DE112010002718B4 - Verfahren zur reinigung eines siliciumwafers sowie verfahren zur herstellung eines epitaktischen wafers unter verwendung des reinigungsverfahrens - Google Patents

Verfahren zur reinigung eines siliciumwafers sowie verfahren zur herstellung eines epitaktischen wafers unter verwendung des reinigungsverfahrens Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche (1a) eines Siliziumwafers (1) nachdem dieser dem Spiegelpolieren unterworfen wurde, jedoch bevor dieser der Bildung einer epitaktischen Schicht (3) darauf unterworfen wird, welches umfasst:einen Ozongasbehandlungsschritt, der SiOunter Zwang durch Verwendung von Ozongas zu SiOoxidiert, wobei das SiOx aus einem auf der Oberfläche (1a) des Siliziumwafers gebildeten amorphen Oxid besteht, und das amorphe Oxid durch Umwandlung von PID (4) gebildet wird, die in einem Spiegelpolierschritt gebildet werden, der den Wafer vor dem Ozongasbehandlungsschritt spiegelpoliert; undeinen Flusssäuregasbehandlungsschritt, in welchem die oxidierte Oberfläche (1a) des Siliziumwafers durch Verwendung von Flusssäuregas aufgelöst und entfernt wird, wobei die O-Konzentration im Ozongas in dem Ozongasbehandlungsschritt 105 g/moder mehr ist und das Flusssäuregas in dem Flusssäuregasbehandlungsschritt hergestellt wird, indem eine Vorratslösung des Flusssäuregases mit Stickstoffgas durchspült wird, wobei die HF-Konzentration der Vorratslösung des Flusssäuregases 48 Gew.-% oder mehr ist, und der Wafer (1) nachdem Flusssäuregasbehandlungsschritt einem Waschschritt unterworfen wird, der Fremdsubstanzen, die auf der Oberfläche (1a) des Siliziumwafers (1) verbleiben, entfernt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines Siliciumwafers, nachdem dieser dem Spiegelpolieren unterworfen wurde, und ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers unter Verwendung des Reinigungsverfahrens, und insbesondere ein Verfahren zur Reinigung eines Siliciumwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers, welches die Oberflächenqualität des epitaktischen Wafers sicherstellen kann.
  • TECHNISCHER HINTERGUND
  • Ein für eine Halbleitervorrichtung zu verwendender Siliciumwafer wird aus einem Siliciumeinkristallingot, der durch das Czochralski-Verfahren oder dergleichen gezogen wird, hergestellt. Im Allgemeinen wird der Einkristallingot zu einer zylindrischen Form in einem Schleifschritt des äußeren Umfangs verarbeitet und in scheibenartige rohe Wafer in einem Schneideschritt geschnitten. Der rohe Wafer wird durch Anphasen des Randbereichs davon anschließend fertig verarbeitet, so dass er einen spezifischen Durchmesser in einem Anphasungsschritt besitzt; die Parallelität der Oberflächen wird in einem Rohpolier-(Läpp)-Schritt durch Polieren gegenüberliegender Oberflächen davon eingestellt; der entstehende Wafer wird der chemischen Entfernung von Verarbeitungsbelastung / -verzug in einem Ätzschritt unterworfen; und wird schließlich zu einer Spiegeloberfläche mit hohem Grad an Ebenheit in einem Spiegelpolier-(Polier)-Schritt mittels mechanisch-chemischem Polieren unter Verwendung eines Poliermittels wie zum Beispiel kolloidaler Siliciumdioxidlösung fertiggestellt. Der Siliciumwafer wird nach dem Spiegelpolieren in einem Waschschritt gereinigt, um Fremdsubstanzen wie zum Beispiel Partikel oder Metalle, die auf der Oberfläche desselben verbleiben, zu entfernen.
  • Im Waschschritt, wie zum Beispiel im Patentdokument 1 gezeigt, wird die Oberfläche durch Ausführen einer Ozonwasserbehandlung, welche die Waferoberfläche durch Verwendung von Ozonwasser oxidiert und einer Verdünnte-Flusssäure-Behandlung, die einen Oxidfilm auf der Waferoberfläche durch Verwendung von verdünnter Flusssäure (eine verdünnte wässrige Lösung von Fluorwasserstoff) entfernt, oder alternatives Wiederholen dieser Behandlungen je nach Bedarf, gewaschen. Danach wird der entstehende Wafer einer Reinwasserbehandlung unter Verwendung von Reinwasser, und schließlich einer Schleudertrocknungsbehandlung unterworfen.
  • Der fertig gereinigte Siliciumwafer wird häufig einer Spezialbehandlung unterworfen, um dessen Eigenschaften der Oberfläche oder der Oberflächenumgebung gemäß dem beabsichtigten Gebrauch einer Halbleitervorrichtung, in welcher der Siliciumwafer angebracht wird, einzustellen. Von diesen Spezialbehandlungen ist die bekannteste eine epitaktische Behandlung bzw. Epitaxiebehandlung zur Dampfabscheidung einer epitaktischen Schicht auf der Oberfläche des Siliciumwafers zur Herstellung eines epitaktischen Wafers bzw.. Epitaxiewafer mit einem auf der Siliciumwaferoberfläche gebildeten epitaktischen Schicht. Der epitaktische Wafer besitzt eine hohe Kristallintegrität und wird aufgrund der hervorragenden Eigenschaften desselben häufig für eine hochintegrierte Halbleitervorrichtung verwendet.
