【0096】
陽イオン交換膜:H 、電極941側から電極942側へ
陰イオン交換膜:Cl 、電極943側から電極942側へ
従って、電極942と電極943間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極942が設置された領域のH 、O 、HClO 等の濃度が増加する。これは低pH、高酸化電位の液の生成を意味する。他方電極942と電極941間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極942が設置された領域のH 濃度が増加するが、H 濃度はほとんど変化しない。これは、電極942表面ではH の消失反応が起きるが、電極941が設置された領域からH が移動し、減少したH を補うことによる。このように、H 濃度が増加し、H 濃度が変化しないことから、低酸化電位の液が生成する。
【0097】
以上から、排出口932から排出される液は、導入口922から導入した液よりもpHに関しては低くなること、酸化還元電位の変化については、電極942−電極941間に流れる電流と、電極942−電極943間に流れる電流との大小関係で決まることがわかる。
【0098】
この例では、電位差の違いを反映して、前者の電極間では後者の電極間に比べてより多くの電流が流れたため、酸化電位は減少した。排出口932の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=0、酸化還元電位もほぼ0Vであった。
【0099】
また、図6の従来の装置の導入口721にはHClを微量(2×10−5mol/l)溶解させた水溶液を、導入口722には塩化アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を導入し、電極741,742のそれぞれに90Vと0Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口731から排出される液を洗浄に用いた。
【0100】
ここで各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
Figure 0003590273
また電極741は電極742よりも高電位であるため、陰イオン交換膜ではCl が電極742側から電極741側へ移動する。
【0101】
このような反応が生じるため、排出口731から排出される液は、導入口721から導入した液よりもH 、Cl 、O 、O が増加する。実際排出口732の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=0、酸化還元電位=1.5Vであった。
【0102】
次に図6に示す装置、及び図8に示す装置で生成した洗浄液の洗浄効果について調べるため、表面がTiで汚染(約5×1010atoms/cm )したシリコンウエハ3枚ずつをそれらの液で洗浄した。
【0103】
洗浄後、HF液によって表面の残留Tiを回収し、回収液をICP−質量分析法によって分析した。その結果、図8の洗浄液で洗浄したウエハのTi濃度は3枚の平均値で約3×10 atoms/cm であったのに対し、図6の装置で生成した液で洗浄したウエハからは、3枚の平均で約4×1010atoms/cm のTiが検出された。
【0104】
このようにTiの洗浄効率が異なる理由を図9を参照して説明する。図9は、TiのpH−酸化還元電位平衡図である。図9には、図8と図6で生成した洗浄液のpH,酸化還元電位に対応する位置を白丸と黒丸で示している。この図から、酸化電位が高い、図6で生成した洗浄液はTiO の領域にあり、ウエハ表面のTiはほとんど除去されないこと、これに対して酸化電位が比較的低い、図8で生成した洗浄液は、TiO の領域にはあるがTi2+との境界領域に近いため、ウエハ表面のTiの一部をTi2+として溶解したと考えられる。
【0105】
このように,本発明を用いることにより、低pHで低酸化電位の洗浄液を生成し、従来方法で生成した洗浄液よりもウエハ表面の汚染Tiを効率良く除去することができた。また上記実施形態では導入口923にCl を含む液を使用したが、F などのハロゲンイオン、HF のようなハロゲン化水素イオン、ClO 、BrO 、IO などの酸化ハロゲンイオン、SO 2−、NO 、PO 3−、HO などを含有する液を使用しても同様の液を生成することができる。
【0106】
図10に、本発明にかかる処理液生成装置の第7の例を表す概略図を示す。ここでは、図10と図11に示す装置で生成した洗浄液でシリコンウエハの洗浄を行い、洗浄効果を比較する。なお、図10の装置は図5に示した装置と、図11の装置は図6に示した装置と基本構成は同じであり、電極に印加する電位や導入する溶液などが一部異なるだけである。以下では図10、図11に示す装置と構成と、その装置を用いた洗浄液の生成方法について説明する。
【0107】
図10に示す装置は、容器1101内が陽イオン交換膜1111と陰イオン交換膜1112によって3つの領域に分けられており、液の導入口1121,1122,1123と排出口1131,1132,1133によって、領域ごとに液の導入と排出を行うことができる。さらにそれぞれの領域には電極1141,1142,1143が備えられており、これらの電極間で電流を流すことによって、各領域に導入された液を電気分解することが可能である。
【0108】
この例では、この装置の導入口1122と導入口1123には支持電解質としてNH OHを微量(2×10−5mol/l)溶解させた水溶液を、導入口1121には酢酸アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を導入し、電極1141,1142,1143のそれぞれに20V、10V、50Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口1132から排出される液を洗浄に用いた。
【0109】
ここで各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
電極1143:2H O→4H +O +4e
電極1142:2H O+2e →H +2OH
電極1141:2H O→4H +O +4e
また電界の向きと液中のイオン種に応じて、陽イオン交換膜1111と陰イオン交換膜1112では以下のようなイオンの移動が生じる。
【0110】
陽イオン交換膜:NH 、電極1141側から電極1142側へ
陰イオン交換膜:OH 、電極1142側から電極1143側へ
従って、電極1142と電極1143間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極1142が設置された領域のH 等の濃度が増加するが、OH 濃度はほとんど変化しない。電極1142表面ではOH が生成するが、OH は、陰イオン交換膜1112を介して、電極1143が設置される領域に移動するためである。これは、低酸化電位の液の生成を意味する。
【0111】
また電極1142と電極1141間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極1142が設置された領域のH 、OH 濃度が増加する。これは高pH、低酸化電位の液の生成を意味する。
【0112】
以上から、排出口1132から排出される液は、導入口1122から導入した液よりもpH、酸化還元電位のいずれも低くなることがわかる。排出口1132の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=8、酸化還元電位は−0.45Vであった。
【0113】
また、図10に示す装置は、容器1201内が陽イオン交換膜1211によって2つの領域に分けられており、液の導入口1221,1222と排出口1231,1232によって、領域ごとに液の導入と排出を行うことができる。さらにそれぞれの領域には電極が備えられており(電極1241,1242)、これらの電極間で電流を流すことによって、各領域に導入された液を電気分解することが可能である。
【0114】
図11に記す装置では、その導入口1221には支持電解質としてNH OHを微量(2×10−5mol/l)溶解させた水溶液を、導入口1222には酢酸アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を導入し、電極1241,1242のそれぞれに10Vと20Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口1231から排出される液を洗浄に用いた。
【0115】
ここで各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
電極1241:2H O+2e →H +2OH
電極1242:2H O→4H +O +4e
また電極1242は電極1241よりも高電位であるため、陽イオン交換膜1211ではNH4+が電極1242側から電極1241側へ移動する。
【0116】
このような反応が生じるため、排出口1231から排出される液は、導入口1221から導入した液よりもOH 、H 濃度が増加する。排出口1232の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=8、酸化還元電位=−0.30Vであった。
【0117】
次に図10と図11に示す装置で生成した洗浄液による洗浄結果について説明する。
まずAlの埋め込み配線を形成するため、絶縁膜上の溝形成→Alスパッタ→Al CMPを行った。このCMPによって絶縁膜やAl表面に研磨粒子が残留したため、図10あるいは図11に示す装置で生成した洗浄液中にウエハを浸漬し、約1MHzの超音波を10分間照射した。ウエハ表面に付着していた約1−3万個の研磨粒子は、図10に示す装置と図11に示す装置のいずれの装置で生成した洗浄液を用いても、この超音波処理によって約50個以下に低減できた。しかし、図10に示す装置で生成した液を使用した場合にはAlは全く腐食されなかったのに対し、図11に示す装置で生成した洗浄液を用いたウエハでは約5%のAlに腐食が見られた。これは前者は後者に比べて酸化電位が低いため、Alの酸化、溶出反応(Al+4OH →Al(OH) +3e )が抑制されたためと考えられる。
【0118】
このように本発明を用いることで低酸化電位の洗浄液を生成し、Alを腐食させることなくCMP研磨粒子を除去できた。なお本発明で生成した、弱アルカリ性で還元性が高い液は、ドライエッチング等の後に試料表面に残留するハロゲン等のイオン性残留物の除去や、半導体や金属等の自然酸化膜の還元除去、水素終端化処理などにも用いても良好な洗浄効果をあげることができる。また上記実施形態では導入口1121にNH を含む液を使用したが、例えばN(CH 及びN(CH OH 等のアルキルアンモニウムイオンを含有する液を使用しても同様の液を生成することができる。
【0119】
図12は、本発明に係る第8の例に使用される洗浄液生成装置の概略図である。また図11には、比較として従来装置の該略図を示す。本発明に係る第7の例では、図11と図12に示す装置で生成した洗浄液でシリコンウエハの洗浄を行い、洗浄効果を比較するものである。図12の装置は図5に示した装置と基本構成は同じであり、電極に印加する電位や導入する溶液などが一部異なるだけである。以下では図12の装置の構成と、その装置を用いた洗浄液の生成方法について説明する。
【0120】
図12に示す装置は、容器1301内が陽イオン交換膜1311と陰イオン交換膜1312によって3つの領域に分けられており、液の導入口1321,1322,1323と排出口1331,1332,1333によって、領域ごとに液の導入と排出を行うことができる。さらにそれぞれの領域には電極1341,1342,1343が備えられており、これらの電極間で電流を流すことによって、各領域に導入された液を電気分解することが可能である。
【0121】
本実施形態では、この装置の導入口1322と導入口1323にはNH OH水溶液(2×10−5mol/l)を、導入口1321には塩化アンモニウム水溶液を(2×10−3mol/l)導入し、電極1341,1342,1343のそれぞれに90V、70V、0Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口1332から排出される液を洗浄に用いた。
【0122】
ここで各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
電極1343 :2H O+2e →H +2OH
電極1342の電極1343側:2OH →2H O+O +4e
電極1342の電極1341側:2H O+2e →H +2OH
電極1341 :2H O→4H +O +4e
また電界の向きと液中のイオン種に応じて、陽イオン交換膜1311と陰イオン交換膜1312では以下のようなイオンの移動が生じる。
【0123】
陽イオン交換膜:NH 、電極1341側から電極1342側へ
陰イオン交換膜:OH 、電極1343側から電極1342側へ
従って、電極1342と電極1343間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極1342が設置された領域のO 等の濃度が増加するが、OH 濃度はほとんど変化しない(電極1342表面ではOH が消失するが、陰イオン交換膜1312を介して、電極1343が設置される領域からOH が移動して減少分を補償する)。これは高酸化電位の液の生成を意味する。他方電極1342と電極1341間で生じる電気分解反応とイオン移動によって、電極1342が設置された領域のH 、OH 濃度が増加する。これは高pH、低酸化電位の液の生成を意味する。
【0124】
以上から、排出口1132から排出される液は、導入口1322から導入した液よりもpHは増加すること、酸化還元電位の変化については、電極1342−電極1341間に流れる電流と、電極1342−電極1343間に流れる電流との大小関係で決まることがわかる。この例では、電位差の大小関係に応じて、後者の方がより多くの電流が流れ、排出口1332から排出される液は導入口1322から導入された液よりも酸化電位は上昇した。排出口1332の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=9、酸化還元電位は約0.7Vであった。
【0125】
また、この例では、図11の装置の導入口1221にはNH OH水溶液(2×10−5mol/l)を、導入口1222には酢酸アンモニウム水溶液を溶解(2×10−3mol/l)した水溶液を導入し、電極1241,1242のそれぞれに70Vと90Vの電位を与えて水溶液を電気分解し、排出口1231から排出される液を洗浄に用いた。
【0126】
ここで各電極表面では、各々の電位差に応じて主に次のような反応が生じる。
電極1241:2H O+2e →H +2OH
電極1242:2H O→4H +O +4e
また電極1242は電極1241よりも高電位であるため、陽イオン交換膜1211ではNH が電極1242側から電極1241側へ移動する。
【0127】
このような反応が生じるため、排出口1231から排出される液は、導入口1221から導入した液よりもOH 、H 濃度が増加する。排出口1232の排出液のpHと酸化還元電位を測定したところ、pH=9、酸化還元電位=−0.65Vであった。
【0128】
次に、このような洗浄液を用いてウエハを洗浄した結果について述べる。
まず反応性イオンエッチングによってシリコン上の絶縁膜にコンタクトホールを開孔し、その後ホール底面のシリコン表面のエッチング残査や損傷層を除去するため、図11に示す装置と図12の装置で生成した洗浄液に試料を浸漬し、10分間処理した。その結果、図12に示した装置で生成した液によって洗浄した場合は、シリコン表面の残査が除去されると共にシリコンが約1nmエッチングされ、エッチングダメージ層が除去された。この時シリコン表面の平坦度はほとんど変化しなかった。これに対し、図11の装置で生じた液で処理をした場合は、シリコン表面が約10nmもエッチングされた。またエッチングされたシリコンには数nmの表面荒れが生じていた。
【0129】
これは、図11の装置による液はアルカリ性であるため、コンタクトホール底面のシリコンがOH イオンによってエッチングされたためである。表面荒れは、このエッチングがシリコンの面方位依存性を持つ(例えば(111)面のエッチング速度<(100)面のエッチング速度)ことに起因している。他方図13に示した装置で生成した洗浄液で処理した場合は、液の酸化性が高いためホール底面のシリコン表面はまず自然酸化膜で被覆され、この酸化膜がOH によってエッチングされる。従ってシリコンのエッチング量は少なく、また表面荒れもあまり生じない。
【0130】
このように本発明を用いることでコンタクトホールの洗浄に適した液を生成することができた。なお、このような弱アルカリで酸化性が高い液は、シリコン酸化膜表面などのパーティクル除去や汚染金属除去などにも有効である。さらにHClやNH Clなどを、導入口1322や1323から導入する液もしくは排出口1332から排出される液に混入させ、液中にCl を導入させた液で処理すると、Fe等の金属汚染除去効率が向上した。これは液中のCl が、溶解した金属イオンと錯イオンを作って安定化させる効果を持つためである。Cl 以外にもBr 、I 、SO 2−、NO 、キレート剤などを洗浄液に含有させることによっても同様の効果が見られた。また上記実施形態では導入口1321にNH を含む液を使用したが、例えばN(CH 及びN(CH OH 等のアルキルアンモニウムイオンを含有する液を使用しても同様の液を生成することができる。
【0131】
なお本発明は上述した例に限定されるものではなく、例えば本発明で生成した溶液を、弗酸などの別の洗浄液と混合して使用したり、洗浄以外の用途、例えばポリシリコン等の薄膜除去やCMPの研磨液等として使用することもできる。また上述した実施形態では陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とで挟まれた領域に一つの電極を設置し、その電極と他の二つの領域の電極との間で電気分解を行ったが、陽イオン交換膜と陰イオン交換膜とで挟まれた領域に二つの電極を設置し、その各々と他の二つの電極との間で電気分解を行ってもよい。その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能である。
【0132】
【発明の効果】
本発明の処理液の生成装置によれば、アノード水やカソード水のpHと酸化還元電位とを独立に制御することができる。このため、例えば酸化電位が高いカソード水や還元電位が高いアノード水を得ることが可能となる。
【0133】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、汚染金属の種類に応じたpHと酸化還元電位を有する溶液を自在に得ることができるため、汚染金属を効果的に除去したり試料を金属で汚染することなく洗浄することが可能とし、さらに、陽極の腐食抑制や、陰極への金属イオン吸着抑制を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図1】処理水のpHと酸化還元電位の範囲を表す図
