DE10340882A1

DE10340882A1 - Siliciumwafer-Reinigungsverfahren

Info

Publication number: DE10340882A1
Application number: DE10340882A
Authority: DE
Inventors: Hisatsugu Kurita; Manabu Hirasawa; Hiromi Nagahama; Koji Izumome; Takao Ino; Jyunsei Yamabe; Naoya Hayamizu; Naoaki Sakurai
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: GlobalWafers Japan Co Ltd
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-09-05
Also published as: KR100762192B1; JP2004193534A; DE10340882B4; US20040045580A1; US7226513B2; JP4162211B2; KR20040022175A

Abstract

Diese Erfindung stellt ein Reinigungsverfahren für Siliciumwafer zur Verfügung, um einen Siliciumwafer zu erhalten, dessen Mikrorauhigkeit unter einer Raumfrequenz von 20/mum 0,3 bis 1,5 nm·3·, bezogen auf die Leistungsspektrumsdichte, ist, indem ein Prozeß der Oxidation des Siliciumwafers mit ozonisiertem Wasser und ein Prozeß der Reinigung dieses oxidierten Siliciumwafers mit Flußsäure durchlaufen wird. Im Ergebnis ist es möglich, an der Oberfläche anhaftende Verunreinigungen, wie Partikel und metallische Fremdstoffe, zu entfernen, wobei die durch Tempern auf atomaren Level eingeebnete Oberflächenstruktur des Siliciumwafers bestehen bleibt.

Description

Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Siliciumwafer-Reinigungsverfahren und insbesondere ein Siliciumwafer-Reinigungsverfahren zur Reinigung des Siliciumwafers, wobei die Oberflächenstruktur eines Hochtemperatur-getemperten Siliciumwafers bestehen bleibt.

Beschreibung des verwandten Standes der Technik

Die bis auf atomaren Level eingeebnete Oberfläche eines Siliciumwafers besitzt eine sogenannte Stufen- und Terrassenstruktur, bei der Schichten von Siliciumatomen stufenartig ausgebildet sind. Wie 1 zeigt, umfaßt diese Stufen- und Terrassenstruktur eine Terrassenfläche 11, welche eine geschnittene Fläche des Wafers ist, und eine Stufenfläche 12, in der winzige Stufen auf atomarem Level in Bezug auf die Terrassenfläche 11 ausgebildet sind.

Indem beispielsweise bei hohen Temperaturen von etwa 1.000 bis 1.200°C unter einer Umgebung von Wasserstoffgas oder dergleichen getempert wird, bildet sich üblicherweise eine Stufe, die einer bis drei Schichten von Siliciumatomen gleich ist, oder eine Stufen- und Terrassenstruktur mit einer Stufe auf atomarem Level auf der Oberfläche aus. Diese bildet sich aus, weil sich Siliciumatome auf der Waferoberfläche zur Stabilisierung umordnen.

Die Terrassenbreite der vorgenannten Stufen- und Terrassenstruktur vergrößert sich mit abnehmendem Abweichungswinkel ("off angle") des Siliciumkristalls, so daß die getemperte Siliciumwaferoberfläche dazu gelangt, eine bis auf atomaren Level eingeebnete Struktur zu besitzen.

Nachdem die Oberfläche durch die vorgenannte Wasserstofftemperung oder dergleichen eingeebnet wurde, wird der Siliciumwafer zum Reinigungsprozeß des Siliciumwafer-Fertigungsprozesses geschickt, um Partikel und metallische Fremdstoffe von der Oberfläche des Wafers zu entfernen.

Herkömmlich wurde in diesem Reinigungsprozeß RCA-Reinigung als ein allgemeines Verfahren angewandt.

Bei der RCA-Reinigung wird eine SC-1-Reinigungsflüssigkeit, die aus Ammoniak:Wasserstoffperoxid:reines Wasser = 1:1 bis 2:5 bis 7 (Volumenmischungsverhältnis) besteht, als Reinigungsflüssigkeit verwendet, um zum Beispiel hauptsächlich organische Verunreinigungen und anhaftende Partikel zu entfernen. Ferner wird, um hauptsächlich die Siliciumoxidschicht und metallische Fremdstoffe an der Oberfläche zu entfernen, dünne Flußsäure (DHF-Flüssigkeit), die aus HF:reines Wasser = 1:99 besteht, verwendet, und ferner wird, um hauptsächlich metallische Fremdstoffe von der Oberfläche zu entfernen, eine SC-2-Reinigungsflüssigkeit verwendet, die aus Salzsäure:Wasserstoffperoxid:reines Wasser = 1:1 bis 2:5 bis 7 (Volumenmischungsverhältnis) zusammengesetzt ist.