  • In den letzten Jahren sind kleinste konvexe Defekte auf der Siliciumwaferoberfläche, die in der Vergangenheit nicht detektiert werden konnten, als ein Problem erkannt worden, da die Detektierbarkeit von Defekten im Zusammenhang mit dem Fortschritt der Untersuchungsausrüstung und -technologie merklich verbessert worden ist. Solche konvexen Defekte können detektiert werden unter Verwendung eines Waferoberflächendefekt-Inspektionsgeräts (z. B. MAGICS von Lasertec Corporation, Surfscan® SP2 von KLA-Tencor Corporation) und erscheinen in punktartiger oder linearer Form.
  • Es wurde herausgefunden, dass solche kleinsten konvexen Defekte während des Spiegelpolierschritts erzeugt werden, und PIDs (Polishing Induced Defects) genannt werden. Viele der PIDs verbleiben im Reinigungsverfahren, ohne entfernt worden zu sein, und induzieren während der Bildung der epitaktischen Schichten konvexe Defekte auf der Oberfläche des epitaktischen Wafers.
  • Ein Verfahren zum Finish-Polieren eines Siliciumwafers ist in Patentdokument 2 beschrieben, wobei die Polierrate beim Finish-Polieren im letzten Schritt des Spiegelpolierschritts auf 10 nm/min oder weniger eingestellt wird. Dieses Finish-Polierverfahren ist in der Lage, die Erzeugung von PIDs durch Begrenzen der Poliergeschwindigkeit zu unterdrücken.
  • JP H10 - 199 847 A beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Partikeln und Metallverunreinigungen unter Verwendung eines Gasgemischs aus Chlorwasserstoffgas mit Wasserdampf. Die DE 10 2006 020 825 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Schichtenstruktur mit einer geglätteten Zwischenschicht und einer auf der Zwischenschicht aufgebrachten, darüber liegenden Schicht, wobei die Zwischenschicht mit einem gasförmigen Ätzmittel, das Fluorwasserstoff enthält, behandelt wird und die Zwischenschicht unter Erzielen eines Materialabtrages geglättet wird. Die US 6 124 210 A beschreibt ein Verfahren zur Reinigung einer Substratoberfläche vor der Filmbildung durch CVD-Verfahren unter Verwendung eines ozonhaltigen Gases, welches Ozon in Sauerstoff und Tetraethylorthosilikat enthält. Des Weiteren offenbart die US 2004 / 0 080 053 A1 die Bildung einer Struktur auf einem Halbleiterwafer durch Bildung einer dielektrischen Schicht mit einem zurückgesetzten und einem nicht zurückgesetzten Gebiet.
  • LISTE VON ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument 1: JP 2007 - 273 911 A
    • Patentdokument 2: JP 2008 - 205 147 A
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHE AUFGABE
  • Gemäß dem im oben beschriebenen Patentdokument beschriebenen Finish-Polierverfahren ist es schwierig, die Erzeugung von PIDs im Spiegelpolierschritt vollständig zu verhindern, obwohl die Erzeugung von PIDs zu einem gewissen Ausmaß verringert werden kann. Andererseits verbleiben, sofern PIDs im Siliciumwafer nach dem Spiegelpolieren vorliegen, viele der PIDs selbst nach dem Reinigungsverfahren darauf, und induzieren, wie oben beschrieben, konvexe Defekte auf der Oberfläche des epitaktischen Wafers. Daher ist das im oben beschriebenen Patentdokument 2 erwähnte Finish-Polieren zur Sicherstellung der Oberflächenqualität des epitaktischen Wafers unzureichend.
  • Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des oben erwähnten Problems fertiggestellt, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche eines Siliciumwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers bereitzustellen, die in der Lage sind, die Oberflächenqualität des epitaktischen Wafers in ausreichendem Maße dadurch sicherzustellen, dass der Erzeugung PID-induzierter konvexer Defekte auf der Oberfläche des epitaktischen Wafers vorgebeugt wird.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Der Erfinder hat die folgenden Erkenntnisse als Ergebnis detaillierter Überlegungen und verschiedenartiger Tests am Herstellungsverfahren von Siliciumwafern erhalten, um die obige Aufgabe zu lösen.