【図2】本発明にかかる処理液生成装置の第1の例を表す該略図
【図3】本発明にかかる処理液生成装置の第2の例を表す該略図
【図4】本発明にかかる処理液生成装置の第3の例を表す該略図
【図5】本発明にかかる処理液生成装置の第5の例を表す概略図
【図6】従来の洗浄液生成装置の概略図
【図7】CuのpH−酸化還元電位平衡図
【図8】本発明にかかる処理液生成装置の第6の例を表す概略図
【図9】TiのpH−酸化還元電位平衡図
【図10】本発明にかかる処理液生成装置の第7の例を表す概略図
【図11】従来の洗浄液生成装置の概略図
【図12】本発明にかかる処理液生成装置の第8の例を表す概略図
【図13】pHと酸化還元電位Eに対するFeの状態図
【図14】pHと酸化還元電位Eに対するCrの状態図
【符号の説明】
11、21、31…容器
12、22、32…陽極
13、23、33…陰極
14、24、34a、34b…隔膜
611,911,1111,1211,1311…陽イオン交換膜
612,712,912,1112,1312…陰イオン交換膜
641,642,643,941,942,943,1141,1142,1143,1241,1242,1341,1342,1343…電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and an apparatus for generating a processing liquid used in a cleaning step or chemical mechanical polishing (so-called CMP) in the manufacture of a semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, chemicals such as hydrochloric acid and ammonia water have been used for wet processing such as cleaning of a sample such as a semiconductor wafer and film peeling, but recently, cleaning with electrolytic ionic water has been spreading.
[0003]
Electrolytic ionized water is used to conduct electricity between a pair of electrodes installed through a diaphragm in an aqueous solution, and to use “OH” on the anode side.  → OH + e  ”And“ H ”on the cathode side+  + E  It is a solution obtained by causing a reaction such as "H". The solution on the anode side with respect to the diaphragm, i.e., the anode water is OH  Low concentration and acidic. The solution on the cathode side, ie, the cathode water, is H+  Low concentration and alkaline. OH is “2OH → O + H”2  O ”,“ 2O → O2  ”And“ O + O ”2  → O3  ), The anode water is O, O2  , O3  Etc., and its redox potential is higher than that of a normal acid solution having an equivalent pH. Similarly, the cathode water is H, H2  , The oxidation-reduction potential is lower than that of a normal alkaline solution having the same pH.
[0004]
Anode water is used for removing contaminant metals on the surface of a sample by utilizing its properties of strong acidity and high oxidation potential, and is particularly attracting attention as a cleaning solution for noble metals such as copper. Since noble metals are hard to ionize, they do not dissolve in ordinary acids such as hydrochloric acid and hydrofluoric acid. However, since anode water has a high oxidation potential, it can deprive the noble metal of electrons, ionize the noble metal and elute it into the solution.
[0005]
However, conversely, some metals dissolve in ordinary acids but are stably present as oxides or hydroxides in solutions having a high oxidation potential. For example, iron has a low oxidation potential when the pH is between about 2 and about 82+But eluted as2  O3  As a residue. FIG. 13 shows a phase diagram of Fe with respect to pH and oxidation-reduction potential E. As shown in the figure, Fe can be dissolved by using anode water having a pH of about 2 or less. This is because in a low pH solution, even at a high oxidation potential, Fe2+Is stably present. However, low-pH or high-concentration anolyte water requires more chemicals and power during the generation and detoxification treatment after use than dilute anolyte water. The amount of waste generated after detoxifying high-concentration anode water is also greater than in the case of lean anode water. In order to effectively utilize finite earth resources, consumption of such large amounts of resources and power and generation of wastes must be avoided.
[0006]
On the other hand, acids are generally used to remove contaminant metals, while alkaline solutions are used to clean particles. For example, when a silicon oxide film to which particles are attached is immersed in an alkaline aqueous solution, the silicon oxide film is etched by the solution. For this reason, the distance between the particle and the surface of the silicon oxide film increases, and the Van der Waals force acting between the surfaces of the particles is weakened, so that the particle is easily removed. Further, in an aqueous solution having a large pH, the surface of a sample or a particle tends to be negatively charged. Therefore, in an alkaline solution, an electrostatic repulsion acts, so that the particles once removed hardly adhere to the sample surface. Cathode water is also used for removing particles because it is alkaline.
[0007]
However, in an alkaline aqueous solution, the metal is easily stabilized as a hydroxide, and therefore, washing with an alkaline solution may not remove metal contamination or may deposit metal ions contained in the solution. . FIG. 14 shows a phase diagram of Cr with respect to pH and redox potential E. As shown, for example, when the oxidation potential is low at a pH between about 4 and 14, Cr may be present as an oxide or hydroxide. Therefore, if the sample is washed with a normal alkaline solution or highly reducing cathode water, the sample may be contaminated with chromium.
[0008]
Further, silicon is etched when immersed in an alkaline aqueous solution. This etching has a plane orientation dependence, and the etching rate of the (100) plane is higher than that of the (111) plane. For this reason, when the wafer is washed with cathode water having a large pH value to remove particles after CMP of Poly-Si or after opening of a contact hole, a large amount of silicon exposed on the wafer surface is etched, There arises a problem that the silicon surface becomes rough. Further, in a solution having low oxidizing property, organic contamination on the sample surface is hardly removed. Therefore, when silicon contaminated with organic substances is treated with conventional cathode water, the silicon surface is partially etched using the contaminated organic substances as a mask, and the degree of surface roughness is further increased.
[0009]
Furthermore, in an aqueous solution having a low oxidizing property, an active hydrophobic silicon surface is likely to be exposed, and it is difficult to remove attached particles on such a surface. For example, when polishing particles attached to the wafer surface are removed by sponge scrubber processing after CMP of Poly-Si, more polishing particles remain on the Poly-Si surface than on the surface of the silicon oxide film used as a CMP stopper. Cheap.
[0010]
Therefore, at present, as described in, for example, JP-A-7-263430, H2  O2  Aqueous solution or O3  Washing is performed by mixing dissolved water and increasing the oxidation potential. When silicon is washed with such a liquid, the silicon surface is covered with a thin natural oxide film, and the natural oxide film is slowly etched. Therefore, when the wafer is cleaned, a large amount of silicon exposed on the wafer surface is not etched or the surface is not roughened. Further, since the surface becomes a hydrophilic surface, abrasive particles are efficiently removed from the Poly-Si surface during cleaning after the Poly-Si CMP.
[0011]
But H2  O2  In order for the catholyte mixed with the aqueous solution to have a sufficient oxidizing power, it is necessary to raise the temperature of the solution. This is because H2  O2  This is because the decomposition reaction proceeds. Also O3  In the catholyte mixed with dissolved water, the mixing part of the liquid and the cathode water generating part are separated, despite the fact that the redox potential and pH of the liquid change due to the mixing. It is difficult to control precisely.
[0012]
In addition, when electrolytic ionic water is used for cleaning semiconductor elements, corrosion of the anode during electrolytic ionic water generation is a problem. The anode is usually formed of a noble metal such as Pt, carbon, or the like. If the oxidation potential is too high or a solution with an excessively low pH is generated by electrolysis, the anode is made of a material that is not easily corroded. Corroded gradually. This corrosion causes time-dependent changes in the electrolysis, metal contamination of the device, and deterioration of the electrical characteristics of the device. On the other hand, such corrosion is unlikely to occur at the cathode, but a solution having a high reducing power is generated near the cathode.If metal ions are mixed in the solution for electrolysis, the metal ions adhere to the cathode. Cheap. When the contaminant metal adheres to the electrode as described above, the adhered metal may elute again in the liquid and contaminate the sample due to a change with time of the electrolysis reaction.
