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JP3338470B2 - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Method for manufacturing semiconductor device

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  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関するものであり、更に詳しくは、半導体基板を水溶液
または純水で処理する工程(洗浄工程等)を備える場合
において、水溶液または純水による処理が確実かつ充分
に行えるようにした半導体装置の製造方法に関する。例
えば本発明によれば、半導体基板に形成された微細で高
アスペクト比の溝の内部にも水溶液または純水を侵入さ
せることを可能にすることにより、かかる微細で高アス
ペクト比の溝の内部についての洗浄効果をも飛躍的に向
上させる方法を提供することができる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of cleaning a semiconductor substrate with an aqueous solution or pure water (cleaning step). The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device capable of performing processing reliably and sufficiently. For example, according to the present invention, by allowing an aqueous solution or pure water to penetrate into the fine and high aspect ratio grooves formed in the semiconductor substrate, the inside of such fine and high aspect ratio grooves is reduced. And a method of dramatically improving the cleaning effect of the present invention.

【0002】[0002]

【従来技術とその問題点】近年、半導体装置の加工寸法
は益々微細化され、半導体基板に形成される溝のアスペ
クト比も益々大きくなってきている。特に、IEDM’
91の論文集P.141に開示されるようなトレンチア
イソレーションにおいては、パターン幅が1μm以下で
深さが10μm以上の溝を形成することもある。この溝
は、その後の工程で最終的には埋め込まれるのである
が、その埋め込む工程に先立って、溝内部のクリーニン
グが必要になる。以下に、従来技術によるトレンチアイ
ソレーションの形成方法を一例に、クリーニングの重要
性を説明する。
2. Description of the Related Art In recent years, the processing dimensions of semiconductor devices have been increasingly miniaturized, and the aspect ratio of grooves formed in a semiconductor substrate has been increasing. In particular, IEDM '
91 papers. In trench isolation as disclosed in 141, a groove having a pattern width of 1 μm or less and a depth of 10 μm or more may be formed. This groove is finally buried in a subsequent step, but it is necessary to clean the inside of the groove before the burying step. Hereinafter, the importance of cleaning will be described by taking a conventional method of forming a trench isolation as an example.

【0003】図4にトレンチアイソレーション形成のた
めの各工程における半導体基板の断面図を示す。尚、以
下の説明では、半導体基板1としてシリコン(Si)基
板を一例として用いる。
FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor substrate in each step for forming a trench isolation. In the following description, a silicon (Si) substrate is used as an example of the semiconductor substrate 1.

【0004】既知のパターニング技術により、アイソレ
ーション領域が窓開けされた表面保護膜2(レジスト)
をSi基板1表面に形成した後、ハロン系のガス(例え
ばCF4 )のプラズマを用いて前記窓開けされた領域の
該Si基板1を所望の深さまでエッチングする。これに
より図4(a)の構造とする。現在の加工技術により、
アスペクト比10程度の溝1aを加工することは容易に
できる。
[0004] A surface protection film 2 (resist) in which an isolation region is opened by a known patterning technique.
Is formed on the surface of the Si substrate 1, and the Si substrate 1 in the windowed area is etched to a desired depth using a plasma of a halon-based gas (for example, CF 4 ). Thus, the structure shown in FIG. With the current processing technology,
It is easy to process the groove 1a having an aspect ratio of about 10.

【0005】前記エッチングにより形成された溝1aの
内壁を保護するため、該Si基板1を酸化し、前記溝の
内壁を含む該Si基板1表面に約50nmの酸化シリコ
ン3(SiO2 )を形成する。これにより図4(b)の
構造とする。この工程により、前記溝1aの内壁のSi
−SiO2 界面が安定となり、この界面を流れるリーク
電流をゼロないしは最小限にすることができるのであ
る。
In order to protect the inner wall of the groove 1a formed by the etching, the Si substrate 1 is oxidized to form silicon oxide 3 (SiO 2 ) of about 50 nm on the surface of the Si substrate 1 including the inner wall of the groove. I do. Thus, the structure shown in FIG. By this step, the Si on the inner wall of the groove 1a is
-The interface of SiO 2 becomes stable, and the leakage current flowing through this interface can be reduced to zero or minimized.

【0006】該Si基板1表面に既知のCVD技術を用
いてPoly−Siを堆積し、その後全面エッチバック
することにより、前記溝1aが埋め込みPoly−Si
4により埋め込まれてトレンチアイソレーションが完成
する。
[0006] Poly-Si is deposited on the surface of the Si substrate 1 by using a known CVD technique, and then the entire surface is etched back, so that the trench 1a is buried.
4 to complete the trench isolation.