  • Der Mechanismus der Erzeugung von PIDs im Spiegelpolierschritt ist vermutlich wie folgt: In Schleifmitteln sind während des Spiegelpolierens nicht nur freie Schleifkörner vorhanden, wie zum Beispiel kolloidales Siliciumdioxid, sondern Substanzen, wie zum Beispiel aggregierte Körner, die durch Gelieren der freien Schleifkörner und Partikel, die nicht die freien Schleifkörner sind, gebildet werden. Solche Fremdsubstanzen verursachen eine lokale Druckkonzentration auf die Waferoberfläche, und ein unter Druck befindlicher lokaler Bereich wird in ein amorphes Oxid (SiOx) umgewandelt. Der in das amorphe Oxid umgewandelte lokale Bereich ist, verglichen mit einem nicht transformierten, normalen Si-Bereich, der ihn umgibt, weniger polierbar, so dass sich das Polieren um den lokalen Bereich verzögert, und der lokale Bereich taucht als ein kleinster konvexer Defekt (PID) auf.
  • 1 zeigt schematische Ansichten und illustriert, wie ein konvexer Defekt auf einer Oberfläche eines epitaktischen Wafers aufgrund eines PIDs erzeugt wird, wobei 1(a), 1(b) und 1(c) entsprechend die Fälle nach dem Spiegelpolieren, nach dem Reinigen und nach der epitaktischen Behandlung zeigen.
  • Wird ein PID 4 auf einer Oberfläche 1a eines Siliciumwafers 1 im Spiegelpolierschritt, wie in 1(a) gezeigt, erzeugt, und wird der Siliciumwafer 1 einer Ozonwasserbehandlung und einer Verdünnte-Flusssäure-Behandlung in ähnlicher Weise wie bei einem gewöhnlichen Reinigungsverfahren unterworfen, so wird PID 4 nicht entfernt, sondern nimmt an Höhe zu und verbleibt wie in 1(b) gezeigt. Dies ist der Fall, da PID 4 in das amorphe Oxid umgewandelt wird, und, im Vergleich mit dem nicht transformierten, normalen Si-Bereich um den PID 4 herum, kaum durch die Ozonbehandlung oxidiert, noch durch die Verdünnte-Flusssäure-Behandlung aufgelöst wird. Dies ist der Fall, da die Ätzrate des transformierten PID 4 niedriger ist als die des umgebenden Si-Bereichs.
  • Wird der Siliciumwafer 1 mit dem darauf verbleibenden PID 4 einer epitaktischen Behandlung zum Erhalt eines epitaktischen Wafers unterworfen, so wird eine epitaktische Schicht 3 auf der gesamten Fläche der Oberfläche 1a des Siliciumwafers 1 einschließlich des Bereichs des PID 4 wie in Figur (c) dampfabgeschieden. Demgemäß wird ein leicht projektierender konvexer Defekt 5 auf einer Oberfläche 3a der epitaktischen Schicht 3 im epitaktischen Wafer 2 an einer Stelle, die derjenigen von PID 4 entspricht, erzeugt.
  • 2 zeigt Beobachtungsbilder, die jeweils die Erscheinung eines auf der Oberfläche eines epitaktischen Wafers aufgrund eines PID erzeugten konvexen Defekts zeigen, wobei 2(a) bzw. 2(b) die Erscheinungsbilder nach Spiegelpolieren und epitaktischer Behandlung zeigen. 2(a) zeigt die Oberfläche des Siliciumwafers, nachdem er dem Spiegelpolieren unterworfen worden ist, und 2(b) zeigt die Oberfläche des epitaktischen Wafers, nachdem er dem Waschschritt und epitaktischer Behandlung unterworfen wurde, wobei beide mit der Vorrichtung MAGICS für dasselbe Ansichtsgebiet beobachtet wurden. Die Dicke der epitaktischen Schicht ist 5µm.
  • Wie aus 2(a) und (b) ersichtlich ist, wird ein leicht vorspringender konvexer Defekt auf der Oberfläche des epitaktischen Wafers an einer Stelle erzeugt, die derjenigen des der auf der Oberfläche des Siliciumwafers erzeugten PIDs entspricht, nachdem dieser dem Spiegelpolieren unterworfen wurde.
  • Der Erfinder hat aus diesen Fakten die Folgerung abgeleitet, dass, sofern PIDs im Spiegelpolierschritt erzeugt werden, der Erzeugung von PID-induzierten konvexen Defekten auf der Oberfläche des epitaktischen Wafers vorgebeugt werden kann, wenn die umgewandelten PIDs vor der epitaktischen Behandlung entfernt werden können, und daher hat der Erfinder weitere verschiedenartige Nachforschungen darüber angestellt. Als ein Ergebnis hat der Erfinder gefunden, dass die in das amorphe Oxid (SiOx) umgewandelten PIDs in einem Schritt vor dem Waschschritt unter Zwang durch Ozongas zu SiO2 oxidiert werden können, PIDs, die zu SiO2 umgewandelt wurden, komplett aufgelöst und durch Flusssäuregas entfernt werden können, und ein epitaktischer Wafer, der frei von PID-induzierten konvexen Defekten ist und hervorragende Oberflächenqualität aufweist, folglich hergestellt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde auf Grundlage der oben beschriebenen Erkenntnis fertiggestellt; zusammenfassend besteht die Erfindung aus (1) einem Verfahren zur Reinigung eines Siliciumwafers und (2) einem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers, die im Folgenden beschrieben sind.