[0013]
As described above, in general, anode water is useful for cleaning contaminated metals, but there is a problem that removal of some metals such as Fe becomes difficult due to high oxidation potential. Was.
[0014]
Cathode water is also useful for removing particles.However, there is a problem that metal mixed in the solution adheres to the sample surface as a hydroxide or contaminated metal on the sample surface remains. When the sample with the exposed silicon was washed, there were problems that a large amount of silicon was etched, the silicon surface was roughened, and particles attached to the silicon surface were difficult to remove.
[0015]
These problems stem from the fact that there is a correlation between the change in the pH and the oxidation-reduction potential generated in the reaction for producing electrolytic ionic water. Therefore, in order to solve the problem, it is necessary to independently optimize the pH and the oxidation-reduction potential of the electrolytic ionized water.
[0016]
In addition, when electrolysis is performed, the corrosion of the anode causes metal contamination of the sample and changes over time in the electrolysis, and the contaminated metal mixed in the solution adheres to the cathode, and the adhered metal is eluted again and the sample is removed. Had the problem of contaminating.
[0017]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the conventional problems, and the first object of the present invention is to independently optimize the pH and the oxidation-reduction potential without causing surface roughness and adhesion of contaminant metals. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a good semiconductor device safely and easily by using a simplified processing solution.
A second object of the present invention is to provide an apparatus for safely and easily producing a processing solution containing no contaminants or the like and having optimized pH and oxidation-reduction potential.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In the first aspect of the present invention, a reducing gas supply step of immersing an anode and a cathode in a solution with a diaphragm interposed therebetween to supply a reducing gas to the solution near the anode, and oxidizing the solution to a solution near the cathode A semiconductor using a processing liquid obtained by performing at least one gas supply step of an oxidizing gas supply step of supplying an oxidizing gas, energizing the anode and the cathode, and electrolyzing the solution. An apparatus manufacturing method is provided.
[0019]
Secondly, the present invention provides a container body for holding a solution, a partition wall for dividing the container body into two regions, an anode and a cathode which are respectively immersed in the solution in the two regions, At least one of a reducing gas supply means for supplying a reducing gas to the vicinity of the anode and an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas to the vicinity of the cathode, and electricity is supplied between the anode and the cathode. And a means for generating a processing liquid.
[0020]
Thirdly, the present invention thirdly arranges the anode and the cathode by immersing them in a solution with a diaphragm interposed therebetween, and at least one of an oxidizing gas and a reducing gas is added to a solution near one of the anode and the cathode. Supplying and conducting a current between the anode and the cathode to perform a method of manufacturing a semiconductor device using a processing solution obtained by electrolyzing the solution, wherein at least one of the anode and the cathode is a gas. To provide a method for manufacturing a semiconductor device including a gas-permeable member that selectively permeates a solution into a solution.
[0021]
Fourth, the present invention provides a container body for holding a solution, a partition wall for dividing the container body into two regions, an anode and a cathode each immersed in the solution in the two regions, An apparatus for producing a processing liquid, comprising: a gas supply unit for supplying one of a reducing gas and an oxidizing gas to a vicinity of one of an anode and a cathode; and a unit for supplying a current between the anode and the cathode. Further, there is provided an apparatus for generating a processing liquid, wherein at least one of the anode and the cathode includes a gas-permeable member that selectively allows gas to pass through a solution.
[0022]
Fifth, the present invention provides a first and a second region separated by a first diaphragm at least partially composed of a cation exchange membrane and a second partition at least partially composed of an anion exchange membrane; The first, second, and third solutions are contained in the first, second, and third solutions contained in the respective regions of the container divided into the third region located between the first and second regions. After immersing and arranging the electrodes, applying different potentials to the three electrodes, and electrolyzing the solution, a method for manufacturing a semiconductor device using the processing solution obtained from the third region is described. provide.
[0023]
Sixth, the present invention provides a container body for holding a solution, and at least one part which is disposed in the container body and divides the inside of the container body into first, second, and third regions. A membrane consisting of the membrane and a membrane consisting at least in part of the anion exchange membrane, respectively immersed in the first, second and third solutions contained in the first, second and third regions, respectively; And a means for applying a different potential to each of the first, second, and third electrodes, and a means for applying different potentials to the first, second, and third electrodes.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The present invention is roughly divided into first to sixth aspects.
According to the first aspect of the present invention, an anode and a cathode are immersed in a solution with a diaphragm interposed therebetween, and a reducing gas is supplied to the solution near the anode or an oxidizing gas is supplied to the solution near the cathode. A method for manufacturing a semiconductor device using a processing solution obtained by supplying a solution or performing both of these processes, conducting a current between an anode and a cathode, and electrolyzing the solution is provided.
[0025]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a processing liquid according to the first aspect. This apparatus comprises a container main body for holding a solution, a partition for dividing the container main body into two regions, an anode and a cathode each immersed in the solution in each region, and a reducing gas in the vicinity of the anode. It is provided with a reducing gas supply means for supplying, or an oxidizing gas supply means for supplying an oxidizing gas near the cathode, and a means for supplying electricity between the anode and the cathode.
[0026]
The anode or cathode preferably includes a gas permeable member that selectively allows gas to pass through the liquid.
The reducing gas refers to a gas that acts on a gas, a liquid, or a solid and easily gives its own electrons to them. Such gases include, for example, hydrogen gas, carbon monoxide gas, and nitric oxide.
[0027]
The oxidizing gas refers to a gas that acts on a gas, a liquid, or a solid to easily remove electrons from the gas, the liquid, or the solid. Such gases include oxygen gas, ozone gas, fluorine gas, chlorine gas, bromine gas, iodine gas, halogen oxide gas, interhalogen gas, halogenated rare gas, and hydrogen peroxide gas.
[0028]
Examples of the solution to be subjected to electrolysis include pure water, hydrochloric acid, aqueous ammonia, carbonic acid, aqueous hydrogen peroxide, and aqueous solutions of ammonium salts such as ammonium chloride.
Further, as the diaphragm, a film that suppresses the mixing of the solution on the anode side and the solution on the cathode side, that is, a film that suppresses the mixture of cations and anions, for example, an ion-exchange resin film can be used. In addition, each of the anode and the cathode may be singular or plural.
[0029]
According to the present invention, the pH and the oxidation-reduction potential of the anode water and the cathode water can be controlled independently. For example, when a small amount of oxidizing gas is introduced near the cathode or a reducing gas is introduced near the anode, the introduced gas is H, H generated near the electrode.2  And O, O2  , O3  Thus, cathodic water having a high pH but not a high reduction potential, and anodic water having a low pH and a low oxidation potential can be obtained. Further, if the amount of the oxidizing gas or the reducing gas introduced is increased, cathode water having a high oxidation potential or anode water having a high reducing potential can be generated.
[0030]
Accordingly, it is possible to generate a cleaning liquid having a pH and an oxidation-reduction potential optimum for a contaminated metal or a member exposed on the surface of the sample, a cleaning liquid for removing the film, a polishing liquid for CMP, and a cleaning liquid that does not deposit metal oxide and the like. . When such a solution is used, for example, in a cleaning process in a semiconductor device manufacturing process, it is necessary to effectively remove contaminant metals on the surface of the semiconductor substrate, and to clean the semiconductor substrate without contaminating the metal with the metal or causing surface roughness. In addition, particles attached to the surface can be effectively removed. In addition, since it is not necessary to create a cleaning solution having an unnecessarily high concentration, it is possible to reduce the amount of chemicals and power consumed during the generation of the cleaning solution and the detoxification process, the amount of waste discharged after the detoxification process, and the like. , It is possible to make effective use of earth resources.
[0031]
In a method according to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor using another electrolysis process different from the electrolysis process of the method according to the first aspect.
[0032]
In this method, an electrode including a gas-permeable member that selectively allows gas to pass through a solution is prepared, and this electrode is used as at least an anode or a cathode, and the anode and the cathode are immersed in the solution with a diaphragm interposed therebetween. The oxidizing gas or the reducing gas is supplied to the solution through the gas-permeable member, and a current is applied between the anode and the cathode to electrolyze the solution to obtain a processing solution for the semiconductor device. Applies to manufacturing.
[0033]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a treatment liquid used in the third aspect. The apparatus comprises a container body for holding the solution, a partition for dividing the container body into two regions, an anode and a cathode which are respectively immersed in the solution in the two regions, and an anode and a cathode. In the vicinity of one of them, a gas supply means for supplying one of the reducing gas and the oxidizing gas, and a means for conducting electricity between the anode and the cathode, and at least one electrode of the anode and the cathode is provided. , A gas permeable member that selectively allows gas to pass through the solution.
[0034]
In this method, a gas-permeable member that allows gas to permeate but does not allow liquid to permeate is used for at least a part of at least one electrode. The gas generated by electrolysis may be removed through the gas permeable member, or an oxidizing gas or a reducing gas may be supplied to a solution near the electrode.
[0035]
As described above, if a gas permeable member is used for the anode and the cathode, and an oxidizing gas or a reducing gas is supplied through the gas permeable member, the electrode and the gas supply means can be shared, so that The size can be reduced.
[0036]
In addition, for example, by efficiently removing excess oxidizing gas generated at the anode from the anode or by supplying a reducing gas to the anode, the oxidation potential of the solution near the anode can be appropriately reduced, thereby suppressing corrosion of the anode. it can.
[0037]
Furthermore, for example, by removing excess reducing gas generated at the cathode from the cathode or by supplying an oxidizing gas to the cathode appropriately, the oxidation potential of the solution near the cathode can be appropriately improved, so that it is mixed into the solution. Adhesion of the metal ions to the cathode can be suppressed, and sample contamination due to re-elution of the adhered metal can be prevented.
[0038]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor using still another electrolysis process different from the electrolysis process of the method according to the first aspect. In this method, a first membrane containing a cation exchange membrane and a second membrane containing an anion exchange membrane are separated from each other by a first membrane contained in an area divided into first, second, and third areas. Dissolving the first, second, and third electrodes in the second and third solutions, respectively, by applying different potentials to the three electrodes, respectively; To obtain electrolyzed water. The third region described above is located between the first and second diaphragms, and the first region is located across the first diaphragm, and the second region is located across the second diaphragm. In the present invention, the processing liquid obtained in the third region is applied to a semiconductor device.
[0039]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a processing liquid used in the fifth aspect. The apparatus includes a container body that holds a solution, and a cation exchange membrane and an anion exchange membrane that are respectively disposed in the container body and divide the inside of the container body into first, second, and third regions. And first, second, and third electrodes respectively immersed in first, second, and third solutions contained in the first, second, and third regions, respectively. And means for applying different potentials to the first, second, and third electrodes, respectively.
[0040]
In the invention according to the fifth and sixth aspects, A is a potential applied to the first electrode, B is a potential applied to the second electrode, and C is a potential applied to the third electrode. The conditions shown in the following i) to iv)
i) the main cation in the first solution is one of an ammonium ion and an alkyl ammonium ion, the main anion in the second solution is a hydroxide ion, and A> C> B.