【0007】上記トレンチアイソレーション形成工程の
うち、図4(b)に示す酸化工程は、該Si基板1に形
成される素子の特性に大きな影響を与える重大な工程で
ある。更に正確に言えば、前記酸化処理の直前に行われ
る該Si基板1表面の洗浄が重要である。即ち、酸化工
程において、前記溝1a内部に、該Si基板1をエッチ
ングしたときに生成された副生成物が残留していると、
酸化工程時に該Si基板1表面が汚染されて、安定なS
i−SiO2 界面が形成されず、リーク電流発生の原因
となる。そこで、従来より、酸化処理前にはアンモニア
系水溶液を用いた洗浄(SC洗浄)や、酸系水溶液を用
いた洗浄(ピラニア洗浄)等が行われていた。
[0007] Of the trench isolation forming steps, the oxidizing step shown in FIG. 4 (b) is a crucial step that greatly affects the characteristics of elements formed on the Si substrate 1. More precisely, it is important to clean the surface of the Si substrate 1 immediately before the oxidation treatment. That is, in the oxidation step, if the by-product generated when the Si substrate 1 is etched remains inside the groove 1a,
During the oxidation step, the surface of the Si substrate 1 is contaminated and stable S
No i-SiO 2 interface is formed, which causes leakage current. Therefore, cleaning using an aqueous ammonia solution (SC cleaning), cleaning using an aqueous acid solution (piranha cleaning), and the like have been conventionally performed before the oxidation treatment.

【0008】しかしながら、溝1aの寸法が1μm以下
となり、アスペクト比も大きくなると、図5に概念的に
示すように、洗浄水溶液5が前記溝1aの内部に十分に
入らず、空洞1bが生じて、前記溝1a内部に内壁が洗
浄されない部分1cができ、この部分1cのSi表面が
洗浄できないという問題点があった。このような問題点
は、当業界では既知の問題点であり、従来よりシミュレ
ーション評価等で検討され、学会等で討議されていた
が、未だ有効な解決策が見いだされていないのが現状で
ある。
However, when the dimension of the groove 1a becomes 1 μm or less and the aspect ratio becomes large, as shown conceptually in FIG. 5, the cleaning aqueous solution 5 does not sufficiently enter the inside of the groove 1a, and the cavity 1b is formed. However, there is a problem that a portion 1c whose inner wall is not cleaned is formed inside the groove 1a, and the Si surface of the portion 1c cannot be cleaned. Such a problem is a known problem in the art, and has been conventionally examined by simulation evaluation and the like, and has been discussed at academic meetings, etc., but at present, no effective solution has yet been found. .

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、半導体基板
を水溶液または純水で処理する工程を備える場合に、そ
の処理が確実かつ充分に行える技術を開発することによ
り、例えば上記に説明した、洗浄水溶液がアスペクト比
の大きな溝の内部には十分入らずに、溝内部のSi基板
表面が洗浄できないというような問題点を解決でき、ア
スペクト比の大きな溝であってもその内部に洗浄水溶液
を十分に侵入させることを可能にして洗浄効果を高めた
洗浄技術にも適用できる処理手段をもつ半導体装置を提
供しようとするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been developed, for example, by developing a technique capable of reliably and sufficiently treating a semiconductor substrate when the semiconductor substrate is provided with an aqueous solution or pure water. The problem that the cleaning aqueous solution does not sufficiently enter the inside of the groove having a large aspect ratio and the surface of the Si substrate inside the groove cannot be cleaned can be solved. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having processing means which can be sufficiently penetrated and which can be applied to a cleaning technique in which a cleaning effect is enhanced.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、溝が形成され
半導体基板を水溶液または純水で処理する工程を有す
る半導体装置の製造方法において、該半導体基板を水溶
液または純水で処理する前にNH ガスに晒すことを特
徴とする半導体装置の製造方法であって、これにより上
記目的を達成するものである。また本発明は、溝が形成
された半導体基板を水溶液または純水で処理する工程を
有する半導体装置の製造方法において、該半導体基板を
水溶液または純水で処理する前にNH ガスに晒すこと
により前記溝内の気体をNH ガスで置換することを特
徴とする半導体装置の製造方法であって、これにより上
記目的を達成するものである。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device having a groove formed therein.
A method of treating a semiconductor substrate with an aqueous solution or pure water, the method comprising exposing the semiconductor substrate to an NH 3 gas before treating the semiconductor substrate with the aqueous solution or pure water. Accordingly, the above object is achieved. Further, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device having a step of treating a semiconductor substrate having a groove formed with an aqueous solution or pure water, wherein the semiconductor substrate is exposed to an NH 3 gas before being treated with the aqueous solution or pure water.
Wherein the gas in the trench is replaced with NH 3 gas, thereby achieving the above object.