  • (1) Ein Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche (1a) eines Siliziumwafers (1) nachdem dieser dem Spiegelpolieren unterworfen wurde, jedoch bevor dieser der Bildung einer epitaktischen Schicht (3) darauf unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst:
    • einen Ozongasbehandlungsschritt, der SiOx unter Zwang durch Verwendung von Ozongas zu SiO2 oxidiert, wobei das SiOx aus einem auf der Oberfläche (1a) des Siliziumwafers gebildeten amorphen Oxid besteht, und das amorphe Oxid durch Umwandlung von PID (4) gebildet wird, die in einem Spiegelpolierschritt gebildet werden, der den Wafer vor dem Ozongasbehandlungsschritt spiegelpoliert; und
    • einen Flusssäuregasbehandlungsschritt, in welchem die oxidierte Oberfläche (1a) des Siliziumwafers durch Verwendung von Flusssäuregas aufgelöst und entfernt wird, wobei die O3-Konzentration im Ozongas in dem Ozongasbehandlungsschritt 105 g/m3 oder mehr ist und das Flusssäuregas in dem Flusssäuregasbehandlungsschritt hergestellt wird, indem eine Vorratslösung des Flusssäuregases mit Stickstoffgas durchspült wird,
    • wobei die HF-Konzentration der Vorratslösung des Flusssäuregases 48 Gew.-% oder mehr ist, und der Wafer (1) wird nach dem Flusssäuregasbehandlungsschritt einem Waschschritt unterworfen, der Fremdsubstanzen, die auf der Oberfläche (1a) des Siliziumwafers (1) verbleiben, entfernt.
  • Im oben genannten Reinigungsverfahren (1) wird bevorzugt, dass der Siliciumwafer in einem dicht verschlossenen Behälter und in einer Atmosphäre aus Ozongas für 60 Sekunden oder mehr im Ozongasbehandlungsschritt gehalten wird, und der Siliciumwafer in einem dicht verschlossenen Behälter und in einer Atmosphäre aus Flusssäuregas für 120 bis 300 Sekunden im Flusssäuregasbehandlungssschritt gehalten wird.
  • Im oben genannten Reinigungsverfahren (1) wird der Siliciumwafer nach dem Flusssäuregasbehandlungsschritt einem Waschschritt unterworfen, der Fremdsubstanzen, die auf der Oberfläche des Siliciumwafers verbleiben, entfernt. In diesem Fall kann im Waschschritt der Siliciumwafer einer Ozonwasserbehandlung und einer Verdünnte-Flusssäure-Behandlung unterworfen werden. Der Siliciumwafer wird vorzugsweise einer Reinwasserbehandlung nach der Ozonwasserbehandlung und der Verdünnte-Flusssäure-Behandlung unterworfen.
  • (2) Ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers umfasst: Dampfabscheiden einer epitaktischen Schicht auf einer Oberfläche eines Siliciumwafers, die durch das oben genannte Reinigungsverfahren (1) gereinigt worden ist.
  • VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Siliciumwafers gemäß der vorliegenden Erfindung können PIDs unter Zwang durch Ausführen des Ozongasbehandlungsschritts oxidiert und durch Ausführen des Flusssäuregasbehandlungsschritts vor der epitakteschen Behandlung aufgelöst und entfernt werden. Daher kann durch Ausführen der epitaktischen Behandlung nach diesen Schritten der Erzeugung von PID-induzierten konvexen Defekten auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht vorgebeugt werden, und es kann ein epitaktischer Wafer mit hervorragender Oberflächenqualität hergestellt werden.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematische Ansichten um zu beschreiben, wie ein konvexer Defekt auf einer Oberfläche eines epitaktischen Wafers aufgrund eines PID erzeugt wird, wobeiFigur 1(a), 1(b) bzw. 1(c) den Fall nach Spiegelpolieren, nach Reinigung und nach epitaktischer Behandlung zeigen.
    • 2 zeigt Beobachtungsbilder, die jeweils die Erscheinung eines konvexen Defekts, der auf einer Oberfläche eines epitaktischen Wafers aufgrund eines PID erzeugt wurde, wobei 2(a) bzw. 2(b) Erscheinungsbilder nach Spiegelpolieren und nach epitaktischer Behandlung zeigen.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel von Behandlungsschritten in einem Siliciumwaferreinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 4 zeigt schematische Ansichten zur Beschreibung des Verhaltens eines PID bei Anwendung eines Siliciumwaferreinigungsverfahrens der vorliegenden Erfindung, wobei 4(a), 4(b) und 4(c) jeweils den Fall nach Spiegelpolieren, nach Reinigung und nach epitaktischer Behandlung zeigen.
    • 5 zeigt Beobachtungsbilder von Waferoberflächen nach relevanten Behandlungen bei einem erfindungsgemäßen Beispiel, wobei 5(a), 5(b) und 5(c) jeweils Bilder nach Spiegelpolieren, nach Reinigungsbehandlung und nach epitaktischer Behandlung zeigen.