[0041]
ii) the primary cation of the first solution is one of an ammonium ion and an alkyl ammonium ion, where A> C and B> C.
iii) main cations in the first solution are hydrogen ions, and main anions in the second solution are halogen ions, hydrogen halide ions, halogen oxide ions, sulfate ions, nitrate ions, carbonate At least one selected from the group consisting of ions, phosphate ions, and hydrogen peroxide ions, where A> C> B.
[0042]
iv) the primary anion in the second solution is selected from the group consisting of a halogen ion, a hydrogen halide ion, a halogen oxide ion, a sulfate ion, a nitrate ion, a carbonate ion, a phosphate ion, and a hydrogen peroxide ion. A <C and B <C.
It is preferable that any one of the above is satisfied.
[0043]
FIG. 1 is a diagram showing the range of the pH and the oxidation-reduction potential of the treated water obtained under the conditions i) to iv). As shown, depending on the conditions i) to iv), treated water having a pH and an oxidation-reduction potential in the ranges indicated by 310, 320, 330 and 340 in the figure, respectively, can be obtained. For comparison, a graph 301 showing a relationship between the pH of the conventional electrolyzed water and the oxidation-reduction potential is shown in a graph 301. As shown in the figure, for example, under the condition iii), water having a lower pH and a lower oxidation potential than conventional electrolyzed water can be obtained. Such treated water is suitable for dissolving and removing Fe, for example. It should be noted that treated water having a pH and an oxidation-reduction potential in the range shown by i) and iii) in the first aspect and i) to iv) in the fourth aspect is obtained.
[0044]
Even with such a generation method and a generation apparatus, a solution in which pH and oxidation-reduction potential are independently controlled can be generated, and contaminant metal removal, film peeling, and CMP of a wafer can be efficiently performed. .
[0045]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a first example of a processing liquid generation device according to the present invention.
In FIG. 2, an anode 12 and a cathode 13 are provided in a container 11 for holding an aqueous solution. Between the anode 12 and the cathode 13, a diaphragm 14 made of, for example, an ion exchange resin membrane is provided in order to suppress the mixing of the solution near these electrodes. In addition, inlets 15a and 15b and outlets 16a and 16b are provided in each area partitioned by the diaphragm 14 so that the solution can be independently introduced and discharged. The anode 12 is formed of a cylindrical gas-permeable member made of porous platinum that selectively allows gas to pass therethrough without passing a liquid. Part of the gas introduced into the cylinder is introduced into the solution through the porous platinum wall.
[0046]
The evaluation when the processing liquid generated by the above apparatus was used as a wafer cleaning liquid was evaluated as follows.
First, 24 silicon wafers (p-type (100), 0.01 Ω · cm) were prepared. This silicon wafer was immersed in pure water in which about 5 ppm of ozone was dissolved for 10 minutes to remove organic substances on the wafer surface.
[0047]
Next, using the apparatus shown in FIG. 2, a DC voltage of 100 V was applied between the anode and the cathode, and ammonium sulfate was dissolved (at a concentration of 1 × 10 4) to promote the electrolysis of water.-3(mol / l) was introduced through the inlets 15a and 15b, and the solution discharged from the outlets 16a and 16b was held in another container. With respect to the solution discharged from the outlet 16a, the liquid when hydrogen gas is introduced into the cylinder of the anode 12 is referred to as a cleaning liquid 1-a, and the liquid when hydrogen gas is not supplied is referred to as a cleaning liquid 1-b. The pH of the cleaning solution 1-a and the cleaning solution 1-b were both about 4, and the redox potential was about 0.1 V for the former and about 1.0 V for the latter. The former has a low oxidation-reduction potential because OH or O generated on the anode surface is introduced H2  Reacts with the gas to form H2  This is because it changes to O.
[0048]
Next, eight of the 24 wafers were immersed in one of the cleaning liquids 1-a and 1-b for 10 minutes, rinsed with pure water, and dried with a spin drier. The wafers cleaned with the cleaning liquid 1-a and the cleaning liquid 1-b and the wafers not cleaned with these liquids are referred to as type A1, type B1, and type C1, respectively.
[0049]
Next, the wafers of these types A1, B1, and C1 were all split in half, and for one of them, the concentration of metal contamination on the surface was analyzed by an atomic absorption method. The remaining wafer is heated to about 950 ° C. in dry oxygen to form a thermal oxide film having a thickness of about 5 nm, and a 0.5 μm-thick phosphorus-doped polycrystalline silicon film is further deposited thereon and patterned. Then, a MOS capacitor was formed.
[0050]
From the analysis of metal contamination, about 1 × 1010atoms / cm2  , Fe is about 6 × 109  atoms / cm2  was detected. Further, in the type B1 wafer, Al is the detection limit (1 × 109  atoms / cm2  ), But Fe was about 1.5 × 109  atoms / cm2  was detected. On the other hand, in the type A1 wafer, not only Al but also Fe can be detected (8 × 108  atoms / cm2  )
[0051]
Also, when the dielectric breakdown voltage of the oxide film of the MOS capacitor was evaluated, the percentage of the total capacitor having a breakdown voltage of 8 MV / cm or more was about 98% for the type A1 wafer, about 92% for the type B1, and about 92% for the type B1. C1 was about 85%.
[0052]
Thus, by cleaning with the cleaning liquid according to the present invention, the concentration of contaminating Fe on the silicon wafer surface can be reduced, and by performing cleaning with the cleaning liquid according to the present invention before thermal oxidation of the silicon substrate, the dielectric breakdown voltage can be reduced. A high thermal oxide film could be formed.
[0053]
In the apparatus shown in FIG. 2, the entire cylinder constituting the anode is made of porous platinum and functions as a gas permeable member. However, at least a part of the cylinder is made of porous platinum or the like and functions as a gas permeable member. Just fine. The permeable member only needs to have conductivity and gas permeability, and the permeable member may be formed using a porous noble metal such as porous graphite or iridium.
[0054]
FIG. 3 is a schematic view showing a second example of the processing liquid generating apparatus according to the present invention.
In FIG. 3, an anode 22 and a cathode 23 are provided in a container 21 for holding an aqueous solution. Between the anode 22 and the cathode 23, in order to prevent mixing of the solution near these electrodes, for example, a diaphragm made of an ion exchange resin membrane is used. 24 are installed. In addition, inlets 25a and 25b and outlets 26a and 26b are provided in each area partitioned by the diaphragm 24 so that the solution can be introduced and discharged independently. In the vicinity of the anode 22, a number of gas introducing cylinders 27 each of which is formed of a gas permeable membrane that selectively allows gas to pass therethrough without passing a liquid, are disposed. The gas introduced into the gas introducing cylinder 27 passes through the gas permeable membrane. Through the anode 22.
[0055]
In order to evaluate the processing liquid generated by the above apparatus as a wafer cleaning liquid, the MOS capacitor and the metal impurity analysis wafer were evaluated in the same manner as in the first embodiment.
[0056]
First, 24 silicon wafers (p-type (100), 0.01 Ω · cm) were prepared and immersed in pure water in which about 5 ppm of ozone was dissolved for 10 minutes to remove organic substances on the wafer surface.
[0057]
Next, using the apparatus shown in FIG. 3, a DC voltage of 100 V was applied between the anode and the cathode, and ammonium sulfate was dissolved (at a concentration of 1 × 10 4) to promote the electrolysis of water.-3(mol / l) was introduced through the inlets 25a and 25b, and the solution discharged from the outlets 26a and 26b was held in another container. With respect to the solution discharged from the discharge port 26a, a liquid when hydrogen gas is introduced into the gas introduction cylinder 27 is referred to as a cleaning liquid 2-a, and a liquid when hydrogen gas is not supplied is referred to as a cleaning liquid 2-b. The pH of the cleaning solution 2-a and the cleaning solution 2-b were both about 4, and the redox potential was about 0.3 V for the former and about 1.0 V for the latter. The former has a low oxidation-reduction potential because OH or O generated on the anode surface is introduced H2  Reacts with the gas to form H2  This is because it changes to O.
[0058]
Next, eight of the 24 wafers were immersed in one of the cleaning liquid 2-a and the cleaning liquid 2-b for 10 minutes, rinsed with pure water, and dried with a spin drier. The wafers cleaned with the cleaning liquids 2-a and 2-b and the wafers not cleaned with these liquids are referred to as type A2, type B2, and type C2 wafers, respectively.
[0059]
Next, the type A2, B2, and C2 wafers were all folded in half, the metal contamination concentration on the surface was analyzed for one of them, and the MOS wafer was manufactured for the remaining wafers in the same steps as those described in the first embodiment. .
[0060]
The degree of metal contamination of the wafers of types B2 and C2 is the same as in the first embodiment. In the former, Al is the detection limit (1 × 109  atoms / cm2  ) Below, but Fe is about 1.5 × 109  atoms / cm2  In the latter, Al is about 1 × 1010atoms / cm2  And Fe is about 6 × 109  atoms / cm2  was detected. On the other hand, in the type A2 wafer, Al is below the detection limit and Fe is 1 × 109  atoms / cm2  Met.
[0061]
Also, when the dielectric breakdown voltage of the oxide film of the MOS capacitor was evaluated, the percentage of the total capacitor having a breakdown voltage of 8 MV / cm or more was about 94% for the type A2 wafer, about 91% for the type B2, and about 91% for the type B2. C2 was about 83%.
[0062]
Thus, by cleaning with the cleaning liquid according to the present invention, the concentration of contaminating metals on the surface of the silicon wafer can be reduced, and by performing cleaning with the cleaning liquid according to the present invention before thermal oxidation of the silicon substrate, the dielectric breakdown voltage can be reduced. , A thermal oxide film having a high density could be formed.
[0063]
FIG. 4 is a diagram illustrating a third example of the processing liquid generation device according to the present invention.
As shown in FIG. 4, the container 31 is divided into three chambers of an anode chamber 31a, a cathode chamber 31b and an intermediate chamber 31c by diaphragms 34a and 34b, and each chamber has a solution inlet 35a, 35b and 35c, and an outlet, respectively. 36a, 36b and 36c are provided. The anode chamber 31a is provided with an anode 32, and the cathode chamber 31b is provided with a cathode 33. The intermediate chamber 31c is filled with an ion exchange resin for promoting the dissociation of water. H generated on the surface of this ion exchange resin+  And OH  Is diffused to the anode 32 in the anode chamber 31a and the cathode 33 in the cathode chamber 31b, and electrons are transferred between these electrode surfaces, so that water electrolysis can be performed efficiently.
[0064]
Evaluation of the processing liquid generated by the above apparatus as a cleaning liquid for a wafer was performed as follows.
First, 24 silicon wafers (p-type (100), 0.01 Ω · cm) were prepared, and 12 of them were subjected to lithography and plasma etching using chlorine gas to have an opening diameter of 0.5 μm and a depth of 3 μm. A trench was formed. For the remaining 12 wafers, the entire surface was subjected to plasma etching under the same conditions as those for forming the trenches. Thereafter, the wafer was immersed in pure water in which about 5 ppm of ozone was dissolved for 10 minutes to remove organic substances on the wafer surface.
