DE112010003353T5

DE112010003353T5 - Verfahren zur Herstellung von epitaktischen Siliziumwafern

Info

Publication number: DE112010003353T5
Application number: DE112010003353T
Authority: DE
Inventors: Yuichi Nakayoshi; Shinichi Ogata; Kazushige Takaishi; Hironori NISHIMURA; Shigeru Okuuchi; Shunsuke Mikuriya
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2010-08-20
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-08-21
Also published as: KR20120030533A; US8728942B2; WO2011021691A1; KR101286171B1; DE112010003353B4; TWI498954B; TW201133598A; US20120156878A1

Abstract

Das Spiegelpolieren einer vorderen Oberfläche eines Siliziumwafers unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, bestehend aus einer schleifkörnerfreien alkalischen Lösung, umfassend wasserlösliche Polymere, verbessert die Oberflächenrauhigkeit der vorderen Waferoberfläche, vereinfacht das Polierverfahren und führt so zu einer Zunahme der Produktivität und einer Kostenreduzierung, und erlaubt die Verringerung der LPD-Dichte, die der Verarbeitung zuzuschreiben ist, und auf der vorderen Oberfläche eines spiegelpolierten Wafers auftritt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, genauer: ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers mittels Gasphasenabscheidung eines epitaktischen Films an einer spiegelpolierten Oberfläche eines Siliziumwafers.
STAND DER TECHNIK
Ein epitaktischer Siliziumwafer ist z. B. als Substrat zur Herstellung einer bipolaren integrierten Schaltkreis-Vorrichtung bekannt. Hier wird ein mehrere μm dicker N-leitender epitaktischer Film aus monokristallinem Silizium auf einen P-leitenden Siliziumwafer mit geringem Widerstand (ca. 0,01 Ω cm) aufgedampft.
Ein Siliziumwafer mit einer spiegelpolierten Oberfläche wird durch Scheibenschnitt eines nach der Czochralski-Methode (CZ) gezogenen monokristallinen Silizium-Ingots hergestellt; danach wird der erzeugte Siliziumwafer angefast, geläppt (zugeschnitten) und geätzt und im Anschluss hieran wird die Polierung einer Waferoberfläche durchgeführt.
Bei einem allgemein angewandten Polierverfahren werden an der Oberfläche des Siliziumwafers nacheinander ein erster Polierschritt, ein zweiter Polierschritt und ein Endpolierschritt und nach jedem Polierschritt eine Reinigung durchgeführt. Beim Polieren wird die Waferoberfläche einem mehrstufigen Polierprozess unterzogen – z. B. werden die Schleifkörner mit jedem Schritt feiner und der Polierstoff weist eine geringere Härte auf, so dass die Oberflächenrauheit der Waferoberfläche einen niedrigeren Wert annimmt.
Bei einem solchen in mehreren Schritten durchgeführten Präzisionspolierverfahren werden Polieren und Reinigung allerdings in jedem Schritt wiederholt und daher wird die Polierzeit bei einem niederohmigen Wafer mit größerer Härte erhöht. Infolgedessen verringert sich die Ebenheit der Siliziumwaferoberfläche, es bilden sich Grübchen auf der Waferoberfläche und es kommt zu Absenkungen und zyklischer Unebenheit an den Außenrandabschnitten des Siliziumwafers. Es besteht auch das Problem, dass der mehrstufige Siliziumwafer-Polierprozess einschließlich des ersten Polierschritts, des zweiten Polierschritts und des Endpolierschritts usw. kostspielig ist.
Als herkömmliche Technik zur Lösung des oben genannten Problems ist die in Patentdokument 1 beschriebene Technik bekannt. Bei dieser Technik wird eine Oberfläche eines Siliziumwafers nach dem Ätzen nur einem ersten Polierschritt unterzogen und ein epitaktischer Film wird auf die polierte Oberfläche aufgedampft. Beim ersten Polierschritt wird z. B. eine Polierflüssigkeit verwendet, die ungebundene Schleifkörner aus kolloidalem Siliziumdioxid usw. enthält. Die Rauheit einer im ersten Schritt spiegelpolierten Oberfläche, ermittelt durch Messung einer Messfläche von 1 μm × 1 μm durch ein Rasterkraftmikroskop, hat einen Effektivwert von mindestens 0,3 nm und höchstens 1,2 nm.
Patentdokument 1: Japanisches Patent, Veröffentlichungs-Nr. 3120825
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
In der beim ersten Spiegelpolieren nach Patentdokument 1 verwendeten Polierflüssigkeit sind allerdings ungebundene Schleifkörner enthalten. Nach dem ersten Polierschritt hat die Oberfläche des Siliziumwafers daher eine Oberflächenrauheit von mindestens 0,3 nm als Effektivwert, wie sich aus der Messung der 1 μm × 1 μm großen Messfläche mittels Rasterkraftmikroskop ergibt. Dieser Wert wird den jüngsten Fortschritten in der schnellen Bauteilintegration nicht gerecht. Außerdem ist der Effektivwert für die große Messfläche von 10 μm × 10 μm extrem hoch und die Rauheit der Oberfläche des anschließend gebildeten epitaktischen Films gleichfalls extrem groß.