    • 6 ist eine Ansicht, die Verteilungen von konvexen Defekten auf Waferoberflächen nach Spiegelpolieren und nach epitaktischer Behandlung zeigen, wobei ein Fall des erfindungsgemäßen Beispiels mit einem eines Vergleichsbeispiels verglichen wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen eines Siliciumwaferreinigungsverfahrens und eines Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Wafers der vorliegenden Erfindung in Einzelheiten beschrieben.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel von Behandlungsschritten in einem Siliciumwaferreinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt. Beim Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Siliciumwafer dem Spiegelpolieren unterworfen, und anschließend einer Ozongasbehandlung im Schritt #5 unter Oxidation der Oberfläche des Siliciumwafers unter Verwendung von Ozongas (O3).
  • Falls zu diesem Zeitpunkt PIDs, die gerade zu amorphem Oxid (SiOx) umgewandelt werden, auf der Waferoberfläche durch das Spiegelpolieren des vorhergehenden Schritts erzeugt werden, so werden die PIDs unter Zwang durch das Ozongas in eine chemische Form von SIO2 oxidiert. Dies ist der Fall, da die O3-Konzentration im Ozongas sehr viel höher ist als im Ozonwasser, das in einem herkömmlichen Reinigungsprozess verwendet wird, und bemerkenswert höhere Oxidationskraft besitzt. Erfindungsgemäß ist die Konzentration des Ozongases 105 g/m3 oder mehr, während die O3-Konzentration des Ozonwassers im Allgemeinen bevorzugt etwa 15 ppm (15 g/m3) beträgt.
  • Diese Ozongasbehandlung kann in effizienter Weise ausgeführt werden durch Einbringen des Siliciumwafers in einen dicht verschlossenen Behälter und Aufrechterhalten einer Ozongasatmosphäre auf der Innenseite des Behälters für 60 Sekunden oder mehr. Während der Ozongasbehandlung kann das Ozongas auf die Oberfläche des Siliciumwafers, der innerhalb des dicht verschlossenen Containers aufbewahrt wird, gesprüht werden.
  • Im Schritt #10 wird eine Flusssäuregasbehandlung unter Verwendung von Flusssäuregas ausgeführt, um die oxidierte Oberfläche des Siliciumwafers nach der Ozongasbehandlung aufzulösen und zu entfernen.
  • Zu diesem Zeitpunkt werden die PIDs, die durch die Ozongasbehandlung in SiO2 umgewandelt worden sind, aufgelöst und durch das Flusssäuregas entfernt. Dies ist der Fall, da die HF-Konzentration im Flusssäuregas sehr viel höher ist als in der verdünnten Flusssäure, die in einem gewöhnlichen Reinigungsprozess verwendet wird, und eine bemerkenswert höhere Ätzrate besitzt. Erfindungsgemäß beträgt die HF-Konzentration der Vorratslösung des Flusssäuregases 48 Gew.-% oder mehr, während die HF-Konzentration der verdünnten Flusssäure im Allgemeinen bevorzugt bei etwa 1 Gew.-% liegt. Die Vorratslösung wird verwendet und mit Stickstoffgas durchspült, wodurch das Flusssäuregas hergestellt wird.
  • Die Flusssäuregasbehandlung kann in effizienter Weise ausgeführt werden durch Einbringen des Siliciumwafers in einen dicht verschlossenen Behälter und Aufrechterhalten einer Flusssäuregasatmosphäre für 120 bis 300 Sekunden auf der Innenseite des Behälters. Bei der Flusssäuregasbehandlung kann das Flusssäuregas auf die Oberfläche des im dicht verschlossenen Behälter aufbewahrten Siliciumwafers gesprüht werden.
  • Danach wird über die Schritte #15 bis #30 ein Waschen ausgeführt, um Fremdsubstanzen wie zum Beispiel Oxide, Partikel und Metalle, die auf der Waferoberfläche verbleiben, zu entfernen.
  • Genauer wird ähnlich zu dem gewöhnlichen Waschschritt die Ozonwasserbehandlung in Schritt #15 ausgeführt, um die Waferoberfläche unter Verwendung von Ozonwasser zu oxidieren, und die verdünnte-Flusssäure-Behandlung wird nachfolgend in Schritt #20 ausgeführt, um den Oxid der Waferoberfläche durch Verwendung von verdünnter Flusssäure zu entfernen, wodurch die Waferoberfläche gewaschen wird. Des weiteren wird in Schritt #25 die Waferoberfläche durch eine Reinwasserbehandlung unter Verwendung von Reinwasser gespült und schließlich einer Schleudertrocknungsbehandlung in Schritt #30 unterworfen.
  • Ein beliebiges Verfahren, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ozonwasserbehandlung, Verdünnte-Flusssäure-Behandlung und Reinwasserbehandlung kann ausgeführt werden durch Eintauchen des Siliciumwafers in die passende Behandlungslösung oder Aufsprühen der passenden Behandlungslösung auf die Waferoberfläche.