[0065]
Next, using the apparatus of FIG. 4, a DC voltage of 50 V was applied between the anode 32 and the cathode 33, and 1 × 10-3An aqueous solution of ammonium chloride having a concentration of mol / l was introduced from the inlets 35a, 35b and 35c, and the solutions discharged from the outlets 36a, 36b and 36c were held in another container. A solution obtained by dissolving about 3 ppm of ozone gas in the solution discharged from the outlet 36b is introduced into the inlet 35c as a cleaning solution 3-a. The pH of the cleaning liquid a and the cleaning liquid b were both about 12, and the oxidation-reduction potential was about +0.7 V for the former and about -0.7 V for the latter. The former having a high oxidation-reduction potential is because an aqueous solution having a high ozone concentration is diffused from the intermediate chamber 31c to the cathode 33 of the cathode chamber 31b, and H or H generated on the electrode surface is formed.2  Etc. H2  This is because O was changed to O.
[0066]
Next, four wafers were respectively immersed in the cleaning solution 3-a and the cleaning solution 3-b for 10 minutes for each of the wafer having the trenches formed therein and the wafer having no trenches formed therein, rinsed with pure water, and then dried with a spin drier. . The purpose of this process is to remove the damaged layer and the contaminated layer inside the Si wafer and the particles attached to the wafer surface generated by the plasma etching by etching the Si with an alkaline liquid. The wafers cleaned with the cleaning liquid 3-a and the cleaning liquid 3-b and the wafers not cleaned with these cleaning liquids are referred to as wafers having a trench formed therein as type A3, type B3, and type C3 wafers. The unprocessed wafers will be referred to as type A3 ', type B3', and type C3 'wafers.
[0067]
For the wafers of types A3 ', B3', and C3 ', surface metal contamination analysis was performed by the atomic absorption method. As a result, about 5 × 10 Cr was obtained from the type C3 ′ wafer.10atoms / cm2  was detected. In the type B3 ′ wafer, Cr is about 5 × 109  atoms / cm2  Met. On the other hand, in the type A4 wafer, the detection limit of Cr (1 × 109  atoms / cm2  )
[0068]
Next, in order to evaluate the etching amount of silicon in the trench portion caused by cleaning with the cleaning liquid and the unevenness of the inner surface of the trench after the etching, a part of the type A3, B3, and C3 wafers was analyzed by TEM and AFM. did. As a result, the etching depth and the average surface roughness were about 3 nm and about 1 nm, respectively, for the type A3 wafer, and about 15 nm and about 8 nm, respectively, for the type B3 wafer. The etching depth and surface roughness of the type A3 wafer cleaned by the cleaning liquid 3-a are small because, in the cleaning liquid 3-a containing ozone gas, the silicon surface is relatively uniformly oxidized while removing contaminant organic substances and the like, and at the same time, OH  This is because the silicon oxide film is slowly etched by the ions. On the other hand, when cleaning is performed with a highly reducing cleaning solution 3-b such as a type B3 wafer, contaminated organic matter remains on the surface, and the exposed silicon surface is directly exposed to OH.  Since the etching is performed by the ions, the silicon is rapidly and non-uniformly etched.
[0069]
Next, the remaining trench-formed wafer analyzed was heated to about 950 ° C. in dry oxygen to form a thermal oxide film of about 5 nm, and a 0.5 μm-thick phosphorus-doped polycrystalline silicon film was further formed thereon. This was deposited and patterned to form a MOS capacitor. When the withstand voltage of the oxide film of the MOS capacitor was evaluated, the percentage of the total capacitor having a withstand voltage of 8 MV / cm or more was about 95% for the type A3 wafer, about 88% for the type B3 wafer, and about 88% for the type B3 wafer. The C3 wafer was about 50%.
[0070]
As described above, by cleaning with the cleaning liquid according to the present invention, the concentration of contaminating Cr on the silicon wafer surface can be reduced, and by performing this cleaning before the thermal oxidation of the silicon trench, the surface roughness can be substantially reduced. Thus, the RIE damaged layer on the inner wall of the trench could be removed, and a thermal oxide film having a high dielectric breakdown voltage could be formed.
[0071]
Next, a fourth example of the present invention will be described. In this embodiment, the apparatus shown in FIG. 2 is used.
In this example, a wafer is cleaned in the manufacture of a semiconductor device.
[0072]
First, nine silicon wafers (p-type (100), 0.01 Ω · cm) are prepared and immersed in pure water containing about 5 ppm of ozone for 10 minutes to remove organic substances on the wafer surface.
[0073]
Next, while applying a DC voltage of 50 V between the anode 12 and the cathode 13 in the apparatus shown in FIG.-2(mol / l) was introduced from the inlets 15a and 15b, and the solution discharged from the outlets 16a and 16b was held in another container. With respect to the solution discharged from the outlets 16a and 16b, a liquid when a small amount of hydrogen gas is introduced into the cylinder of the anode 12 is referred to as a cleaning liquid 4-a, and a liquid when the hydrogen gas is not introduced is referred to as a cleaning liquid 4-b. The pH of the washing solution 4-a and the washing solution 4-b were both 1.5, and the oxidation-reduction potential was about 0.9 V and about 1.3 V, respectively. The former has a low oxidation-reduction potential because OH or O generated on the surface of the anode 32 is introduced H2  Reacts with the gas to form H2  This is because it changes to O or the like.
[0074]
Next, three of the nine wafers were immersed in one of the cleaning liquid 4-a and the cleaning liquid 4-b for 10 minutes, rinsed with pure water, and dried with a spin dryer. The wafers cleaned with the cleaning liquids 4-a and 4-b and the wafers not cleaned with these liquids are referred to as type A4, type B4, and type C4 wafers, respectively.
[0075]
Next, the concentration of metal contamination on the surfaces of these types A4, B4 and C4 wafers was analyzed by atomic absorption spectrometry. As a result, from the wafer of type C4, Al10atoms / cm2  , Fe is about 1 × 1010atoms / cm2  Detected (average of three images). Pt was below the detection limit. In the case of the type B4 wafer, two of the three measured wafers have a detection limit of Al, Fe, and Pt (Al: 1 × 109  atoms / cm2  , Fe: 8 × 108  cm / atoms, Pt: 1 × 109  atoms / cm2  ) Pt was about 3 × 10 from one wafer9  atoms / cm2  was detected. On the other hand, in the type A4 wafer, all of Al, Fe and Pt were below the detection limit.
[0076]
As described above, since the cleaning liquids 4-a and 4-b have a low pH and a high oxidation potential, metal contamination such as Fe and Al on the wafer surface can be removed. However, Pt is detected from the wafer cleaned with the cleaning liquid 4-b. Since Pt has not been detected from the wafer before cleaning, it is presumed that this Pt is caused by the cleaning liquid 4-b. This is because a liquid having a lower pH and a higher oxidation potential than the cleaning solution itself is generally generated at the anode, so that when the cleaning solution 4-b having a low pH and a high oxidation potential is generated, a very low pH is generated near the anode 12. It is considered that a liquid having an extremely large oxidation potential was generated, and Pt which was hardly corroded was etched. In addition, when the cleaning solution 4-a was generated, since hydrogen gas was introduced into the solution from the inside of the cylinder of the anode 12, the oxidation potential of the solution in the vicinity of the anode 12 was suppressed to some extent, and the anode 12 did not corrode. Conceivable.
[0077]
In each of the above embodiments, one anode and one cathode may be provided, but at least one of the anode and the cathode may be provided in plurality.
As a method for introducing gas into the vicinity of the electrode, a member having gas permeability is used for the wall of the container or the like, and a gas is introduced through the wall, or a solid such as silver oxide that easily releases oxygen is placed near the electrode. It is also possible to use a method in which a voltage is applied to the solid to release oxygen by applying a voltage to the solid, a space is provided in the container so as to be in contact with the solution, and a gas flows in the space.
[0078]
In the above example, the oxidation-reduction potential of the solution is changed by introducing a gas into the solution from the outside. Can be controlled. As a method of removing gas from the solution, a method of using a gas permeable member on a part of the container wall and exhausting from the member, or a method of removing the inside of the anode 12 in FIG. There is a method of reducing the pressure. Since the pH and the oxidation-reduction potential of the solution prepared by the above-described method are independently controlled, the solution can be used for purposes other than cleaning, for example, film peeling or CMP slurry.
[0079]
FIG. 5 is a schematic diagram of a processing liquid generating apparatus used in a fifth example according to the present invention. FIG. 6 shows a schematic diagram of a conventional cleaning liquid generation device for comparison. The silicon wafer was cleaned with the cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIGS. 5 and 6, and the cleaning effects were compared.
[0080]
First, in the apparatus shown in FIG. 5, the inside of the container 601 is divided into three regions by a cation exchange membrane 611 and an anion exchange membrane 612, and a liquid inlet 621, 622, 623 and a liquid outlet 631, 632, 633 allows the introduction and discharge of liquid for each area. Further, each of the regions is provided with electrodes 641, 642, 643, and by flowing a current between these electrodes, the liquid introduced into each region can be electrolyzed.
[0081]
In this apparatus, a very small amount (2 × 10 5) of HCl was used as a supporting electrolyte in the inlet 621 and the inlet 622.-5mol / l), and an aqueous solution of ammonium chloride was dissolved (2 × 10-3mol / l) were introduced, and 0 V, 50 V, and 30 V potentials were applied to the electrodes 641, 642, and 643, respectively, to electrolyze the aqueous solution, and the liquid discharged from the outlet 632 was used for washing. .
[0082]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Figure 0003590273
In addition, the following ion movement occurs in the cation exchange membrane 611 and the anion exchange membrane depending on the direction of the electric field and the ion species in the liquid.
[0083]
Cation exchange membrane: H+  From the electrode 642 side to the electrode 641 side
Anion exchange membrane: Cl  From the electrode 643 side to the electrode 642 side
Therefore, by the electrolysis reaction and the ion transfer occurring between the electrode 642 and the electrode 643, the H of the region where the electrode 642 is set+  , O2  , O3  , HClOx  Etc. increase in concentration. This means the production of a liquid having a low pH and a high oxidation potential. On the other hand, by the electrolysis reaction and ion transfer occurring between the electrode 642 and the electrode 641, O2  O3  , The concentration increases, but H+  The concentration hardly changes (H on the surface of the electrode 642).+  Is generated, but H reaches the region where the electrode 841 is installed.+  By moving). This means the generation of a liquid having a high oxidation potential.
[0084]
From the above, it can be seen that the liquid discharged from the outlet 632 has a lower pH and a higher oxidation potential than the liquid introduced from the inlet 622. When the pH and the oxidation-reduction potential of the liquid discharged from the outlet 632 were measured, the pH was 6 and the oxidation-reduction potential was 0.85 V.
[0085]
In the conventional apparatus shown in FIG. 6, the inside of the container 701 is divided into two regions by an anion exchange membrane 712, and liquid introduction ports 721, 722 and discharge ports 731, 732 allow the liquid to be supplied to each region. Inlet and discharge can be performed. Further, each region is provided with an electrode (electrodes 741 and 742), and by flowing a current between these electrodes, it is possible to electrolyze the liquid introduced into each region.
[0086]
Here, a very small amount of HCl (2 × 10-5mol / l) and an aqueous ammonium chloride solution (2 × 10-3mol / l), and a potential of 50 V or 30 V is applied to each of the electrodes 741 and 742 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 731 is used for washing.
[0087]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Figure 0003590273
Further, since the electrode 741 has a higher potential than the electrode 742, the electrode 741 has Cl  Moves from the electrode 742 side to the electrode 741 side.
[0088]
Since such a reaction occurs, the liquid discharged from the outlet 731 is higher in H than the liquid introduced from the inlet 721.+  , Cl  , O2  O3  The concentration increases. When the pH and the oxidation-reduction potential of the liquid discharged from the outlet 731 were actually measured, the pH was 6 and the oxidation-reduction potential was 0.65 V.