Bei der RCA-(SC-1)-Reinigung wird Silicium auf der Waferoberfläche einer anisotropen Ätzung mit Ammoniak unterzogen und die durch Tempern mit Wasserstoffgas oder dergleichen ausgebildete Stufen- und Terrassenstruktur verschwindet, so daß sich die Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) verschlechtert.

Als anderes Reinigungsverfahren ist ein Reinigungsverfahren unter Verwendung einer gemischten Lösung aus Flußsäure und ozonisiertem Wasser, beispielsweise in der japanischen Patentpublikation Nr. 10-340876, offenbart.

Nach diesem Verfahren wird ein Oxidfilm auf der Waferoberfläche mit ozonisiertem Wasser ausgebildet durch gleichzeitiges Spritzen von Flußsäure und ozonisiertem Wasser auf die Waferoberfläche. Dieses Verfahren ermöglicht die Entfernung von Partikeln, ohne die Siliciumschicht in einem Zustand zu exponieren, daß der Kontaktwinkel zwischen der Waferoberfläche und Flußsäure klein ist und die Oberfläche wahrscheinlich benetzt ist.

Wenn jedoch Flußsäure und ozonisiertes Wasser in Mischung verwendet werden, bildet sich ein Oxidfilm ungleichmäßig innerhalb einer Ebene auf der Waferoberfläche. Somit ist dieses Verfahren nicht in der Lage, die Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) zu unterdrücken.

Im Zuge der kürzlich intensivierten Integration von Halbleiterschaltungen wurde die Miniaturisierung einer Vorrichtung zu ihrer Ausbildung gefordert, und zum Beispiel wurde eine Dicke des Gateoxidfilms von etwa 3 nm bei der Bearbeitung im Bereich von 0,13 nm, bezogen auf die Linienbreite, gefordert.

Entsprechend zu einer solch geringen Dicke des Oxidfilms wurde gefordert, daß die Feinrauhigkeit des Wafers, d.h. die Mikrorauhigkeit, in ihrer Größe weiter verringert werden soll.

Üblicherweise wird ein Siliciumwafer so geschnitten, daß er eine Kristallorientierung der Si (100)-Ebene oder Si (111)-Ebene besitzt, wenn er aus einem Einkristallbarren herausgeschnitten wird. Insbesondere im Fall der Si (100)-Ebene ist die Einebnung auf atomaren Level schwierig und folglich wurde gefordert, daß die Mikrorauhigkeit soweit wie möglich verringert werden soll.

Um Partikel und metallische Fremdstoffe nach dem Tempern zu entfernen oder einen Wafer mit einer sauberen Oberfläche zu erhalten, ist der Wafer-Reinigungsprozeß ein unverzichtbarer Prozeß, obwohl sich die Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) verschlechtert, wie oben beschrieben.

Folglich bestand Bedarf an einer Technologie, die einen Wafer reinigen kann, wobei die Stufen- und Terrassenstruktur auf der Waferoberfläche nach dem Tempern bestehen bleibt, trotz beliebiger Kristallorientierung der Waferoberfläche.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung des oben beschriebenen technischen Problems gemacht und es ist ein erfindungsgemäßes Ziel, ein Reinigungsverfahren für Siliciumwafer zur Verfügung zu stellen, das an der Oberfläche anhaftende Verunreinigungen, wie beispielsweise Partikel und metallische Fremdstoffe, entfernen kann, wobei die Oberflächenstruktur des Siliciumwafers, die durch das Tempern auf atomaren Level eingeebnet ist, bestehen bleibt.

Um das obige Ziel zu erreichen, wird erfindungsgemäß ein Reinigungsverfahren eines getemperten Siliciumwafers zur Verfügung gestellt, um einen Siliciumwafer zu erhalten, dessen Mikrorauhigkeit unter einer Raumfrequenz von 20/μm 0,3 bis 1,5 nm³, bezogen auf die Leistungsspektrumsdichte, ist, indem ein Verfahren der Oxidation des Siliciumwafers mit ozonisiertem Wasser und ein Verfahren der Reinigung des oxidierten Siliciumwafers mit Flußsäure durchlaufen wird.