Auch in dem Fall, dass, wie in Patentdokument 1 beschrieben, der erste Spiegelpolierschritt einer Waferoberfläche unter Verwendung einer Polierflüssigkeit durchgeführt wird, die ungebundene Schleifkörner enthält, entstehen neue Bearbeitungsschäden auf Grund mechanischer Vorgänge während des Spiegelpolierens auf einem Oberflächenschicht-Abschnitt des Wafers. Es besteht daher das Problem, dass zahlreiche Bearbeitungsschäden von mindestens ca. 5 nm Tiefe auf der dem ersten Spiegelpolierschritt unterzogenen Oberfläche auftreten und sich dadurch der Gateoxidintegritätswert verringert. Darüber hinaus bilden sich auf Grund der ungebundenen Schleifkörner in der Polierflüssigkeit auch bearbeitungsbedingte Defekte wie Mikrokratzer usw. auf der dem ersten Spiegelpolierschritt unterzogenen Oberfläche des Siliziumwafers. Infolge dieser Defekte bilden sich zahlreiche LPD (Lichtpunktdefekte) auf der dem ersten Spiegelpolierschritt unterzogenen Oberfläche. Wenn auf einer solchen Waferoberfläche ein epitaktischer Film gebildet wird, besteht das Problem, dass die Dichte der auf der Oberfläche des epitaktischen Films beobachteten LPDs ansteigt. Genauer gesagt, bilden sich mindestens 1000 LPDs von einer Größe von mindestens 130 nm je einzelnem Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm.
Infolge intensiver Forschung hat der Erfinder herausgefunden, dass durch die Verwendung einer Polierflüssigkeit, der ein wasserlösliches Polymer zugesetzt wurde und die keine ungebundenen Schleifkörner enthält, zum Spiegelpolieren einer Oberfläche eines Siliziumwafers und anschließende Aufdampfung eines epitaktischen Films auf die Waferoberfläche sämtliche oben genannten Probleme gelöst werden, und ist damit zur Vollendung der vorliegenden Erfindung gelangt.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, der einen epitaktischen Film mit einer niedrigen LPD-Dichte und einer geringen Oberflächenrauheit aufweist, und zwar durch Verringerung der Dichte der bearbeitungsbedingten LPDs, die sich auf einer spiegelpolierten Oberfläche eines Siliziumwafers bilden, und durch Verringerung der Oberflächenrauheit der Waferoberfläche.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers bereitgestellt, wobei eine Oberfläche eines Siliziumwafers spiegelpoliert wird, und zwar unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält und der ein wasserlösliches Polymer zugesetzt ist, und nach dem Spiegelpolieren ein epitaktischer Film auf die spiegelpolierte Oberfläche des Siliziumwafers aufgedampft wird,
Im Einzelnen wird gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Spiegelpolieren vorzugsweise ein erster Polierschritt, bei dem eine Erstpolierflüssigkeit, zu deren Hauptbestandteilen die wässrige alkalische Lösung gehört, mit Schleifkörnern, die dazu dienen, einen auf der Siliziumwaferoberfläche gebildeten Oxidfilm zu entfernen, verwendet wird, und das Spiegelpolieren als zweiter Polierschritt durchgeführt, indem die oben beschriebene Polierflüssigkeit als Zweitpolierflüssigkeit verwendet wird.
Im Rahmen dieser Erfindung handelt es sich außerdem bei dem der wässrigen alkalischen Lösung zugesetzten wasserlöslichen Polymer vorzugsweise um Hydroxyethylzellulose oder um Polyethylenglykol.
Darüber hinaus beträgt die Konzentration des wasserlöslichen Polymers bei dieser Erfindung vorzugsweise 0,01 ppm bis 1000 ppm.
Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung die wässrige alkalische Lösung vorzugsweise auf einen pH-Wert von pH 8 bis pH 14 angepasst, und bei der wässrigen alkalischen Lösung handelt es sich vorzugsweise um eine wässrige alkalische Lösung, der ein basisches Ammoniumsalz, ein basisches Kalisalz oder ein basisches Natriumsalz als alkalisches Mittel zugesetzt ist, oder um eine wässrige alkalische Carbonatlösung, eine wässrige alkalische Lösung, der Hydrazin zugesetzt ist, oder um eine wässrige alkalische Lösung, der ein Amin zugesetzt ist.
Außerdem beträgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Effektivwert der Oberflächenrauheit der Siliziumwaferoberfläche nach dem Spiegelpolieren vorzugsweise weniger als 0,3 nm, wenn eine Messfläche von 1 μm × 1 μm durch ein Rasterkraftmikroskop gemessen wird, und nicht mehr als 0,3 nm, wenn eine Messfläche von 10 μm × 10 μm durch das Rasterkraftmikroskop gemessen wird.