【0011】本発明は、例えば、Si基板を洗浄液にデ
ィップする前に、該Si基板をアンモニアに代表される
ような水に対する溶解度の大きなガスに晒して、前記S
i基板に形成された溝の内部を前記溶解度の大きなガス
に置換してから、該Si基板を洗浄液にディップすると
いう態様で具体化することができる。
According to the present invention, for example, before dipping a Si substrate in a cleaning solution, the Si substrate is exposed to a gas having a high solubility in water such as ammonia, and
After the inside of the groove formed in the i-substrate is replaced with the gas having high solubility, the Si substrate can be immersed in a cleaning liquid.

【0012】[0012]

【作用】本発明によれば、処理前に水に対する溶解度の
大なる気体に被処理半導体基板を晒した後、水溶液また
は純水で処理するので、処理用の水溶液または純水が被
処理基板に充分に浸入し接触して、充分な水系の処理が
達成できる。このため例えば、従来から解決されずにい
た、高アスペクト比の溝内部の水溶液による洗浄をも、
可能とするものである。
According to the present invention, the semiconductor substrate to be processed is exposed to a gas having a high solubility in water before the processing, and then treated with an aqueous solution or pure water. With sufficient penetration and contact, sufficient aqueous treatment can be achieved. For this reason, for example, cleaning with an aqueous solution inside a groove having a high aspect ratio, which has not been conventionally solved,
It is possible.

【0013】[0013]

【実施例】以下本発明の一実施例を、図1及び図2を用
いて説明する。なお当然のことではあるが、本発明は実
施例により限定を受けるものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. Needless to say, the present invention is not limited by the embodiments.

【0014】実施例1 本実施例では、図1に示すように、微細な溝1aの形成
等の、各種処理Iを行った半導体基板1について、この
基板1を溶解度の大なるガス、ここではアンモニアガス
(NH3 )に晒す工程IIを行い、その後、水溶液または
純水での処理工程III 、ここでは洗浄工程を行う。
Embodiment 1 In this embodiment, as shown in FIG. 1, for a semiconductor substrate 1 which has been subjected to various processes I such as formation of fine grooves 1a, this substrate 1 is converted into a gas having a high solubility, A step II of exposing to ammonia gas (NH 3 ) is performed, and then a treatment step III with an aqueous solution or pure water, here, a cleaning step is performed.

【0015】本実施例では、更に詳しくは、次の工程を
行う。
In this embodiment, the following steps are performed in more detail.

【0016】従来技術を用いて溝1aを形成したSi基
板1(図4(a)参照)を、アンモニア(NH3 )雰囲
気中に放置し、前記溝1a内部を空気からNH3 ガスに
置換する。このとき、置換効率を高めるためには、図2
に示す装置において、該Si基板1を真空装置6の中に
設置し、真空ポンプ6aにより一旦真空(低気圧)にし
てからNH3 ガスを封入することにより、微細で高アス
ペクト比の溝内部でも、十分にNH3 ガスに置換するこ
とができる。図2中、6bはNH3 ガス供給源、1はS
i基板である。
The Si substrate 1 (see FIG. 4A) on which the groove 1a is formed by using the conventional technique is left in an ammonia (NH 3 ) atmosphere, and the inside of the groove 1a is replaced with air by NH 3 gas. . At this time, in order to increase the replacement efficiency, FIG.
In the apparatus shown in (1), the Si substrate 1 is set in a vacuum apparatus 6, and once evacuated (low pressure) by a vacuum pump 6a and then filled with NH 3 gas, so that the inside of the fine and high-aspect-ratio groove can be formed. , Can be sufficiently replaced with NH 3 gas. In FIG. 2, 6b is an NH 3 gas supply source, 1 is S
i-substrate.

【0017】次に、該Si基板1をSC洗浄溶液、即
ち、過酸化水素水(H2 2 )を混合したアンモニア水
溶液(NH4 OH)に浸す。図3に模式的に示すよう
に、溶解度の大きい気体7であるNH3 ガスは、水溶液
に対して積極的に溶け込むので、前記溝1a内部が大気
圧に対して陰圧になり、洗浄溶液が前記溝内部に積極的
に吸引される。このとき洗浄液中に溶け込んだNH
3 は、溶液中の水(H2 O)と化合してNH4 OHとな
って洗浄液の一成分となるので洗浄効果に対して何ら影
響を与えないし、Si基板1に対しても何ら特別な作用
を与えることはない。尚、SC洗浄溶液の洗浄効果に関
しては、当業界で明らかであるので、ここでは説明は省
略する。
Next, the Si substrate 1 is immersed in an SC cleaning solution, that is, an aqueous ammonia solution (NH 4 OH) mixed with a hydrogen peroxide solution (H 2 O 2 ). As schematically shown in FIG. 3, the NH 3 gas, which is a gas 7 having high solubility, is positively dissolved in the aqueous solution, so that the inside of the groove 1a becomes a negative pressure with respect to the atmospheric pressure, and the cleaning solution is removed. It is positively sucked into the groove. At this time, NH dissolved in the cleaning solution
3 is combined with water (H 2 O) in the solution to form NH 4 OH and becomes a component of the cleaning solution, so that it has no effect on the cleaning effect, and has no special effect on the Si substrate 1. It has no effect. Since the cleaning effect of the SC cleaning solution is clear in the art, the description is omitted here.