  • Die Ozonwasserbehandlung aus Schritt #15 und die Verdünnte-Flusssäure-Behandlung aus Schritt #20 kann abwechselnd wiederholt werden, und die Ozonwasserbehandlung aus Schritt #15 kann genau vor der Reinwasserbehandlung aus Schritt #25 ausgeführt werden.
  • Als für die Ozonwasserbehandlung zu verwendendes Ozonwasser wird ein solches mit einer O3-Konzentration von etwa 10 bis 15 ppm (10 bis 15 g/m3) eingesetzt, und als für die Verdünnte-Flusssäure-Behandlung verwendete Flusssäure kann eine solche mit einer HF-Konzentration von etwa 0,5 bis 1 Gew.-% eingesetzt werden. Anstelle der Ozonwasserbehandlung als Schritt #15 und der Verdünnte-Flusssäure-Behandlung als Schritt #20 kann die Oberfläche gereinigt werden durch eine Behandlung unter Verwendung einer Mischung aus Ozonwasser und verdünnter Flusssäure.
  • Anstelle der Ozonwasserbehandlung aus Schritt # 15 und der Verdünnte-Flusssäure-Behandlung aus Schritt # 20 kann die Waferoberfläche durch eine Behandlung unter Verwendung eines sogenannten SC-1-Detergens gewaschen werden, welches erhalten wird durch Mischen von Ammoniakwasser (NH4OH) mit Wasserstoffperoxid (H2O2). Dieses SC-1-Detergens wird hergestellt durch Mischen derselben in einem Verhältnis von NH4OH : H2O2 : H2O=1 : 1-5 : 5-50.
  • Nachdem diese aufeinanderfolgenden Behandlungen beendet sind, wird eine epitaktische Behandlung bzw. Epitaxiebehandlung ausgeführt. Bei der Epitaxiebehandlung wird der Siliciumwafer nach der Reinigung in einen Reaktionsofen für einen einzelnen Wafer verbracht und 1000°C oder höher erhitzt, während ein Trägergas (z. B. Wasserstoff(H2)) in den Reaktionsofen gemeinsam mit einem SI-haltigen Quellgas (z. B. Siliciumtetrachlorid (SiCl4), Trichlorsilan (Si-HCl3)) eingeführt. Demgemäß kann eine epitaktische Schicht als Einkristallsiliciumfilm auf der Waferoberfläche dampfabgeschieden werden.
  • 4 zeigt schematische Ansichten zur Beschreibung des Verhaltens eines PID wenn ein Siliciumwaferreinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, wobei 4(a), 4(b) und 4(c) jeweils den Fall nach Spiegelpolieren, nach Reinigung und nach epitaktischer Behandlung zeigen.
  • Wird ein PID 4 auf einer Oberfläche 1a eines Siliciumwafers 1 im Spiegelpolierschritt erzeugt, wie in 4(a) gezeigt, und wird der Siliciumwafer 1 in der oben genannten Ozongasbehandlung und Flusssäuregasbehandlung unterworfen, so wird der PID 4 durch die Ozongasbehandlung unter Zwang oxidiert, und vollständig aufgelöst und durch die Flusssäuregasbehandlung wie in 4(b) gezeigt, entfernt. Demgemäß wird ein konkaver Bereich 6 auf der Oberfläche 1a des Siliciumwafers an einer Stelle gebildet, an der der PID 4 ursprünglich existierte.
  • Wird der Siliciumwafer 1 der epitaktischen Behandlung nach der oben benannten Ozonwasserbehandlung, der Verdünnte-Flusssäure-Behandlung, der Reinwasserbehandlung und der Schleudertrocknungsbehandlung weiter unterworfen, so wird eine epitaktische Schicht 3 auf der gesamten Fläche der Oberfläche des Siliciumwafers 1 einschließlich der Stelle des konkaven Bereichs 6 dampfabgeschieden, wie in 4(c) gezeigt. Demgemäß kann der epitaktische Wafer 2 in ausreichendem Maße die Oberflächenqualität ohne Erzeugung PID-induzierter konvexer Defekte auf einer Oberfläche 3a der epitaktischen Schicht 3 sicherstellen. Es sollte zur Kenntnis genommen werden, dass der Siliciumbereich des Wafers 1 leichter durch das Ozongas oxidiert und leichter durch das Flusssäuregas aufgelöst und entfernt wird im Vergleich zum Fall des PID 4. Als ein Ergebnis wird die Tiefe des konkaven Bereichs 6 flach, da die Entfernung der Oberfläche 1a des Siliciumbereichs des Wafers 1 zu einer Zeit, zu der PID 4 entfernt wird, beträchtlich fortschreitet. Daher kann die Oberfläche 3a der epitaktischen Schicht 3 zu einer flachen Oberfläche verarbeitet werden, ohne dass ein Graben an einer Stelle entsprechend derjenigen des konkaven Bereichs 6 erzeugt wird.