Ferner ergibt sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung nach TZDB-Messung vorzugsweise ein Gateoxidintegritätswert des Siliziumwafers nach dem Spiegelpolieren mit einem C+ Mode-Prozentsatz von mindestens 99%.
WIRKUNG(EN) DER ERFINDUNG
Bei der vorliegende Erfindung dient die Polierflüssigkeit, bei der das wasserlösliche Polymer der wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält, dazu, die Oberfläche des Siliziumwafers zu spiegelpolieren, bevor der epitaktische Film gebildet wird. Das wasserlösliche Polymer kann während des Polierens einen Teil des Polierdrucks tragen und den Reibungskoeffizienten verringern, weil die wässrige alkalische Lösung, der wasserlösliches Polymer zugefügt ist, und die keine Schleifkörner enthält, als Polierflüssigkeit verwendet wird.
Infolgedessen kann ein exzellenter Gateoxidintegritätswert erzielt, das Auftreten von Mikrokratzern und anderen bearbeitungsbedingten Defekten wesentlich verringert und die LPD-Dichte einer Oberfläche des anschließend gebildeten epitaktischen Films verringert werden. Ebenso kann durch das Spiegelpolieren der Siliziumwaferoberfläche mittels der Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine ungebundenen Schleifkörner enthält, der Effektivwert der Oberflächenrauheit sowohl bei quadratischen Messflächen von 1 μm × 1 μm als auch bei quadratischen Messflächen von 10 μm × 10 μm auf maximal 0,3 nm beschränkt sowie die Oberflächenrauheitsqualität des anschließend gebildeten epitaktischen Films verbessert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
[ ] ist ein Flieißschema eines Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafersgemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung.
[ ] ist eine perspektivische Ansicht eines Zwei-Seiten-Poliergeräts ohne Sonnenrad, wie es bei dem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
[ ] ist eine Längsschnitt-Ansicht von Hauptteilen des Zwei-Seiten-Poliergeräts ohne Sonnenrad, wie es bei dem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
[ ] ist eine vergrößerte Schnittansicht von Hauptteilen einer Dampfphasenepitaxie-Vorrichtung, wie sie bei dem Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
[ ] ist ein Fließschema eines Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
[ ] ist ein Diagramm, das die Verhältnisse zwischen dem Bearbeitungsdruck und der Polierrate beim Polieren der Oberfläche eines Siliziumwafers unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die Schleifkörner enthält, und einer Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, im Rahmen des Verfahrens zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
[ ] ist ein Diagramm, das die Bewertungsergebnisse der Gateoxidintegritäten von spiegelpolierten Siliziumwafern (PW) in einem Fall des Polierens eines Wafers unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, unter den Bedingungen der zweiten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung und in Fällen des Polierens von Wafern unter Verwendung von Polierflüssigkeiten, die Schleifkörner zweier herkömmlicher Verfahren enthalten, veranschaulicht.
[ ] veranschaulicht die LPD-Verteilungen einer Oberfläche eines Siliziumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die spiegelpoliert (einem zweiten Polierschritt unterzogen) wurde, und zwar unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, sowie eine Oberfläche eines epitaktischen Siliziumwafers, bei dem ein epitaktischer Film auf der Waferoberfläche gebildet wurde.
[ ] veranschaulicht die LPD-Verteilungen einer Oberfläche eines herkömmlichen Siliziumwafers, die spiegelpoliert wurde, und zwar unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die Schleifkörner enthält, sowie eine Oberfläche eines epitaktischen Siliziumwafers, bei dem ein epitaktischer Film auf der Waferoberfläche gebildet wurde.
[ ] zeigt dreidimensionale Diagramme der Oberflächenrauheit, die mittels Rasterkraftmikroskop-Beobachtungen von Messflächen von 10 μm × 10 μm einer Oberfläche eines Siliziumwafers (PW) gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, spiegelpoliert wurde, sowie eine Oberfläche eines epitaktischen Siliziumwafers (EW), bei dem ein epitaktischer Film auf der Waferoberfläche gebildet wurde.
[ ] zeigt dreidimensionale Diagramme der Oberflächenrauheit, die mittels Rasterkraftmikroskop-Beobachtungen von Messflächen von 10 μm × 10 μm einer Oberfläche eines herkömmlichen Siliziumwafers, die unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die Schleifkörner enthält, spiegelpoliert wurde, sowie eine Oberfläche eines epitaktischen Siliziumwafers, bei dem ein epitaktischer Film auf der Waferoberfläche gebildet wurde.
[ ] zeigt dreidimensionale Diagramme der Oberflächenrauheit, die mittels Rasterkraftmikroskop-Beobachtungen von Messflächen von 1 μm × 1 μm einer Oberfläche eines Siliziumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, spiegelpoliert wurde, sowie eine Oberfläche eines epitaktischen Siliziumwafers, bei dem ein epitaktischer Film auf der Waferoberfläche gebildet wurde.