Dieses Reinigungsverfahren ermöglicht es, daß der durch Tempern bis auf atomaren Level eingeebnete Wafer Oxidation erfährt mit Isotropie in Bezug auf die Kristallorientierung des Siliciumeinkristalls, welcher den Wafer bildet. Durch Reinigung mit Flußsäure danach können anhaftende Partikel, metallische Fremdstoffe und dergleichen entfernt werden durch Reinigung, wobei die Mikrorauhigkeit auf der Waferoberfläche nach dem Tempern bestehen bleibt.

Vorzugsweise durchläuft der Wafer einen Prozeß der Oxidation mit ozonisiertem Wasser direkt nach dem Oxidationsbehandlungsprozeß und Flußsäure-Reinigungsprozeß.

Indem wiederum unmittelbar nach Entfernung der Oxidfilms im vorgenannten Flußsäure-Reinigungsprozeß mit ozonisiertem Wasser oxidiert wird, kann die durch Tempern gebildete Oberflächenstruktur des Wafers darüber hinaus vollständig bestehen bleiben.

Vorzugsweise ist die Dichte (Konzentration) des ozonisierten Wassers 10 bis 60 ppm und die Dichte (Konzentration) der Flußsäure 0,5 bis 2 %.

Durch das Reinigen im zuvor erwähnten Dichtebereich kann die Zeit der Oxidationsbehandlung und die Reinigungszeit leicht eingestellt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist eine schematische Zeichnung, die eine vergrößerte Oberfläche eines getemperten Wafers zeigt;
2 ist ein Graf, welcher den Zusammenhang zwischen einer Behandlungszeit mit ozonisiertem Wasser und der Dicke des chemischen Oxidfilms auf der Oberfläche des Siliciumwafers zeigt;
3 ist ein Graf, der Änderungen des mit XPS-Analyse gemessenen Verhältnisses, in dem Koordinationszahlen von Si-Atomen vorliegen, mit Ablauf der Zeit in dem Fall zeigt, daß ein Siliciumwafer mit 1 % Flußsäure gewaschen wird, nachdem er mit 20 ppm ozonisiertem Wasser behandelt wurde, und im Fall der SC-1-Reinigung;
4 ist eine schematische Zeichnung, die ein Beispiel eines Einzelwafer-Schleuderreinigungssystem-Apparats zeigt, welcher das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren durchführt;
5 ist ein Graf, welcher den Zusammenhang zwischen der Raumfrequenz (/μm) eines Wafers nach der jeweiligen Reinigung und dem Leistungsspektrum ("power spectrum", PSD) (nm³) zeigt; und
6 ist ein Graf, der den Zusammenhang zwischen der Raumfrequenz (/μm) eines Wafers nach dem jeweiligen Reinigen und dem Leistungsspektrum (PSD) (nm³) eines Referenzbeispiels zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Das erfindungsgemäße Siliciumwafer-Reinigungsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß ein getemperter Siliciumwafer der Flußsäure-Reinigung unterzogen wird, nachdem die Oxidationsbehandlung mit Ozon-Reinigung durchgeführt wurde.
Das heißt, nach einer vorgegebenen Siliciumoxidationsbehandlung können durch Reinigung eines getemperten Wafers mit Flußsäure anhaftende Partikel, metallische Fremdstoffe und dergleichen durch Reinigung entfernt werden, ohne die Oberflächenstruktur eines bis auf atomaren Level eingeebneten Wafers zu beschädigen.
Die vorgenannte Oxidationsbehandlung wird durch Reinigung mit ozonisiertem Wasser durchgeführt.
Die Oxidation eines Siliciumeinkristalls mit ozonisiertem Wasser besitzt keine Abhängigkeit von der Kristallorientierung. Das heißt, weil die Geschwindigkeit des Fortschreitens der Oxidation in allen Kristallorientierungen gleich ist, wird ein getemperter Wafer oxidiert, wobei seine Waferoberflächenstruktur bestehen bleibt.
2 zeigt den Zusammenhang zwischen der Behandlungszeit mit ozonisiertem Wasser und der Dicke des chemisch oxidierten Films auf der Siliciumwaferoberfläche.
In jedem Fall, daß die Kristallgitterorientierung des Siliciumwafers in der Si (111)-Ebene oder Si (100)-Ebene liegt, wie in 2 gezeigt, ist die Dicke des chemischen Oxidfilms mit ozonisiertem Wasser konstant und die Oxidationsgeschwindigkeit gleich.