  • Beim Verfahren zur Reinigung eines Siliciumwafers der vorliegenden Erfindung ist die benötigte Zeit für die Ozongasbehandlung nicht in besonderer Weise festgelegt, wird jedoch vorzugsweise auf 60 Sekunden oder mehr, stärker bevorzugt auf 150 Sekunden oder mehr festgesetzt, da eine übermäßig kurzzeitige Behandlung eine unzureichende Oxidation der PIDs unter Zwang zur Folge hat.
  • Die für die Flusssäuregasbehandlung benötigte Zeit ist nicht in besonderer Weise festgelegt, wird jedoch vorzugsweise auf 120 bis 300 Sekunden festgelegt, da eine übermäßig kurzzeitige Behandlung zu unzureichender Umwandlung von PIDs zu Konkaven zur Folge hat, da eine unzureichende Auflösung der gezwungenermaßen oxidierten PIDs auftritt. In diesem Fall wird die Zeit auf 300 Sekunden oder weniger festgelegt, da eine übermäßig langzeitige Behandlung zu Trübung (Oberflächenrauhung) auf der Waferoberfläche führt.
  • Das Verfahren zur Reinigung eines Siliciumwafers der vorliegenden Erfindung ist zur Herstellung eines epitaktischen Wafers mit einer epitaktischen Schicht, die 0,5 bis 10 µm dünn ist, geeignet. Dies ist der Fall, da selbst bei Vorliegen von PIDs auf der Waferoberfläche PID-induzierte konvexe Defekte nach und nach gemäß dem Wachstum der epitaktischen Schicht abgeflacht werden, d.h. die PID-induzierten konvexen Defekte tauchen im Fall einer dünnen epitaktischen Schicht leichter auf als im Fall einer dicken epitaktischen Schicht.
  • BEISPIELE
  • Die folgenden Tests wurden ausgeführt, um die Wirkung des Verfahrens zur Reinigung eines Siliciumwafers und des Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Wafers der vorliegenden Erfindung zu bestätigen.
  • Als ein erfindungsgemäßes Beispiel wurden 5 Wafer mit jeweils 300 mm Durchmesser zum Test hergestellt, die dem Spiegelpolieren unterworfen wurden. Jeder Testwafer wurde durch Ausführen jedes in der oben erwähnten 3 gezeigten Schritts gereinigt, und anschließend einer epitaktischen Behandlung unterworfen. Bei der Reinigung wurden eine 60-Sekunden Ozongasbehandlung und eine 120-Sekunden Flusssäuregasbehandlung ausgeführt, anschließend eine 10-Sekunden Ozonwasserbehandlung und eine 3-Sekunden Verdünnte-Flusssäure-Behandlung zwei Mal ausgeführt, gefolgt von einer zweiten 10-Sekunden Ozonwasserbehandlung, und eine 10-Sekunden Reinwasserbehandlung und eine 25-Sekunden Schleudertrocknungsbehandlung wurden hernach ausgeführt. Bei der epitaktischen Behandlung wurde SiHCl3 als Quellgas verwendet, und eine epitaktische Schicht mit 5µm Dicke bei einer Reaktionsofentemperatur von 1130°C dampfabgeschieden.
  • Bei jedem Schritt der Spiegelpolierbehandlung (nach der Reinigungsbehandlung und nach der epitaktischen Behandlung) wurde die Oberfläche jedes Testwafers unter Verwendung des oben genannten MAGICS-Systems beobachtet, und die Anzahl konvexer Defekte auf der Oberfläche jedes Testwafers wurde unter Verwendung des oben genannten Surfscan SP2 untersucht.
  • Als Vergleichsbeispiel wurden 5 Testwafer mit jeweils 300 mm Durchmesser hergestellt, die dem Spiegelpolieren unterworfen wurden, und jeder Testwafer wurde einer epitaktischen Behandlung nach dem Reinigen unterworfen. Beim Waschen gemäß dem Vergleichsbeispiel wurden die Ozongasbehandlung und Flusssäuregasbehandlung in der Waschbehandlung des erfindungsgemäßen Beispiels ausgelassen. Ähnlich zum erfindungsgemäßen Beispiel wurden die Oberflächenuntersuchung jedes Testwafers und die Untersuchung der Anzahl konvexer Defekte auf jeder Waferoberfläche ausgeführt.
  • 5 zeigt Untersuchungsbilder der Waferoberflächen nach passenden Behandlungen gemäß erfindungsgemäßem Beispiel, wobei 5(a), 5(b) und 5(c) jeweils Bilder nach Spiegelpolieren, nach Reinigungsbehandlung und nach epitaktischer Behandlung zeigen. 5(a) bis 5(c) zeigen die Bilder nach passenden Behandlungen des gleichen Wafers, die innerhalb des gleichen Sichtfelds beobachtet wurde.
  • Es konnte bestätigt werden, dass durch Spiegelpolieren erzeugte PIDs (siehe 5(a)) durch Reinigung einschließlich Ozongasbehandlung und Flusssäuregasbehandlung entfernt werden, und konkave Bereiche werden an den entsprechenden Stellen gebildet (vergleiche 5(b)). Demgemäß wurde gezeigt, dass in keinem Fall PID-induzierte konvexe Defekte auf der Oberfläche der epitaktischen Schicht erzeugt wurden.