[ ] zeigt dreidimensionale Diagramme der Oberflächenrauheit, die mittels Rasterkraftmikroskop-Beobachtungen von Messflächen von 1 μm × 1 μm einer Oberfläche eines herkömmlichen Siliziumwafers, die unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die Schleifkörner enthält, spiegelpoliert wurde, sowie eine Oberfläche eines epitaktischen Siliziumwafers, bei dem ein epitaktischer Film auf der Waferoberfläche gebildet wurde.
Bezugszeichenliste

10: Epitaktischer Siliziumwafer
11: Siliziumwafer

GENAUE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSARTEN DER ERFINDUNG
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers bereitgestellt, wobei eine Oberfläche eines Siliziumwafers spiegelpoliert wird, und zwar unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält, und nach dem Spiegelpolieren ein epitaktischer Film auf die spiegelpolierte Oberfläche des Siliziumwafers aufgedampft wird.
Bei der vorliegenden Erfindung dient die Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält, dazu, die Oberfläche des Siliziumwafers unmittelbar vor der Bildung des epitaktischen Films zu spiegelpolieren. Auf diese Weise wird die Waferoberfläche während des Spiegelpolierens durch die chemische Wirkung, wobei alkalisches Ätzen und die Ablösung geätzter Teile wiederholt werden, spiegelpoliert. Infolgedessen kann das Auftreten von Bearbeitungsschäden auf Grund mechanischer Vorgänge, wie sie beim Spiegelpolieren unter Verwendung von Schleifkörnern vorkommen, vermieden und ein Wafer mit einem äußerst guten Gateoxidintegritätswert bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die Bildung von Mikrokratzern und anderen bearbeitungsbedingten Defekten auf Grund der Ansammlung von Schleifkörnern wesentlich verringert werden, und auch die Dichte der LPDs, die sich auf einer Oberfläche des anschließend gebildeten epitaktischen Films bildet, kann verringert werden, weil das Polieren ohne Verwendung von Schleifkörnern durchgeführt wird.
Ebenso kann das wasserlösliche Polymer während des Polierens einen Teil des Polierdrucks tragen und den Reibungskoeffizienten verringern, weil die wässrige alkalische Lösung, der wasserlösliches Polymer zugesetzt ist und die keine Schleifkörner enthält, als Polierflüssigkeit verwendet wird. Infolgedessen kann nicht nur der mittels eines Rasterkraftmikroskops ermittelte Effektivwert der Oberflächenrauheit für eine kleine Messfläche von 1 μm × 1 μm, sondern auch der Effektivwert für eine große Messfläche von 10 μm × 10 μm verringert und ein epitaktischer Siliziumwafer mit einem epitaktischen Film mit einer exzellenten Oberflächenrauheitsqualität hergestellt werden. Ferner wird durch das Zusetzen des wasserlöslichen Polymers zur wässrigen alkalischen Lösung die elastische Verformung einer Trägerplatte verhindert, und durch die Trägerplatte erzeugter Lärm kann verringert werden. Ferner werden keine Schleifkörner verwendet, und damit kann die Möglichkeit des Auftreten von Absenkungen am Außenrand auf Grund übermäßigen Fortschreitens des Polierens am Außenrandabschnitt eines Siliziumwafers verringert werden, das seinerseits der Tendenz von Schleifkörnern in Polierflüssigkeiten geschuldet ist, sich am Außenrandabschnitt des Siliziumwafers zu konzentrieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird, bevor das Spiegelpolieren durchgeführt wird, vorzugsweise ein erster Polierschritt, bei dem eine Erstpolierflüssigkeit, zu deren Hauptbestandteilen die wässrige alkalische Lösung gehört, durchgeführt, und zwar mit Schleifkörnern, die dazu dienen, einen auf der Siliziumwaferoberfläche gebildeten Oxidfilm zu entfernen, und das Spiegelpolieren wird als zweiter Polierschritt durchgeführt, indem die oben beschriebene Polierflüssigkeit als Zweitpolierflüssigkeit verwendet wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Poliervorgang vereinfacht, weil ein epitaktischer Siliziumwafer mittels einfacher Durchführung des ersten Polierschritts und des zweiten Polierschritts und unter Auslassung des Endpolierens hergestellt werden kann; dadurch erhöht sich die Produktivität des epitaktischen Siliziumwafers und ebenso wird eine Kostenreduzierung ermöglicht. Darüber hinaus kann im Vergleich zum Fall, dass nur ein erster Polierschritt mit ungebundenen Schleifkörnern durchgeführt wird, die Dichte bearbeitungsbedingter LPDs verringert werden, die sich auf der spiegelpolierten Waferoberfläche bilden, und die Oberflächenrauheit der Waferoberfläche kann verringert werden.