3 zeigt Änderungen des durch Röntgen-Fotoelektronenspektroskopie ("X-Ray photoelectron spectroscopy", XPS)-Analyse gemessenen Verhältnisses, in dem die Koordinationszahl von Si-Atomen vorliegt, mit Ablauf der Zeit, in dem Fall, daß ein Siliciumwafer mit 1 % Flußsäure gewaschen wird, nachdem dieser Wafer mit 20 ppm ozonisiertem Wasser behandelt wurde, sowie im Fall der SC-1-Reinigung.
Wie in 3 gezeigt, ist das Verhältnis, in dem sich Si (IV) bildet, höher und eine Veränderung davon im Verlauf der Reinigungszeit ist kleiner in dem Fall, daß Flußsäure-Reinigung nach Behandlung mit ozonisiertem Wasser durchgeführt wird, als im Fall der SC-1-Reinigung.
Der Oxidfilm, welcher sich mit ozonisiertem Wasser bildet, wird mit einer stabilisierteren Oxidationsbedingung ausgebildet im Vergleich zum chemischen Oxidfilm, der durch die herkömmliche RCA-Reinigung mit der SC-1-Flüssigkeit oder dergleichen gebildet wird.
Die Flußsäure-Reinigung zielt auf die Zersetzung und Entfernung des Oxidfilms ab, der sich durch die Oxidationsbehandlung auf der Waferoberfläche ausgebildet hat, und auf die Entfernung von anhaftenden Partikeln, metallischen Fremdstoffen und dergleichen auf der Waferoberfläche, wobei die durch Tempern gebildete Stufen- und Terrassenstruktur auf der Waferoberfläche bestehen bleibt.
Weil diese Flußsäure-Reinigung nach der Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser durchgeführt wird, kann die durch Tempern gebildete Waferoberfläche gewaschen werden, ohne die durch das Tempern gebildete Stufen- und Terrassenstruktur auf der Waferoberfläche zu beschädigen oder die Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) auf atomarem Level zu verschlechtern.
Ferner wird gewünscht, daß die Waferoberfläche dem Oxidationsbehandlungsprozeß mit ozonisiertem Wasser direkt nach dem vorgenannten Oxidationsbehandlungsprozeß und dem Reinigungsprozeß mit Flußsäure unterzogen wird.
Wenn im Flußsäure-Reinigungsprozeß die Reinigungszeit kurz ist, bilden sich Siliciumvorsprünge auf der Terrassenoberfläche des Siliciumwafers. Diese Vorsprünge sind etwa 10 bis 30 nm breit und 0,2 bis 0,5 nm hoch und besitzen Kristallinität. Wird die Flußsäure-Reinigungszeit verlängert, verkleinern sich die Vorsprünge in Folge der Ätzungswirkung und schließlich bildet sich eine flache Terrasse ohne jeden Vorsprung.
Ferner wird nach dem Flußsäure-Reinigungsprozeß die Siliciumwaferoberfläche gleichmäßig oxidiert, ohne Abhängigkeit von der Kristallorientierung zu zeigen, wenn die Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser durchgeführt wird. So wird, weil die Waferoberfläche nach dem Flußsäure-Reinigungsprozeß mit ihrer Konfiguration so wie sie ist oxidiert wird, die Waferoberfläche niemals rauh.
Wenn jedoch der Wafer den Reinigungsprozeß mit reinem Wasser oder dergleichen vor dem Oxidationsbehandlungsprozeß mit ozonisiertem Wasser durchläuft, wird der Siliciumwafer von seinen Vorsprüngen her ungleichmäßig oxidiert und die Waferoberfläche wird rauh.
Oxidationsbehandlung durch chemische Flüssigreinigung mit ozonisiertem Wasser und dergleichen sowie Flußsäure-Reinigung kann durchgeführt werden durch Sprühen, Eintauchen oder dergleichen, sowie auch durch ein herkömmliches Reinigungsverfahren.
Im Fall des Sprühens kann das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren mit einem Einzelwafer-Schleuderreinigungssystem-Apparat durchgeführt werden, wie er in 4 gezeigt ist.
Im Einzelwafer-Schleuderreinigungssystem-Apparat wird ein Siliciumwafer 2 auf einem Drehtisch 3 in einem Drehbecher 1 durch einen Haltestift 4 angebracht. Der Drehtisch 3 wird durch eine Antriebskraft eines Motors 6 durch eine Antriebswelle 5, die durch eine Bodenfläche verbunden ist, rotiert.
Dann werden ozonisiertes Wasser und Flußsäure, die aus einem Tank für ozonisiertes Wasser 7 oder einem Tank für Flußsäure 8 zugeführt werden, geeignet auf den Siliciumwafer 2 gesprüht.