【0018】本実施例では、溶解度の大なる気体として
アンモニアガスを用いた。アンモニアガスが水に対する
溶解度が大なることは、下記表1に示すデータ(理科年
表による)からも明らかである。
In this embodiment, ammonia gas is used as a gas having a high solubility. It is clear from the data (according to the scientific chronological table) shown in Table 1 that the ammonia gas has a high solubility in water.

【表1】溶解度:1気圧の気体が1cm3 の水中に溶解
するときの容積を、0℃、1気圧の時の容積に換算した
値。
Table 1 Solubility: A value obtained by converting the volume of a gas at 1 atm. Dissolved in 1 cm 3 of water into the volume at 0 ° C. and 1 atm.

【0019】上記に詳細に説明したように、本実施例に
よれば、Si基板1表面を浄化するためのSC洗浄溶液
を、微細で高アスペクト比の溝1a内部に侵入させるこ
とができるので、従来不可能であった微細な高アスペク
ト比の溝の内壁の十分な洗浄をも可能とする。
As described in detail above, according to this embodiment, the SC cleaning solution for purifying the surface of the Si substrate 1 can penetrate into the fine and high aspect ratio grooves 1a. It is also possible to sufficiently clean the inner wall of a fine groove having a high aspect ratio, which has been impossible in the past.

【0020】尚、上記説明では、半導体基板としてシリ
コン基板を一例として取り上げ、また、溶解度の大なる
気体としてアンモニアガスをとりあげ、また、洗浄溶液
としてSC溶液を一例に説明したが、当然のことながら
本特許では、これらの素材までも限定するものではな
い。
In the above description, a silicon substrate is taken as an example of a semiconductor substrate, ammonia gas is taken as a gas having high solubility, and an SC solution is taken as an example of a cleaning solution. This patent does not limit these materials.

【0021】[0021]

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板を水溶液ま
たは純水で処理する工程を備える場合に、その処理が確
実かつ充分に行える技術を提供することができる。これ
により例えば、アスペクト比の大きな溝を有する半導体
基板を洗浄する場合も、その溝内部にも洗浄水溶液を十
分に侵入させることが可能になり、効果的な洗浄を行わ
せることが可能となる。
According to the present invention, when a process for treating a semiconductor substrate with an aqueous solution or pure water is provided, it is possible to provide a technique capable of performing the treatment reliably and sufficiently. Thus, for example, even when cleaning a semiconductor substrate having a groove having a large aspect ratio, a cleaning aqueous solution can sufficiently penetrate into the groove, and effective cleaning can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施例1のフロー図である。FIG. 1 is a flowchart of a first embodiment.

【図2】実施例1に用いるNH3 ガス置換装置の系統図
である。
FIG. 2 is a system diagram of an NH 3 gas replacement device used in Embodiment 1.

【図3】実施例1の効果を示す概念図である。FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an effect of the first embodiment.

【図4】トレンチアイソレーション形成のための各工程
における断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view in each step for forming a trench isolation.

【図5】従来技術の問題点を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a problem of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板(Si基板) 1a 溝 7 溶解度の大なる気体(アンモニアガス) II 溶解度の大なるガスに晒す工程 III 水溶液または純水での処理工程(洗浄工程) Reference Signs List 1 semiconductor substrate (Si substrate) 1a groove 7 gas having high solubility (ammonia gas) II process of exposing to gas having high solubility III treatment process with aqueous solution or pure water (cleaning process)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】溝が形成された半導体基板を水溶液または
純水で処理する工程を有する半導体装置の製造方法にお
いて、該半導体基板を水溶液または純水で処理する前に
NH ガスに晒すことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
In a method of manufacturing a semiconductor device, the method includes a step of treating a semiconductor substrate with a groove formed therein with an aqueous solution or pure water.
A method for manufacturing a semiconductor device , comprising exposing to a NH 3 gas .
【請求項2】溝が形成された半導体基板を水溶液または
純水で処理する工程を有する半導体装置の製造方法にお
いて、該半導体基板を水溶液または純水で処理する前に
NH ガスに晒すことにより前記溝内の気体をNH
スで置換することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising the step of treating a semiconductor substrate with a groove formed therein with an aqueous solution or pure water, prior to treating the semiconductor substrate with an aqueous solution or pure water.
The gas in the groove is exposed to NH 3 gas by exposing it to NH 3 gas.
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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