  • 6 ist eine Ansicht, die Verteilungen konvexer Defekte auf Waferoberflächen nach Spiegelpolieren und nach epitaktischer Behandlung zeigt, wobei die Fälle des erfindungsgemäßen Beispiels mit einem Vergleichsbeispiel verglichen werden. Wie durch schwarze Punkte in dieser Figur angedeutet, wurden PIDs als konvexe Defekte über die gesamt Fläche der Waferoberfläche nach Spiegelpolieren sowohl beim erfindungsgemäßen Beispiel als auch beim Vergleichsbeispiel erzeugt.
  • Jedoch wurde kein konvexer Defekt auf der Waferoberfläche nach einer epitaktischen Behandlung des erfindungsgemäßen Beispiels beobachtet. Andererseits wurden nach der epitaktischen Behandlung des Vergleichsbeispiels konvexe Defekte auf der Waferoberfläche an Stellen beobachtet, die den Erzeugungsstellen der PIDs nach Spiegelpolieren entsprachen, und etwa 30% der PIDs nach Spiegelpolieren führten zur Induktion konvexer Defekte.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß dem Verfahren zur Reinigung eines Siliciumwafers der vorliegenden Erfindung können vor einer epitaktischen Behandlung PIDs unter Zwang durch eine Ozongasbehandlung oxidiert und durch eine Flusssäuregasbehandlung aufgelöst und entfernt werden, und auf der Waferoberfläche verbleibende Fremdsubstanzen können durch eine Waschbehandlung ebenfalls entfernt werden. Daher kann durch Ausführen einer nachfolgenden epitaktischen Behandlung der Erzeugung PID-induzierter konvexer Defekte auf der Oberfläche einer epitaktischen Schicht vorgebeugt werden, und ein epitaktischer Wafer mit hervorragender Oberflächenqualität kann somit hergestellt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1:
    Siliciumwafer
    1a:
    Oberfläche des Siliciumwafers
    2:
    epitaktischer Wafer
    3:
    epitaktische Schicht
    3a:
    Oberfläche der epitaktischen Schicht
    4:
    PID
    5:
    PID-induzierter konvexer Defekt
    6:
    konkaver Bereich

Claims (4)

  1. Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche (1a) eines Siliziumwafers (1) nachdem dieser dem Spiegelpolieren unterworfen wurde, jedoch bevor dieser der Bildung einer epitaktischen Schicht (3) darauf unterworfen wird, welches umfasst: einen Ozongasbehandlungsschritt, der SiOx unter Zwang durch Verwendung von Ozongas zu SiO2 oxidiert, wobei das SiOx aus einem auf der Oberfläche (1a) des Siliziumwafers gebildeten amorphen Oxid besteht, und das amorphe Oxid durch Umwandlung von PID (4) gebildet wird, die in einem Spiegelpolierschritt gebildet werden, der den Wafer vor dem Ozongasbehandlungsschritt spiegelpoliert; und einen Flusssäuregasbehandlungsschritt, in welchem die oxidierte Oberfläche (1a) des Siliziumwafers durch Verwendung von Flusssäuregas aufgelöst und entfernt wird, wobei die O3-Konzentration im Ozongas in dem Ozongasbehandlungsschritt 105 g/m3 oder mehr ist und das Flusssäuregas in dem Flusssäuregasbehandlungsschritt hergestellt wird, indem eine Vorratslösung des Flusssäuregases mit Stickstoffgas durchspült wird, wobei die HF-Konzentration der Vorratslösung des Flusssäuregases 48 Gew.-% oder mehr ist, und der Wafer (1) nach dem Flusssäuregasbehandlungsschritt einem Waschschritt unterworfen wird, der Fremdsubstanzen, die auf der Oberfläche (1a) des Siliziumwafers (1) verbleiben, entfernt.
  2. Verfahren zu Reinigung einer Oberfläche (1a) eines Siliziumwafers gemäß Anspruch 1, dadurch charakterisiert, dass der Siliziumwafer (1) in einem dicht verschlossenen Behälter und in einer Atmosphäre aus Ozongas für 60 Sekunden oder mehr im Ozongasbehandlungsschritt gehalten wird, und der Siliziumwafer (1) in einem dicht verschlossenen Behälter und in einer Atmosphäre aus Flusssäuregas für 120 bis 300 Sekunden im Flusssäuregasbehandlungschritt gehalten wird.
  3. Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche (1a) eines Siliziumwafers (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch charakterisiert, dass im Waschschritt der Siliziumwafer einer Ozonwasserbehandlung und einer Verdünnte-Flußsäure-Behandlung unterworfen wird.
  4. Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Wafers (2), dadurch charakterisiert, dass es umfasst: ein Dampfabscheiden einer epitaktischen Schicht (3) auf einer Oberfläche (1a) eines Siliziumwafers (1), der durch das Verfahren zur Reinigung einer Oberfläche eines Siliziumwafers gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3 gereinigt worden ist.
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