Nach der Reinigung wird Abflüssigkeit zum Boden des Drehbechers 1 abgelassen.
Obwohl die Dichte des ozonisierten Wassers nicht beschränkt ist, ist sie unter dem Gesichtspunkt der Anpassung der Oxidationsbehandlungszeit wünschenswerterweise 10 bis 60 ppm.
Die Dichte der Flußsäure ist unter dem Gesichtspunkt der Anpassung der Reinigungszeit wünschenswerterweise 0,5 bis 2%.
Dabei hängt die Änderung der Oxidationsbehandlungszeit und Reinigungszeit von der Dichte des ozonisierten Wasser, der Dichte der Flußsäure oder dergleichen ab und diese wird deshalb geeignet eingestellt.
Vorzugsweise ist ein Wafer, auf welchen das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren angewandt wird, ein getemperter Wafer, so daß seine Oberfläche auf atomaren Level eingeebnet ist, und bei welchem die Stufen- und Terrassenstruktur auf der Waferoberfläche ausgebildet ist, wie in 1 gezeigt.
Nachdem ein Siliciumeinkristall, der nach dem Czochralski (CZ)-Verfahren, dem Zonenschmelz ("floating zone", FZ)-Verfahren und dergleichen erhalten wurde, geschnitten wurde, wird ein poliertes Siliciumwafersubstrat (Grundwafer) unter einer Umgebung eines Reduktionsgases, wie beispielsweise Wasserstoff, Ammoniak oder eines inaktiven Gases, wie Argon, Helium, Neon bei hohen Temperaturen von 1.000 bis 1.400°C für 0,5 bis 24 Stunden getempert. Üblicherweise wird der Siliciumwafer unter Wasserstoffgasumgebung bei hohen Temperaturen von etwa 1.200°C für etwa 1 Stunde getempert.
Selbst wenn der getemperte Epitaxial-Wafer, der getemperte SOI-Wafer oder dergleichen die oben beschriebene Oberflächenstruktur besitzt, kann der erfindungsgemäße Effekt erzielt werden.
Was die feine Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) des getemperten Wafers angeht, wenn diese beispielsweise mit einem Atomkraftmikroskop ("atomic force microscope", AFM) gemessen wird, ist die Waferoberfläche vorzugsweise so, daß die durchschnittliche Mittellinienrauhigkeit pro 1 μm² etwa 0,05 bis 1 nm, die durchschnittliche Rauhigkeit (R_ms) etwa 0,05 bis 0,1 nm ist und die maximale Rauhigkeit (R_max) etwa 0,5 bis 1,0 nm ist, das heißt, die Stufe ist vorzugsweise aus 1 bis 10 Schichten von Siliciumatomen, vorzugsweise 1 bis 3 Schichten, zusammengesetzt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren kann die Siliciumwaferoberfläche gewaschen werden, ohne Anisotropie zu erzeugen, wenn das Einebnen auf atomaren Level schwierig ist, sowie auch wenn die Kristallgitterorientierung des Siliciumwafers in der Si (111)-Ebene ist. So kann die durch die Temperungsbehandlung gebildete Stufen- und Terrassenstruktur auf der Waferoberfläche bestehen bleiben.
Für einen Siliciumwafer, der nach dem oben beschriebenen Reinigungsverfahren gewaschen wurde, zeigt 5 einen Grafen zum Zusammenhang zwischen der Raumfrequenz (/μm) und dem Leistungsspektrum (PSD) (nm³). Wie der Graf der 5 zeigt, zeigt der nach dem oben beschriebenen Reinigungsverfahren gewaschene Siliciumwafer im wesentlichen die gleiche Neigung wie wenn PSD nach der Wasserstofftemperungsbehandlung durchgeführt wird, und dann bleibt seine Mikrorauhigkeit bestehen.
Andererseits ist, obwohl der Siliciumwafer nach der SC-1-Reinigung im wesentlichen dieselbe Neigung zeigt, wie wenn PSD nach der Wasserstofftemperungsbehandlung durchgeführt wird, bei einer Raumfrequenz von 1 bis 10/μm kein PSD-Peak, der von der Stufen- oder Terrassenstruktur herrührt, nahe 2 μm, bezogen auf die Raumfrequenz, erkennbar.
Das heißt, obwohl bei der SC-1-Reinigung die Stufen- und Terrassenstruktur durch die Wasserstofftemperungsbehandlung verschwindet, bleibt die Mikrorauhigkeit, nachdem die Wasserstofftemperungsbehandlung durchgeführt wird, in einem Siliciumwafer bestehen, der nach dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren gewaschen wurde.