Ferner wird beim ersten Polierschritt, bei dem es sich um eine Vorbearbeitung für das sekundäre Polieren handelt, der Oxidfilm binnen kurzer Zeit auf Grund das Vorhandensein von Schleifkörnern mittels mechanischer Vorgänge entfernt. Dies führt zu einer hohen Polierrate im Rahmen des zweiten Polierschritts, dem Spiegelpolieren mittels der chemischen Wirkung, wobei Oxidationsätzung unter Verwendung der wässrigen alkalischen Lösung und die Ablösung des Oxids wiederholt werden. Insbesondere ist vor dem ersten Polierschritt auf einer Siliziumwaferoberfläche gewöhnlich ein natürlicher Oxidfilm vorhanden, und es ist schwierig, den natürlichen Oxidfilm allein mittels des chemischen Polierens des zweiten Polierschritts zu entfernen, in dem nur die wässrige alkalische Lösung verwendet wird. Daher kann der natürliche Oxidfilm durch Anwendung des ersten Polierschritts unter Verwendung von Schleifkörnern vor dem zweiten Polierschritt binnen kurzer Zeit entfernt werden.
”Entfernen des auf der Oberfläche des Siliziumwafers gebildeten Oxidfilms durch einen ersten Polierschritt unter Verwendung von Schleifkörnern” im ersten Polierprozess bezieht sich auf Folgendes: (1) Polieren mittels einer Erstpolierflüssigkeit, die Schleifkörner (ungebundene Schleifkörner) enthält, und unter Verwendung eines Polierstoffs, der keine Schleifkörner enthält; (2) Polieren unter Verwendung einer Erstpolierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, und unter Verwendung eines Polierstoffs mit Schleifkörnern (feste Schleifkörner), die auf diesem befestigt sind; oder (3) Polieren unter Verwendung einer Erstpolierflüssigkeit, die Schleifkörner enthält, und unter Verwendung eines Polierstoffs, der Schleifkörner enthält. Ebenso handelt es sich bei der Polierflüssigkeit, die beim zweiten Polierschritt nach dem ersten Polierschritt verwendet wird, um die Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer der wässrigen alkalische Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält.
Als Material für die Schleifkörner (ungebundene und feste Schleifkörner) können z. B. Diamanten, Siliziumdioxid (kolloidales Siliziumdioxid), SiC usw. verwendet werden. Der Partikeldurchmesser (durchschnittlicher Partikeldurchmesser) der Schleifkörner (ungebundene Schleifkörner und feste Schleifkörner) beträgt 5 bis 200 nm. Bei einem Partikeldurchmesser von weniger als 5 nm ist die Polierrate niedrig und eine lange Zeit für die Entfernung des Oxidfilms erforderlich. Außerdem bilden sich leicht Fehler auf der polierten Oberfläche des Siliziumwafers, von dem der Oxidfilm entfernt wurde, wenn der Partikeldurchmesser 200 nm übersteigt. Der Partikeldurchmesser der Schleifkörner beträgt vorzugsweise 10 bis 100 nm. In diesem Bereich ist es unwahrscheinlich, dass sich Fehler auf der polierten Oberfläche des Siliziumwafers, von dem der Oxidfilm entfernt wurde, bilden, wobei dennoch eine hohe Polierrate aufrechterhalten werden kann.
Beim Oxidfilm kann es sich um einen natürlichen Oxidfilm (SiO₂), um einen thermischen Oxidfilm usw. handeln. Im Fall eines natürlichen Oxidfilms beträgt die Dicke des Oxidfilms 5 bis 20 Å.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ergibt sich nach TZDB-Messung vorzugsweise ein Gateoxidintegritätswert des Siliziumwafers nach dem Spiegelpolieren mit einem C+ Mode-Prozentsatz von mindestens 99%.
Im Allgemeinen erfolgt die Beurteilung eines Wafers als nicht-fehlerhaftes Produkt oder als fehlerhaftes Produkt durch Einsatz der C-Mode-Bewertung durch TZDB-Messung als Verfahren zur Bewertung des Vorhandenseins bzw. Nichtvorhandenseins von Bearbeitungsschäden auf der Oberfläche eines Siliziumwafers. Es wurde jedoch gefunden, dass auch bei einem Siliziumwafer, der mittels der C-Mode-Bewertung mit mindestens 99% bewertet wurde, im Fall der Durchführung einer stringenteren Bewertung mittels des C+ Mode-Prozentsatzes der Prozentsatz erheblich abfällt und die Gateoxidintegrität niedrig ist. Daher ist es äußerst wichtig, eine exzellente Gateoxidintegrität zu erreichen, so dass der C+ Mode-Prozentsatz mindestens 99% oder mehr oder sogar 100% beträgt.