[0089]
Next, in order to examine the cleaning effect of the cleaning solution generated in FIGS. 5 and 6, the natural oxide film on the surface was removed with hydrofluoric acid and then intentionally contaminated with Cu (about 1 × 1011atoms / cm2  3) Each of the cleaned silicon wafers was washed with these liquids. After washing, HF / H2  O2  The residual Cu on the surface was recovered by the liquid, and the recovered liquid was analyzed by ICP-mass spectrometry. The Cu concentration of the three wafers cleaned with the cleaning liquid in FIG.9  atoms / cm2  6) On the other hand, the wafer washed with the liquid generated by the apparatus of FIG.10atoms / cm2  (Average value of three sheets) Cu was detected.
[0090]
The reason why the cleaning efficiency of Cu differs as described above can be explained with reference to the drawings. FIG. 7 shows a pH-redox potential equilibrium diagram of Cu. In the figure, Cu2+The boundary line between Cu and Cu is a dashed line for Cu attached on Si having a higher reducing property than Cu as in the case of the above-mentioned contamination, and is a solid line when Cu is attached on the Cu surface with low reducing property, for example. Is represented by In this figure, the positions corresponding to the pH-oxidation-reduction potential of the cleaning liquid generated in FIGS. 5 and 6 are indicated by white circles and black circles. From this figure, it can be seen that the cleaning liquid having a high oxidation potential and produced in FIG.2+The cleaning solution generated in FIG. 6 has a relatively low oxidation potential while being in the equilibrium region of Cu, while it is in the equilibrium region of Cu. It turns out that you can't.
[0091]
As described above, by using the present invention, it is possible to generate a cleaning liquid having a higher oxidation potential than before, and it is possible to efficiently remove contaminated Cu on the wafer surface. Such a liquid having a high oxidation potential can also be used for removing organic contaminants on the sample surface, removing organic thin films such as resist, and stabilizing the surface of silicon or the like by forming a natural oxide film. In the above embodiment, the inlet 623 has Cl  Was used, but F  Halogen ions such as HF2    Hydrogen halide ions such as ClOx    , BrOx    , IOx    Halogen oxide ions such as SOx  2-, NOx    , POx  3-, HO2    A similar liquid can be produced by using a liquid containing the same.
[0092]
FIG. 8 is a schematic diagram of a cleaning liquid generation device used in a sixth example according to the present invention. In addition, the apparatus shown in FIG. 6 was also used for comparison. The silicon wafer was cleaned with the cleaning liquid generated by this apparatus, and the cleaning effects were compared. The device shown in FIG. 8 has the same basic configuration as the device shown in FIG. 5, except that the potential applied to the electrodes and the solution to be introduced are only partially different. First, the configuration of the apparatus in FIG. 8 and a method for generating a cleaning liquid using the apparatus will be described below.
[0093]
In the apparatus shown in FIG. 8, the inside of the container 901 is divided into three regions by a cation exchange membrane 911 and an anion exchange membrane 912, and the liquid is introduced by inlets 921, 922, 923 and outlets 931, 923, 933. The liquid can be introduced and discharged for each area. Further, each region is provided with an electrode (electrodes 941, 942, 943), and by flowing a current between these electrodes, it is possible to electrolyze the liquid introduced into each region.
[0094]
In this example, a very small amount of HCl (2 × 10 5) is used as a supporting electrolyte in the inlets 921 and 922 of the apparatus.-5mol / l), and an aqueous ammonium chloride solution (2 × 10-3(mol / l), and a potential of 100 V, 50 V, or 40 V was applied to each of the electrodes 941, 942, and 943 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 932 was used for washing.
[0095]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Figure 0003590273
In addition, ions move as follows in the cation exchange membrane 911 and the anion exchange membrane 912 according to the direction of the electric field and the ion species in the liquid.
[0096]
Cation exchange membrane: H+  From the electrode 941 side to the electrode 942 side
Anion exchange membrane: Cl  From the electrode 943 side to the electrode 942 side
Therefore, the electrolysis reaction and the ion transfer that occur between the electrode 942 and the electrode 943 cause the H of the region where the electrode 942 is installed to be H.+  , O2  O3  , HClOx  Etc. increase in concentration. This means the production of a liquid having a low pH and a high oxidation potential. The electrolysis reaction and the ion transfer that occur between the other electrode 942 and the electrode 941 cause the H of the region where the electrode 942 is installed to be H.2  The concentration increases, but H+  The concentration hardly changes. This is because H+  Reaction occurs, but H from the region where the electrode 941 is installed+  Moved and decreased H+  By supplementing. Thus, H2  The concentration increases and H+  Since the concentration does not change, a liquid having a low oxidation potential is generated.
[0097]
From the above, the liquid discharged from the outlet 932 is lower in pH than the liquid introduced from the inlet 922, and the change in the oxidation-reduction potential is determined by the current flowing between the electrodes 942 and 941 and the electrode 942. It can be seen that the magnitude is determined by the magnitude relationship with the current flowing between the electrodes 943.
[0098]
In this example, reflecting the difference in the potential difference, the oxidation potential decreased because more current flowed between the former electrodes than between the latter electrodes. When the pH and the oxidation-reduction potential of the effluent from the outlet 932 were measured, the pH was 0 and the oxidation-reduction potential was almost 0 V.
[0099]
Further, a small amount of HCl (2 × 10 5) is introduced into the inlet 721 of the conventional apparatus shown in FIG.-5mol / l) and an aqueous ammonium chloride solution (2 × 10-3(mol / l), and a potential of 90 V or 0 V was applied to each of the electrodes 741 and 742 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 731 was used for washing.
[0100]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Figure 0003590273
Further, since the electrode 741 has a higher potential than the electrode 742, the electrode 741 has Cl  Moves from the electrode 742 side to the electrode 741 side.
[0101]
Since such a reaction occurs, the liquid discharged from the outlet 731 is higher in H than the liquid introduced from the inlet 721.+  , Cl  , O2  , O3  Increase. When the pH and the oxidation-reduction potential of the liquid discharged from the outlet 732 were actually measured, the pH was 0 and the oxidation-reduction potential was 1.5 V.
[0102]
Next, in order to examine the cleaning effect of the cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIG. 6 and the apparatus shown in FIG. 8, the surface was contaminated with Ti (about 5 × 1010atoms / cm2  3) Each of the cleaned silicon wafers was washed with these liquids.
[0103]
After the washing, residual Ti on the surface was recovered with an HF solution, and the recovered solution was analyzed by ICP-mass spectrometry. As a result, the Ti concentration of the wafer cleaned with the cleaning liquid of FIG.9  atoms / cm2  On the other hand, three wafers averaged about 4 × 1010atoms / cm2  Of Ti was detected.
[0104]
The reason why the cleaning efficiency of Ti is different will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a pH-redox potential equilibrium diagram of Ti. In FIG. 9, the positions corresponding to the pH and the oxidation-reduction potential of the cleaning liquid generated in FIGS. 8 and 6 are indicated by white circles and black circles. From this figure, it can be seen that the cleaning liquid having a high oxidation potential and produced in FIG.2  , The Ti on the wafer surface is hardly removed, while the oxidation potential is relatively low.2  In the area of2+Part of Ti on the wafer surface2+It is considered to have dissolved.
[0105]
As described above, by using the present invention, a cleaning solution having a low pH and a low oxidation potential was generated, and the Ti on the wafer surface could be more efficiently removed than the cleaning solution generated by the conventional method. In the above embodiment, the inlet 923 is provided with Cl.  Was used, but F  Halogen ions such as HF2    Hydrogen halide ions such as ClOx    , BrOx    , IOx    Halogen oxide ions such as SOx  2-, NOx    , POx  3-, HO2    A similar liquid can be produced by using a liquid containing the same.
[0106]
FIG. 10 is a schematic diagram showing a seventh example of the processing liquid generation device according to the present invention. Here, the silicon wafer is cleaned with the cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIGS. 10 and 11, and the cleaning effects are compared. The device in FIG. 10 has the same basic configuration as the device shown in FIG. 5, and the device in FIG. 11 has the same basic configuration as the device shown in FIG. is there. Hereinafter, the apparatus and configuration shown in FIGS. 10 and 11 and a method for generating a cleaning liquid using the apparatus will be described.
[0107]
In the apparatus shown in FIG. 10, the inside of the container 1101 is divided into three regions by a cation exchange membrane 1111 and an anion exchange membrane 1112, and liquid is introduced by inlets 1121, 1122, 1123 and outlets 1131, 1132, 1133. The liquid can be introduced and discharged for each area. Further, each region is provided with electrodes 1141, 1142, 1143, and by flowing a current between these electrodes, it is possible to electrolyze the liquid introduced into each region.
[0108]
In this example, the inlet 1122 and the inlet 1123 of the apparatus are provided with NH as a supporting electrolyte.4  A small amount of OH (2 × 10-5mol / l) and an aqueous ammonium acetate solution (2 × 10-3(mol / l), and a potential of 20 V, 10 V, or 50 V was applied to each of the electrodes 1141, 1142, and 1143 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 1132 was used for washing.
[0109]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Electrode 1143: 2H2  O → 4H+  + O2  + 4e
Electrode 1142: 2H2  O + 2e  → H2  + 2OH
Electrode 1141: 2H2  O → 4H+  + O2  + 4e
In addition, ions move as follows in the cation exchange membrane 1111 and the anion exchange membrane 1112 according to the direction of the electric field and the ion species in the liquid.
[0110]
Cation exchange membrane: NH4  +  From the electrode 1141 side to the electrode 1142 side
Anion exchange membrane: OH  From the electrode 1142 side to the electrode 1143 side
Therefore, by the electrolysis reaction and ion transfer occurring between the electrode 1142 and the electrode 1143, H in the region where the electrode 1142 is installed is2  Increase the concentration of OH  The concentration hardly changes. OH on the surface of the electrode 1142  Is generated, but OH  Is to move via the anion exchange membrane 1112 to the region where the electrode 1143 is installed. This means the generation of a liquid with a low oxidation potential.
[0111]
In addition, due to the electrolysis reaction and ion migration generated between the electrodes 1142 and 1141, H in the region where the electrodes 1142 are installed is reduced.2  , OH  The concentration increases. This means the formation of a liquid having a high pH and a low oxidation potential.
[0112]
From the above, it can be seen that the liquid discharged from the outlet 1132 has a lower pH and lower oxidation-reduction potential than the liquid introduced from the inlet 1122. When the pH and the oxidation-reduction potential of the effluent from the outlet 1132 were measured, the pH was 8, and the oxidation-reduction potential was −0.45 V.
[0113]
In the apparatus shown in FIG. 10, the inside of the container 1201 is divided into two regions by a cation exchange membrane 1211, and liquid introduction and discharge are performed for each region by liquid introduction ports 1221 and 1222 and discharge ports 1231 and 1232. Discharge can be performed. Further, each region is provided with an electrode (electrodes 1241 and 1242), and by flowing a current between these electrodes, it is possible to electrolyze the liquid introduced into each region.
[0114]
In the apparatus shown in FIG. 11, NH is used as a supporting electrolyte at the inlet 1221.4  A small amount of OH (2 × 10-5mol / l), and an aqueous solution of ammonium acetate was dissolved (2 × 10-3(mol / l), and a potential of 10 V and 20 V was applied to each of the electrodes 1241 and 1242 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 1231 was used for washing.