Ferner bleibt, wie sich aus dem Grafen der 5 ergibt, wenn die Mikrorauhigkeit unter der Raumfrequenz von 20/μm in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 nm³, bezogen auf die Leistungsspektrumsdichte, liegt, die Mikrorauhigkeit nach der Wasserstofftemperung bestehen, so daß der Effekt des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens gefunden werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung nachfolgend anhand ihrer Beispiele ausführlicher beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die nachstehenden Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Zuerst wurde ein polierter P-Typ Si (100) Grundwafer mit einem Durchmesser von 8 Inch hergestellt, der unter einer Wasserstoffumgebung bei 1.200°C für 1 Stunde getempert wurde.
Dieser Wafer wurde nach der Oxidationsbehandlung mit 30 ppm ozonisiertem Wasser der Flußsäure-Reinigung unterzogen.
Die durchschnittliche Mittellinienrauhigkeit (R_a), die durchschnittliche Rauhigkeit (R_ms), die maximale Rauhigkeit (R_max) und die Anwesenheit/Gegenwart einer Stufen- und Terrassenstruktur pro 3 μm² wurden mit dem Atomkraftmikroskop (AFM) bewertet.
Tabelle 1 zeigt diese Resultate.
Ferner zeigt 5 einen Grafen über den Zusammenhang zwischen der Raumfrequenz (/μm) und dem Leistungsspektrum (PSD) (nm³) für einen Wafer nach der Reinigung.
Zum Vergleich wurden die Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) und Abwesenheit/Gegenwart der Stufen- und Terrassenstruktur für einen Wafer nach der Polierungsbehandlung und für einen Wafer nach dem Tempern in derselben Weise wie in Beispiel 1 bewertet.
Vergleichsbeispiel 1
Ein polierter P-Typ Si (100) Grundwafer mit einem Durchmesser von 8 Inch wurde für 1 Stunde in Wasserstoffumgebung getempert.
Dieser Wafer wurde der RCA (SC-1)-Reinigung unterzogen.
Für diesen Wafer wurde die Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) und Abwesenheit/Gegenwart der Stufen- und Terrassenstruktur wie in Beispiel 1 bewertet.
Tabelle 1 zeigt diese Resultate.
5 zeigt einen Grafen über den Zusammenhang zwischen der Raumfrequenz (/μm) und dem Leistungsspektrum (PSD) dieses Wafers nach der Reinigung.
Vergleichsbeispiel 2
Ein polierter P-Typ Si (100) Grundwafer mit einem Durchmesser von 8 Inch wurde unter Wasserstoffumgebung für 1 Stunde getempert.
Dieser Wafer wurde mit einer gemischten Lösung aus Flußsäure und ozonisiertem Wasser gewaschen.
Die Oberflächenrauhigkeit (Mikrorauhigkeit) und Abwesenheit/Gegenwart der Stufen- und Terrassenstruktur dieses Wafers wurden in derselben Weise wie in Beispiel 1 bewertet.
Tabelle 1 zeigt diese Resultate.
Tabelle 1
In dem Fall, daß die herkömmliche RCA-Reinigung durchgeführt wurde (Vergleichsbeispiel 1) oder die Waferoberfläche mit einer gemischten Lösung aus Flußsäure und ozonisiertem Wasser gewaschen wurde (Vergleichsbeispiel 2), vergrößerte sich, wie Tabelle 1 zeigt, die Oberflächenrauhigkeit auf im wesentlichen dasselbe Niveau wie das eines Wafers, bevor die Temperungsbehandlung durchgeführt wurde. Ferner verschwand die auf der Waferoberfläche ausgebildete Stufen- und Terrassenstruktur durch die Temperungsbehandlung.
Andererseits veränderte sich, wenn die Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser und Reinigung mit Flußsäure durchgeführt wurden (Beispiel 1), die Oberflächenrauhigkeit im Vergleich zur Waferoberflächenrauhigkeit nach der Temperungsbehandlung kaum. Ferner wurde festgestellt, daß die Ebenheit auf atomarem Level, die durch Terrasse und Stufe gebildet wurde, bestehen blieb.
Wie 5 zeigt, zeigte sich, wenn die Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser und die Reinigung mit Flußsäure durchgeführt wurden (Beispiel 1) im wesentlichen die gleiche Neigung wie die PSD nach der Wasserstofftemperungsbehandlung, so daß zu erkennen war, daß die Mikrorauhigkeit bestehen blieb.