Bei der vorliegende Erfindung können durch die Verwendung der Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält, Fehler und andere Bearbeitungsschäden, die auf Grund von Schleifkörneransammlungen und anderen mechanischen Faktoren auftreten, wirksam verringert werden, und das Auftreten von Mikrokratzern und anderen bearbeitungsbedingten Defekten kann ebenfalls reduziert werden. Der durch die TZDB-Messung ermittelte C+ Mode-Prozentsatz kann dadurch auf mindestens 99% gebracht werden und es kann im Wesentlichen eine Mängelfreiheitsrate von 100% erreicht werden. Die LPD-Dichte auf der Oberfläche des epitaktischen Films kann dadurch erheblich verringert werden. Hinsichtlich der Gateoxidintegrität (GOI) wird durch Bildung eines Oxidfilms (Gateoxidfilm) und einer Elektrode auf der Oberfläche eines Siliziumwafers eine MOS-(Metalloxid-Halbleiter-)Struktur gebildet, dann wird eine Spannung an die Elektrode angelegt, um den Oxidfilm zu durchbrechen, und eine Durchbruchspannung und ein Durchbruchstrom werden gemessen.
Der mittels TZDB-(Time Zero Dielectric Breakdown)-Bewertung ermittelte C+ Mode-Prozentsatz, der bei der vorliegenden Erfindung Anwendung findet, wird unter den folgenden Messbedingungen berechnet.
<Messbedingungen>
Auf einer Waferoberfläche wird ein Oxidfilm mit einer Gateoxidfilmdicke von 25 nm gebildet, auf einer Oberfläche des Oxidfilms werden Polysiliziumelektroden mit jeweils einer Gateelektrodenfläche von 10 mm² gebildet, und mittels Anlegen einer Stufenspannung (SV-Verfahren) wird eine Spannung an den entsprechenden Elektroden angelegt. Als C+ Mode gilt eine Zelle, bei der eine durch den Oxidfilm fließende Stromdichte höchstens 10 μA/cm² beträgt, wenn eine Spannung von mindestens 8 MV/cm bei Erhöhung der Spannung in 0,5 MV/cm-Schritten (Spannungsanlegungszeit jedes Schritts: 200 ms) angelegt wird und die durch den Oxidfilm fließende Stromdichte höchstens 1 μA/cm² beträgt, wenn die angelegte Spannung danach auf 0 MV/cm gesenkt wird und dann erneut eine Spannung von 2 MV/cm angelegt wird; der C+ Mode-Prozentsatz ist ein Verhältnis der Anzahl von C+ Modes.
Außerdem beträgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Effektivwert der Oberflächenrauheit der Siliziumwaferoberfläche nach dem Spiegelpolieren vorzugsweise weniger als 0,3 nm, wenn eine Messfläche von 1 μm × 1 μm durch ein Rasterkraftmikroskop gemessen wird. Ferner beträgt der Effektivwert der Oberflächenrauheit der Siliziumwaferoberfläche nach dem Spiegelpolieren vorzugsweise weniger als 0,3 nm, wenn eine Messfläche von 10 μm × 10 μm durch das Rasterkraftmikroskop gemessen wird. Dadurch kann die Oberflächenrauheitsqualität des anschließend gebildeten epitaktischen Films verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch das Spiegelpolieren der Siliziumwaferoberfläche unter Verwendung der Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt wird, die keine Schleifkörner enthält, der Effektivwert der Oberflächenrauheit sowohl bei quadratischen Messflächen von 1 μm × 1 μm als auch bei quadratischen Messflächen von 10 μm × 10 μm auf maximal 0,3 nm beschränkt sowie die Oberflächenrauheitsqualität des anschließend gebildeten epitaktischen Films verbessert werden.
Beispiele für den Siliziumwafer umfassen einen monokristallinen Siliziumwafer und einen polykristallinen Siliziumwafer.
Beispiele für den Durchmesser des Siliziumwafers sind 100 mm, 125 mm, 150 mm, 200 mm, 300 mm und 450 mm.
Als wässrige alkalische Lösung (einschließlich der wässrigen alkalischen Lösung für den ersten Polierschritt) wird vorzugsweise eine wässrige alkalische Lösung, die auf einen pH-Wert im Bereich von pH 8 bis pH 14 eingestellt ist, verwendet. Wenn die wässrige alkalische Lösung einen pH-Wert aufweist, der geringer als pH 8 ist, ist die Ätzwirkung stark verringert, und bearbeitungsbedingte Defekte wie Kratzer, Fehler usw. können leicht auf der Oberfläche des Siliziumwafer auftreten. Ebenso wird die Handhabung der Polierflüssigkeit schwierig, wenn der pH-Wert 14, wie in stark basischen wässrigen Lösungen, überschritten wird. Als alkalisches Mittel (pH-Regulierer) kann eine wässrige Ammoniaklösung, eine wässrige Lösung eines Alkalihydroxids wie z. B. Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid oder eine wässrige Alkalicarbonatlösung eingesetzt werden. Außer diesen kann eine wässrige Hydrazin- oder Aminlösung eingesetzt werden. Vom Standpunkt der Erhöhung der Polierrate empfiehlt sich insbesondere die Verwendung eines Amins.
Als der wässrigen alkalischen Lösung zugesetztes wasserlösliches Polymer eignet sich besonders die Verwendung von Hydroxyethylzellulose oder Polyethylenglykol.