[0115]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Electrode 1241: 2H2  O + 2e  → H2  + 2OH
Electrode 1242: 2H2  O → 4H+  + O2  + 4e
Since the electrode 1242 has a higher potential than the electrode 1241, the cation exchange membrane 1211 uses NH 4.4+Moves from the electrode 1242 side to the electrode 1241 side.
[0116]
Since such a reaction occurs, the liquid discharged from the outlet 1231 is more OH than the liquid introduced from the inlet 1221.  , H2  The concentration increases. When the pH and the oxidation-reduction potential of the effluent from the outlet 1232 were measured, the pH was 8, and the oxidation-reduction potential was −0.30 V.
[0117]
Next, the result of cleaning with the cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIGS. 10 and 11 will be described.
First, in order to form an embedded wiring of Al, a groove was formed on an insulating film → Al sputtering → Al CMP. Since the polishing particles remained on the insulating film and the Al surface by the CMP, the wafer was immersed in the cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIG. 10 or FIG. 11 and irradiated with ultrasonic waves of about 1 MHz for 10 minutes. Approximately 1 to 30,000 abrasive particles attached to the wafer surface can be cleaned by the ultrasonic treatment using the cleaning liquid generated by any one of the apparatus shown in FIG. 10 and the apparatus shown in FIG. It could be reduced below. However, when the liquid generated by the apparatus shown in FIG. 10 was used, Al was not corroded at all, whereas on the wafer using the cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIG. 11, about 5% of Al was corroded. Was seen. This is because the former has a lower oxidation potential than the latter, so that Al oxidation and elution reaction (Al + 4OH)  → Al (OH)4    + 3e  ) Was suppressed.
[0118]
As described above, by using the present invention, a cleaning solution having a low oxidation potential was generated, and the CMP abrasive particles could be removed without corroding Al. Note that the liquid produced in the present invention, which is weakly alkaline and highly reducing, removes ionic residues such as halogen remaining on the sample surface after dry etching or the like, and reduces and removes natural oxide films such as semiconductors and metals. A good cleaning effect can be obtained even when used for a hydrogen termination treatment or the like. In the above embodiment, the inlet 1121 is provided with NH.4  +  Was used, for example, N (CH3  )4  +  And N (CH3  )3  C2  H4  OH+  A similar solution can be produced by using a solution containing an alkylammonium ion.
[0119]
FIG. 12 is a schematic diagram of a cleaning liquid generation device used in the eighth example of the present invention. FIG. 11 shows a schematic view of a conventional apparatus for comparison. In a seventh example according to the present invention, a silicon wafer is cleaned with a cleaning liquid generated by the apparatus shown in FIGS. 11 and 12, and the cleaning effects are compared. The device shown in FIG. 12 has the same basic configuration as the device shown in FIG. 5 except that the potential applied to the electrodes and the solution to be introduced are only partially different. Hereinafter, the configuration of the apparatus of FIG. 12 and a method of generating a cleaning liquid using the apparatus will be described.
[0120]
In the apparatus shown in FIG. 12, the interior of the container 1301 is divided into three regions by a cation exchange membrane 1311 and an anion exchange membrane 1312, and the liquid is introduced by liquid inlets 1321, 1322, 1323 and outlets 1331, 1332, 1333. The liquid can be introduced and discharged for each area. Further, each of the regions is provided with electrodes 1341, 1342, 1343, and by flowing a current between these electrodes, the liquid introduced into each region can be electrolyzed.
[0121]
In the present embodiment, the introduction port 1322 and the introduction port 1323 of this apparatus are provided with NH.4  OH aqueous solution (2 × 10-5mol / l) and an aqueous solution of ammonium chloride (2 × 10-3mol / l), and a potential of 90 V, 70 V, and 0 V was applied to each of the electrodes 1341, 1342, and 1343 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 1332 was used for washing.
[0122]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Electrode 1343: 2H2  O + 2e  → H2  + 2OH
The electrode 1343 side of the electrode 1342: 2OH  → 2H2  O + O2  + 4e
The electrode 1341 side of the electrode 1342: 2H2  O + 2e  → H2  + 2OH
Electrode 1341: 2H2  O → 4H+  + O2  + 4e
In addition, ions move as follows in the cation exchange membrane 1311 and the anion exchange membrane 1312 according to the direction of the electric field and the ion species in the liquid.
[0123]
Cation exchange membrane: NH4  +  From the electrode 1341 side to the electrode 1342 side
Anion exchange membrane: OH  From the electrode 1343 side to the electrode 1342 side
Therefore, the electrolysis reaction and the ion transfer that occur between the electrode 1342 and the electrode 1343 cause O2  Increase the concentration of OH  The concentration hardly changes (OH on the surface of the electrode 1342  Disappears from the region where the electrode 1343 is installed via the anion exchange membrane 1312.  Moves to compensate for the decrease). This means the generation of a liquid having a high oxidation potential. The electrolysis reaction and ion transfer generated between the other electrode 1342 and the electrode 1341 cause the H of the region where the electrode 1342 is installed to be H.2  , OH  The concentration increases. This means the formation of a liquid having a high pH and a low oxidation potential.
[0124]
As described above, the pH of the liquid discharged from the outlet 1132 is higher than that of the liquid introduced from the inlet 1322, and the change in the oxidation-reduction potential is determined by the current flowing between the electrode 1342 and the electrode 1342. It is understood that the magnitude is determined by the magnitude relationship with the current flowing between the electrodes 1343. In this example, depending on the magnitude relationship of the potential difference, more current flows in the latter, and the liquid discharged from the outlet 1332 has a higher oxidation potential than the liquid introduced from the inlet 1322. When the pH and the oxidation-reduction potential of the effluent from the outlet 1332 were measured, the pH was 9 and the oxidation-reduction potential was about 0.7 V.
[0125]
Further, in this example, the inlet 1221 of the apparatus of FIG.4  OH aqueous solution (2 × 10-5mol / l), and an aqueous solution of ammonium acetate was dissolved in the inlet 1222 (2 × 10-3(mol / l), and a potential of 70 V and 90 V was applied to each of the electrodes 1241 and 1242 to electrolyze the aqueous solution. The solution discharged from the outlet 1231 was used for washing.
[0126]
Here, on the surface of each electrode, the following reactions mainly occur according to the respective potential differences.
Electrode 1241: 2H2  O + 2e  → H2  + 2OH
Electrode 1242: 2H2  O → 4H+  + O2  + 4e
Since the electrode 1242 has a higher potential than the electrode 1241, the cation exchange membrane 1211 uses NH 4.4  +  Moves from the electrode 1242 side to the electrode 1241 side.
[0127]
Since such a reaction occurs, the liquid discharged from the outlet 1231 is more OH than the liquid introduced from the inlet 1221.  , H2  The concentration increases. When the pH and the oxidation-reduction potential of the discharged liquid from the outlet 1232 were measured, the pH was 9 and the oxidation-reduction potential was -0.65 V.
[0128]
Next, the result of cleaning a wafer using such a cleaning liquid will be described.
First, a contact hole was formed in an insulating film on silicon by reactive ion etching. Thereafter, in order to remove an etching residue and a damaged layer on the silicon surface on the bottom surface of the hole, the contact hole was formed by the apparatus shown in FIGS. 11 and 12. The sample was immersed in the cleaning solution and treated for 10 minutes. As a result, when cleaning was performed with the liquid generated by the apparatus shown in FIG. 12, the residue on the silicon surface was removed, and the silicon was etched by about 1 nm, thereby removing the etching damage layer. At this time, the flatness of the silicon surface hardly changed. On the other hand, when the treatment was performed using the liquid generated in the apparatus of FIG. 11, the silicon surface was etched by about 10 nm. The etched silicon had a surface roughness of several nm.
[0129]
This is because the liquid at the bottom of the contact hole is OH  This is because the ions have been etched. The surface roughness is due to the fact that this etching has a plane orientation dependence of silicon (for example, the etching rate of the (111) plane <the etching rate of the (100) plane). On the other hand, when the treatment is performed with the cleaning solution generated by the apparatus shown in FIG. 13, the silicon surface on the bottom of the hole is first covered with a natural oxide film because the solution has a high oxidizing property.  Etched by Therefore, the etching amount of silicon is small and the surface is not roughened much.
[0130]
As described above, by using the present invention, a liquid suitable for cleaning the contact hole could be generated. Such a weak alkali and highly oxidizable liquid is also effective for removing particles on the surface of a silicon oxide film, removing contaminated metals, and the like. HCl and NH4  Cl or the like is mixed into the liquid introduced from the inlets 1322 and 1323 or the liquid discharged from the outlet 1332, and Cl is added to the liquid.  When treated with a liquid having introduced thereinto, the efficiency of removing metal contamination such as Fe was improved. This is the Cl in the liquid  However, it has the effect of forming and stabilizing dissolved metal ions and complex ions. Cl  Besides, Br  , I  , SOx  2-, NOx    The same effect was obtained by incorporating a chelating agent or the like into the cleaning solution. In the above embodiment, the inlet 1321 is provided with NH.4  +  Was used, for example, N (CH3  )4  +  And N (CH3  )3  C2  H4  OH+  A similar solution can be produced by using a solution containing an alkylammonium ion.
[0131]
The present invention is not limited to the above-described example. For example, the solution produced by the present invention may be mixed with another cleaning solution such as hydrofluoric acid for use, or used for purposes other than cleaning, for example, a thin film of polysilicon or the like. It can also be used as a polishing liquid for removal or CMP. In the above-described embodiment, one electrode is provided in a region sandwiched between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane, and electrolysis is performed between the electrode and the electrodes in the other two regions. Two electrodes may be provided in a region between the cation exchange membrane and the anion exchange membrane, and electrolysis may be performed between each of the two electrodes and the other two electrodes. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit thereof.
[0132]
【The invention's effect】
According to the processing liquid generator of the present invention, the pH and the oxidation-reduction potential of the anode water and the cathode water can be controlled independently. Therefore, for example, it is possible to obtain cathode water having a high oxidation potential and anode water having a high reduction potential.
[0133]
Further, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a solution having a pH and an oxidation-reduction potential according to the type of the contaminated metal can be freely obtained. It is possible to perform cleaning without contaminating the anode, and further, it is possible to suppress corrosion of the anode and suppress adsorption of metal ions to the cathode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a range of pH and oxidation-reduction potential of treated water.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a first example of a processing liquid generation device according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a second example of the processing liquid generating apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing a third example of the processing liquid generating apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a fifth example of the processing liquid generation device according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram of a conventional cleaning liquid generation device.
FIG. 7 is a pH-redox potential equilibrium diagram of Cu
FIG. 8 is a schematic diagram showing a sixth example of the processing liquid generation device according to the present invention.
FIG. 9 is a pH-redox potential equilibrium diagram of Ti.
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a seventh example of the processing liquid generation device according to the present invention.
FIG. 11 is a schematic diagram of a conventional cleaning liquid generation device.
FIG. 12 is a schematic view showing an eighth example of the processing liquid generation device according to the present invention.
FIG. 13 is a phase diagram of Fe with respect to pH and redox potential E.
FIG. 14 is a phase diagram of Cr with respect to pH and redox potential E.