Andererseits war nach SC-1 (Vergleichsbeispiel 1) kein PSD-Peak, der von der Stufen- und Terrassenstruktur herrührte, in der Nähe der Raumfrequenz von 2/μm erkennbar, was anzeigte, daß die Stufen- und Terrassenstruktur verschwunden war.
Beispiel 2
Nach der Oxidationsbehandlung und der Reinigung des Beispiels 1 wurde die Eigenschaft der Druckfestigkeit des Waferoxidfilms (TDDB) bewertet.
Dabei wurden für die TDDB-Bewertung wiederholt Spannungen an jede der 80 Zellen angelegt, unter der Bedingung, daß die Dicke des Gateoxidfilms 10 nm ist, eine Elektrodenfläche 1 mm² ist, die angelegte Spannung 9 MV/cm ist, die Anwendungszeit 100 Sekunden und die Temperatur 120°C war, und die Zahl der Zellen, in welcher ein anfänglicher Zufallsdefekt auftrat, wurde gemessen.
Tabelle 2 zeigt dieses Ergebnis.
Vergleichsbeispiele 3 und 4 Die Bewertung der Druckfestigkeit des Waferoxidfilms (TDDB) nach der Reinigung in den Vergleichsbeispielen 1, 2 wurde in derselben Weise wie in Beispiel 2 durchgeführt.
Tabelle 2 zeigt das Resultat.
Tabelle 2
Wie Tabelle 2 zeigt, war die Oberflächenrauhigkeit des Wafers beträchtlich und die Stufen- und Terrassenstruktur verschwunden, wie in Vergleichsbeispiel 1 von Tabelle 1 gezeigt, wenn die RCA-Reinigung durchgeführt wurde (Vergleichsbeispiel 3) und wenn die Reinigung mit einer gemischten Lösung aus Flußsäure und ozonisiertem Wasser durchgeführt wurde (Vergleichsbeispiel 4). Es war somit erkennbar, daß sich die Eigenschaft der Druckfestigkeit des Oxidfilms in Folge wiederholter Anwendung von 40 Mall oder mehr verschlechterte.
Andererseits blieb, wenn die Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser und die Reinigung mit Flußsäure durchgeführt wurden (Beispiel 2), die Ebenheit auf atomarem Level, die aus Terrassen und Stufen bestand, nach der Reinigung ebenso bestehen. Es ergab sich somit, daß keine Verschlechterung der Eigenschaft der Druckfestigkeit des Oxidfilms erzeugt wurde trotz wiederholter Anwendungen von bis zu 50 Mal.
Beispiel 3
Ein polierter P-Typ Si (100) Wafer, dessen Abweichungswinkel in <100>-Richtung weniger als 0,04° war, wurde für 1 Stunde unter Wasserstoffumgebung bei 1.200°C getempert.
Dieser Probenwafer wurde für 30 Sekunden mit 20 ppm ozonisiertem Wasser oxidiert, wobei der in 4 gezeigte Einzelwafer-Schleuderreinigungssystem-Apparat verwendet wurde, und gewaschen unter Änderung der Reinigungszeit, wobei 1 % Flußsäure verwendet wurde.
Ob sich die Oberfläche des Probenwafers beim Reinigen mit Flußsäure in hydrophob änderte, wurde visuell beobachtet.
Tabelle 3 zeigt das Ergebnis. In Tabelle 3 zeigt O an, daß die Waferoberfläche in hydrophob geändert war, x zeigt an, daß die Waferoberfläche hydrophil war und Δ zeigt einen Zwischenzustand zwischen beiden an.
Direkt nach der Reinigung mit Flußsäure wurde der Probenwafer mit 20 ppm ozonisiertem Wasser für 30 Sekunden oxidiert.
Nach Beendigung der Reinigung wurden die Oberflächenstruktur des Probenwafers (3 μm × 3 μm) und die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (R_ms) mit dem Atomkraftmikroskop (AFM) gemessen.
Tabelle 3 zeigt diese Resultate.
Tabelle 3
Als Ergebnis der zuvor beschriebenen Reinigung war zu erkennen, daß die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (R_ms) abhängig von der Reinigungszeit mit Flußsäure differierte, wie in Tabelle 3 gezeigt, obwohl in Beispiel 3 die Stufen- und Terrassenstruktur eines Siliciumwafers direkt nach der Wasserstofftemperung auf jedem Probenwafer bestehen blieb.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, ist es ferner bevorzugt, um die Oberflächenstruktur des wasserstoffgetemperten Siliciumwafers vollständig bestehen zu lassen, die Reinigungszeit mit Flußsäure ausreichend zu verlängern, um die Waferoberfläche hydrophob zu halten.
Referenzbeispiel