Insbesondere ist Hydroxyethylzellulose als hochreines Produkt leicht erhältlich. Da deren Molekulargewicht hoch ist, kann eine trägerähnliche Funktion zwischen einer Polierfläche und einer Trägerplatte geschaffen werden, und der Reibungskoeffizient kann wirksam verringert werden.
Außerdem ist die Konzentration des der wässrigen alkalischen Lösung zugesetzten wasserlöslichen Polymers vorzugsweise so zu regulieren, dass sie im Bereich von 0,01 ppm bis 1000 ppm liegt. Sei einer Konzentration des wasserlöslichen Polymers von weniger als 0,01 ppm ist die Reibung während des Polierens zu groß und es können bearbeitungsbedingte Defekte auf der spiegelpolierten Waferoberfläche auftreten. Wenn dagegen 1000 ppm überschritten werden, verringert sich die Polierrate wesentlich, und eine extrem lange Dauer ist für das Spiegelpolieren erforderlich.
Zudem sollte hinsichtlich der Entfernung von in der Polierflüssigkeit enthaltenen Metallionen dem Poliermittel vorzugsweise ein Chelatbildner zugesetzt werden. Durch Zusetzung des Chelatbildners werden Metallionen aufgefangen und chelatisiert und durch die anschließende Aussonderung derselben kann der Grad der Metallkontamination des Siliziumwafers nach dem Polieren reduziert werden. Als Chelatbildner können beliebige Substanzen, die in der Lage sind, Metallionen zu chelatisieren, verwendet werden. Das Wort „Chelat” bezieht sich auf die Bindung (Koordination) eines Metallions durch einen Liganden mit mehreren Koordinationsstellen.
Als Chelatbildner können beispielsweise phosphonsäurebasierte Chelatbildner, aminocarbonsäurebasierte Chelatbildner usw. eingesetzt werden. In jedem Fall ist in Anbetracht der Löslichkeit in der wässrigen alkalischen Lösung ein aminocarbonsäurebasiertes Chelatbildner vorzuziehen. Darüber hinaus ist in Anbetracht der Fähigkeit, Schwermetallionen zu chelatisieren, ein Aminocarbonsäuresalz, etwa Ethylendiamintetraacetat (EDTA) oder Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA) usw. stärker bevorzugt. Außer dem oben Genannten kann Nitrilotriessigsäure (NTA) verwendet werden. Der Chelatbildner wird vorzugsweise mit einer Konzentration im Bereich von 0,1 ppm bis 1000 ppm zugesetzt und Metallionen wie z. B. Cu, Zn, Fe, Ni, Al usw. können dadurch aufgefangen werden.
Als Polierstoff zum Spiegelpolieren (dies gilt auch für den Polierstoff für den ersten Polierschritt) kann z. B. ein Urethan-Polierstoff mit einer Härte (JIS-A) von 75° bis 85° und einer Kompressibilität von 2 bis 3% eingesetzt werden. Als Material für den Polierstoff ist Polyurethan vorzuziehen. Hier ist besonders die Verwendung von Schaumpolyurethan vorzuziehen, das eine ausgezeichnete Präzision beim Spiegelpolieren einer Siliziumwaferoberfläche aufweist. Außerdem kann auch ein Velours-Polyurethan oder ein Faservliesstoff aus Polyester eingesetzt werden.
Als Beispiele für weitere Spiegelpolierbedingungen für die Waferoberfläche können eine Polierrate von 0,1 bis 0,6 μm/Minute, ein Polierbetrag von 5 bis 20 μm, ein Polierdruck von 200 bis 300 g/cm², eine Polierzeit von 10 bis 90 Minuten und eine Polierflüssigkeitstemperatur während des Polierens von 20 bis 30°C angegeben werden. Bei einer Polierrate von weniger als 0,1 μm/Minute während des Spiegelpolierens ist die Polierrate niedrig und eine lange Zeit ist für das Polieren erforderlich. Außerdem bestehen im Fall der Durchführung des ersten Polierschritts mit ungebundenen Schleifkörnern vor dem Spiegelpolieren die Bedingungen des ersten Polierschritts in einer Polierrate von 0,05 bis 0,6 μm/Minute und in einem Polierbetrag von 0,05 bis 2 μm. Bei weniger als 0,05 μm ist die Oxidfilmentfernung ungenügend und es ist zu befürchten, dass Teilrückstände des Oxidfilms verbleiben. Bei über 2 μm ist das Auftreten mechanischer Schäden an der Siliziumwaferoberfläche durch die Schleifkörner zu befürchten. Der Kontaktdruck gegenüber dem Siliziumwafer während des Spiegelpolierens (dies gilt auch für den ersten Polierschritt) beträgt zwischen 50 und 500 g/cm². Bei weniger als 50 g/cm² ist die Polierrate niedrig und eine lange Zeit für das Polieren erforderlich. Wenn dagegen 500 g/cm² überschritten werden, kann es leicht zu Fehlern auf der Siliziumwaferoberfläche kommen.