[Explanation of symbols]
11, 21, 31 ... container
12, 22, 32 ... anode
13, 23, 33 ... cathode
14, 24, 34a, 34b ... diaphragm
611,911,1111,1211,1311 ... cation exchange membrane
612, 712, 912, 1112, 1312 ... anion exchange membrane
641, 642, 643, 941, 942, 943, 1141, 1142, 1143, 1241, 1242, 1341, 1342, 1343 ... electrodes

Claims (10)

陽極及び陰極を隔膜を挟んで溶液中に浸漬して配置し、前記陽極近傍の溶液へ還元性ガスを供給する還元ガス供給、及び前記陰極近傍の溶液へ酸化性ガスを供給する酸化性ガス供給のうち少なくとも方のガス供給工程を行なうと共に、該陽極及び陰極間に通電を行い、該溶液を電気分解することにより得られた処理液を用いた処理工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。An anode and a cathode are immersed in a solution with a diaphragm interposed therebetween, and a reducing gas supply for supplying a reducing gas to the solution near the anode and an oxidizing gas supply for supplying an oxidizing gas to the solution near the cathode At least with performing hand gas supply step performs current between anode and cathode, wherein a performing process step using the obtained treatment liquid by electrolyzing the solution of Manufacturing method. 溶液を保持する容器本体と、該容器本体を2つの領域に分割する隔壁と、該2つの領域で該溶液に各々浸漬して配置された陽極及び陰極と、該陽極近傍に還元性ガスを供給するための還元性ガス供給手段及び該陰極近傍に酸化性ガスを供給するため酸化性ガス供給手段のうち少なくとも1つのガス供給手段と、該陽極及び陰極間に通電を行なう手段とを具備することを特徴とする処理液の生成装置。A container body for holding the solution, a partition for dividing the container body into two regions, an anode and a cathode each immersed in the solution in the two regions, and a reducing gas supplied near the anode that it comprises at least one gas supply means of the oxidizing gas supply means, and means for performing current between the anode and the cathode to supply the reducing gas supply means and the cathode near the oxidizing gas to An apparatus for generating a processing liquid, comprising: 陽極及び陰極を隔膜を挟んで溶液中に浸漬させて配置し、少なくとも、前記陽極及び陰極のうち一方の近傍の溶液に酸化性ガス及び還元性ガスのうち一方を供給すると共に、該陽極及び陰極間に通電を行って該溶液を電気分解することにより得られた処理液を用いた半導体装置の製造方法であって、前記陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、ガスを溶液に対して選択的に透過するガス透過性部材を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。An anode and a cathode are immersed and disposed in a solution with a diaphragm interposed therebetween, and at least one of an oxidizing gas and a reducing gas is supplied to a solution near one of the anode and the cathode, and the anode and the cathode are arranged. A method for manufacturing a semiconductor device using a processing solution obtained by electrolyzing the solution by conducting electricity during the process, wherein at least one of the anode and the cathode selects a gas with respect to the solution. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a gas permeable member that transmits light. 溶液を保持する容器本体と、該容器本体を2つの領域に分割する隔壁と、該2つの領域で該溶液に各々浸漬して配置された陽極及び陰極と、該陽極及び陰極のうち一方の近傍に、還元性ガス及び酸化性ガスのうち一方を供給するためガス供給手段または前記溶液中のガスを排気するための排気手段と、該陽極及び陰極間に通電を行なう手段とを具備する処理液の生成装置であって、前記陽極及び陰極のうち少なくとも一方の電極は、ガスを溶液に対して選択的に透過するガス透過性部材を具備することを特徴とする処理液の生成装置。A container body that holds the solution, a partition that divides the container body into two regions, an anode and a cathode that are respectively immersed in the solution in the two regions, and a vicinity of one of the anode and the cathode A processing solution comprising: a gas supply means for supplying one of a reducing gas and an oxidizing gas; or an exhaust means for exhausting a gas in the solution; and a means for conducting electricity between the anode and the cathode. a production apparatus, at least one electrode of the anode and the cathode, generating device of the treatment liquid, characterized by comprising a gas-permeable member for selectively transmitting the gas to the solution. 少なくとも1部が陽イオン交換膜からなる第1の隔膜及び少なくとも1部が陰イオン交換膜からなる第2の隔壁を隔てて第1、第2の領域、及び該第1、第2の隔壁間に位置する第3の領域に分割された容器の各領域に各々収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加して、前記溶液を電気分解した後、前記第3の領域から得られた処理液を用いた処理工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。A first and a second region separated by a first partition at least partly composed of a cation exchange membrane and a second partition at least partly composed of an anion exchange membrane, and between the first and second partitions; The first, second, and third electrodes are respectively immersed in the first, second, and third solutions contained in the respective regions of the container divided into the third region located at Applying a different potential to each of the three electrodes to electrolyze the solution, and then performing a processing step using a processing solution obtained from the third region. . 溶液を保持する容器本体と、該容器本体内に各々配置され該容器本体内を第1の領域、第2の領域、及び該第1及び第2の領域間に位置する第3の領域に分割するために設けられ、該第1と第3の領域間に設置された少なくとも1部が陽イオン交換膜からなる第1の隔膜及び該第2と第3の領域間に設置された少なくとも1部が陰イオン交換膜からなる第2の隔膜と、該第1、第2、及び第3の領域内に各々収容された第1、第2、及び第3の溶液に各々浸漬して配置された第1、第2、及び第3の電極と、前記第1、第2、及び第3の電極に各々異なる電位を印加する手段とを具備することを特徴とする処理液の生成装置。A container body for holding the solution, and the inside of the container body is divided into a first area, a second area, and a third area located between the first and second areas. A first diaphragm comprising at least a portion comprising a cation exchange membrane disposed between the first and third regions, and at least a portion disposed between the second and third regions. Are respectively immersed and arranged in the first, second, and third solutions contained in the first, second, and third regions, respectively. An apparatus for generating a processing liquid, comprising: first, second, and third electrodes; and means for applying different potentials to the first, second, and third electrodes, respectively. 陽イオン交換膜を有する第1の隔膜及び陰イオン交換膜を有する第2の隔壁を隔てて第1、第2の領域、及び該第1、第2の隔壁間に位置する第3の領域に分割された容器の各領域に各々収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加して、前記溶液を電気分解した後、前記第3の領域から得られた処理液を用いた処理工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法であって、A first partition having a cation exchange membrane and a second partition having an anion exchange membrane are separated by a first partition, a second partition, and a third partition located between the first partition and the second partition. First, second, and third electrodes are respectively immersed and arranged in first, second, and third solutions respectively contained in the respective regions of the divided container, and the three electrodes are different from each other. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising applying a potential, electrolyzing the solution, and then performing a processing step using a processing solution obtained from the third region.
前記第1の電極に印加される電位をA、前記第2の電極に印加される電位をB、前記第3の電極に印加される電位をCとするとき、前記第1の溶液がアンモニウムイオン及びアルキルアンモニウムイオンのうち1つの陽イオンを含有し、A>C>Bであることを特徴とする半導体装置の製造方法。  When the potential applied to the first electrode is A, the potential applied to the second electrode is B, and the potential applied to the third electrode is C, the first solution is ammonium ion And a cation containing one of alkylammonium ions, wherein A> C> B.
陽イオン交換膜を有する第1の隔膜及び陰イオン交換膜を有する第2の隔壁を隔てて第1、第2の領域、及び該第1、第2の隔壁間に位置する第3の領域に分割された容器の各領域に各々収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加して、前記溶液を電気分解した後、前記第3の領域から得A first partition having a cation exchange membrane and a second partition having an anion exchange membrane are separated by a first partition, a second partition, and a third partition located between the first partition and the second partition. First, second, and third electrodes are respectively immersed and arranged in first, second, and third solutions contained in respective regions of the divided container, and the three electrodes are different from each other. After applying an electric potential to electrolyze the solution, the solution is obtained from the third region. られた処理液を用いた処理工程を行う半導体装置の製造方法であって、A method for manufacturing a semiconductor device performing a processing step using the processing liquid obtained,
前記第1の電極に印加される電位をA、前記第2の電極に印加される電位をB、前記第3の電極に印加される電位をCとするとき、前記第1の溶液がアンモニウムイオン及びアルキルアンモニウムイオンのうち1つを含有し、A>C、かつB>Cであることを特徴とする半導体装置の製造方法。  When the potential applied to the first electrode is A, the potential applied to the second electrode is B, and the potential applied to the third electrode is C, the first solution is ammonium ion And A> C and B> C, the method comprising manufacturing one of the following.
陽イオン交換膜を有する第1の隔膜及び陰イオン交換膜を有する第2の隔壁を隔てて第1、第2の領域、及び該第1、第2の隔壁間に位置する第3の領域に分割された容器の各領域に各々収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加して、前記溶液を電気分解した後、前記第3の領域から得られた処理液を用いた処理工程を行う半導体装置の製造方法であって、A first partition having a cation exchange membrane and a second partition having an anion exchange membrane are separated by a first partition, a second partition, and a third partition located between the first partition and the second partition. First, second, and third electrodes are respectively immersed and arranged in first, second, and third solutions respectively contained in the respective regions of the divided container, and the three electrodes are different from each other. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising applying a potential, electrolyzing the solution, and then performing a processing step using a processing solution obtained from the third region,
前記第1の電極に印加される電位をA、前記第2の電極に印加される電位をB、前記第3の電極に印加される電位をCとするとき、前記第2の溶液が、ハロゲンイオン、ハロゲン化水素イオン、酸化ハロゲンイオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、及び過酸化水素イオンからなる群から選択される少なくとも1種の陰イオンを含有し、A<C<Bであることを特徴とする半導体装置の製造方法。  When the potential applied to the first electrode is A, the potential applied to the second electrode is B, and the potential applied to the third electrode is C, the second solution may be halogen. An ion, a hydrogen halide ion, a halogen oxide ion, a sulfate ion, a nitrate ion, a carbonate ion, a phosphate ion, and at least one anion selected from the group consisting of hydrogen peroxide ions, wherein A <C < B. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
陽イオン交換膜を有する第1の隔膜及び陰イオン交換膜を有する第2の隔壁を隔てて第1、第2の領域、及び該第1、第2の隔壁間に位置する第3の領域に分割された容器の各領域に各々収容された第1、第2及び第3溶液中に、第1、第2、及び第3の電極を各々浸漬して配置し、前記3つの電極に各々異なる電位を印加して、前記溶液を電気分解した後、前記第3の領域から得られた処理液を用いた処理工程を行う半導体装置の製造方法であって、A first partition having a cation exchange membrane and a second partition having an anion exchange membrane are separated by a first partition, a second partition, and a third partition located between the first partition and the second partition. First, second, and third electrodes are respectively immersed and arranged in first, second, and third solutions contained in respective regions of the divided container, and the three electrodes are different from each other. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising applying a potential, electrolyzing the solution, and then performing a processing step using a processing solution obtained from the third region,
前記第1の電極に印加される電位をA、前記第2の電極に印加される電位をB、前記第3の電極に印加される電位をCとするとき、前記第2の溶液はハロゲンイオン、ハロゲン化水素イオン、酸化ハロゲンイオン、硫酸イオン、硝酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、及び過酸化水素イオンからなる群から選択される少なくとも1種の陰イオンを含有し、A<CかつB<Cであることを特徴とする半導体装置の製造方法。  When the potential applied to the first electrode is A, the potential applied to the second electrode is B, and the potential applied to the third electrode is C, the second solution is a halogen ion And at least one anion selected from the group consisting of hydrogen halide ions, halogen oxide ions, sulfate ions, nitrate ions, carbonate ions, phosphate ions, and hydrogen peroxide ions, wherein A <C and B <C. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein
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