Wie in Beispiel 3 wurde ein Probenwafer, der den Oxidationsbehandlungsprozeß mit ozonisiertem Wasser und den Flußsäure-Reinigungsprozeß durchlief, der Oxidationsbehandlung mit 20 ppm ozonisiertem Wasser unterzogen.
Nach Beendigung der Reinigung wurden die Oberflächenstruktur und durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (R_ms) des Probenwafers (3 μm × 3 μm) mit einem Atomkraftmikroskop (AFM) gemessen.
Zum Vergleich wurde für den wasserstoffgetemperten Wafer und den mit 20 ppm ozonisiertem Wasser oxidierten Wafer nach der Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser und Reinigung mit Flußsäure und anschließende Reinigung mit extrareinem Wasser für 30 Sekunden, sowie für den oben erwähnten gewaschenen Wafer der Zusammenhang zwischen seiner Raumfrequenz (/μm) und dem Leistungsspektrum (PSD) (nm³) in 6 dargestellt.
Im Ergebnis war, obwohl die Stufen- und Terrassenstruktur des Siliciumwafers direkt nach der Wasserstofftemperung bestehen blieb, die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (R_ms) 0,15 nm.
Wenn die Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser nach dem Reinigen mit Flußsäure durchgeführt wurde, wie durch einen Grafen von 6 gezeigt, zeigte sich im wesentlichen dieselbe Neigung wie die PSD nach der Wasserstofftemperung, und so ergab sich, daß die Mikrorauhigkeit bestehen blieb.
Andererseits war, wenn die Reinigung mit extrareinem Wasser nach der Reinigung mit Flußsäure durchgeführt wurde, ein PSD-Peak, der von der Stufen- und Terrassenstruktur herrührte, in der Nähe der Raumfrequenz von 2/μm erkennbar, im Vergleich zum PSD-Peak nach der Wasserstofftemperungsbehandlung. Die Verschlechterung der Mikrorauhigkeit war jedoch bei einer Raumfrequenz von mehr als 3/μm bemerkenswert und es ergab sich, daß sich eine Zahl von Vorsprüngen auf der Terrassenfläche gebildet hatte.
Um folglich die Oberflächenstruktur des wasserstoffgetemperten Siliciumwafers vollständiger bestehen zu lassen, ist es bevorzugt, Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser ohne jede Reinigungsbehandlung mit reinem Wasser oder dergleichen direkt nach der Reinigung mit reinem Wasser oder dergleichen durchzuführen.
Wie oben beschrieben, ist es nach dem erfindungsgemäßen Siliciumwafer-Reinigungsverfahren möglich, an der Oberfläche anhaftende Verunreinigungen, wie Partikel und metallische Fremdstoffe, zu entfernen, wobei die Oberflächenstruktur des durch Tempern auf atomaren Level eingeebneten Siliciumwafers bestehen bleibt.
Nach dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren kann dadurch, daß die Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser nach der Oxidationsbehandlung mit ozonisiertem Wasser und der Reinigung mit Flußsäure durchgeführt wird, eine Einebnung auf atomaren Level vollständig erzielt werden.
Folglich ist es, weil ein Wafer, der nach den erfindungsgemäßen Verfahren gewaschen wurde, nach dem Tempern seine Mikrorauhigkeit beibehält und hinsichtlich seiner Eigenschaft der Druckfestigkeit des Oxidfilms herausragt, möglich, einen Siliciumwafer vorzugsweise für die Bildung einer ausgezeichneten Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Claims

Reinigungsverfahren für einen getemperten Siliciumwafer, das die Schritte der Oxidation eines Siliciumwafers mit ozonisiertem Wasser und die Reinigung des oxidierten Siliciumwafers mit Flußsäure umfaßt, wodurch ein Siliciumwafer erhalten wird, dessen Mikrorauhigkeit unter einer Raumfrequenz von 20/μm 0,3 bis 1,5 nm³, bezogen auf die Leistungsspektrumsdichte, ist.
Reinigungsverfahren gemäß Anspruch 1, das ferner die Schritte der Oxidation mit ozonisiertem Wasser direkt nach dem Oxidationsschritt und dem Reinigungsschritt mit Flußsäure umfaßt.
Reinigungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Dichte des ozonisierten Wassers 10 bis 60 ppm ist.
Reinigungsverfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Dichte der Flußsäure 0,5 bis 2 % ist.