Zum Spiegelpolieren des Siliziumwafers kann ein Einzelwafer-Polierapparat oder ein Chargen-Polierapparat verwendet werden, der eine Vielzahl von Siliziumwafern gleichzeitig poliert.
Auch kann das Polieren des Siliziumwafers als einseitiges Polieren der Oberseitenfläche oder als zweiseitiges Polieren durchgeführt werden, bei dem die obere und die Rückseitenfläche eines Wafers gleichzeitig poliert werden. Als Zwei-Seiten-Polierapparat kann ein Sonnenradpolierapparat (Planetengetriebepolierapparat) oder ein Polierapparat ohne Sonnenrad, bei dem eine Trägerplatte in eine Kreisbewegung versetzt wird, ohne dass sie sich um ihre eigene Achse dreht, um sowohl die obere als auch die Rückseitenfläche eines Siliziumwafers gleichzeitig zu polieren, eingesetzt werden. Durch die Verwendung eines Zwei-Seiten-Polierapparats kann insbesondere in einem einzelnen Poliervorgang ein hoher Abflachungsgrad nicht nur an der oberen Waferoberfläche, sondern auch an der Waferrückseitenfläche erzielt werden, und dies ist wirkungsvoll, wenn ein epitaktischer Wafer mit einem hohen Ebenheitsgrad zu niedrigen Kosten bereitgestellt werden soll.
Ferner kann die Waferoberfläche abschließend unter denselben Spiegelpolierbedingungen spiegelpoliert (einem zweiten Polierschritt unterzogen) werden. Das Spiegelpolieren kann auch mehrere Male durchgeführt werden, während die Zusammensetzungen der chemischen Lösungen und die Polierbedingungen am selben Polierapparat geändert werden. Im Fall der Durchführung des Spiegelpolierens in mehreren Schritten werden z. B. in einem ersten Spiegelpolierstadium die Konzentrationen der chemischen Lösungen der wässrigen alkalischen Lösung, des wasserlöslichen Polymers usw. und die Drehgeschwindigkeit einer Polierflächenplatte kontrolliert, um das Polieren unter Bedingungen einer hohen Polierrate durchzuführen, damit Bearbeitungsschäden von Waferoberflächenschichtteilen, die durch Scheibenschnitt, Zuschnitt usw. entstanden sind, entfernt werden. Daraufhin werden die Polierbedingungen für die jeweiligen Oberflächen geändert und das Polieren wird unter den Bedingungen einer niedrigen Polierrate durchgeführt, so dass während des Spiegelpolierens keine neuen Bearbeitungsschäden auf den Waferoberflächenschichtteilen entstehen.
Der spiegelpolierte Wafer wird vor dem epitaktischen Wachstum einem Reinigungsprozess unterzogen, um die chemische Lösung und auf den Siliziumwaferoberflächen haftende Partikel zu entfernen.
Als Waschprozess können die bekannte wiederholte SCl-Reinigung, eine Reinigung mit einer Mischlösung aus Ozon und Flusssäurelösung, eine wiederholte Reinigung mittels abwechselnder Durchführung von Ozonwasserreinigung und Flusssäurelösungsreinigung usw. eingesetzt werden. Die Reinigungsbedingungen, wie etwa die Flüssigkeitstypen der jeweiligen Reinigungsflüssigkeiten, die Konzentrationen, die Prozesszeit usw., die im Prozess angewandt werden, können so geregelt werden, dass die Entfernung von ca. 0,2 bis 10 nm der Siliziumwaferoberfläche ermöglicht wird, um die Entfernung von Partikeln ohne Kontaminierung des gezüchteten epitaktischen Films zu ermöglichen.
Als Material für den epitaktischen Film können z. B. monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium verwendet werden.
Als Gasphasen-Epitaxieverfahren für die Bildung des epitaktischen Films kann z. B. ein Atmosphärendruck-Gasphasenepitaxie-Verfahren, ein Niederdruck-Gasphasenepitaxie-Verfahren oder ein organometallisches Gasphasenepitaxie-Verfahren eingesetzt werden. Bei einer Gasphasenepitaxie-Methode wird z. B. ein Suszeptor verwendet, der in der Draufsicht kreisförmig ist, und in der Lage ist, einen Einzelwafer oder mehrere Wafer zu halten, und den/die epitaktischen Siliziumwafer in horizontalem Zustand (einem Zustand, in denen die obere und die Rückseitenoberflächen horizontal sind) in einem Waferaufnahmeteil aufnimmt. Als Gasphasenepitaxie-Methode kann Homoepitaxie, bei der dasselbe Material wie das des Wafers epitaktisch gezüchtet wird, oder Heteroepitaxie, bei dem ein anderes Material als das des Wafers epitaktisch gezüchtet wird, durchgeführt werden. Die Eigenschaften des epitaktischen Films werden stark durch die Eigenschaften der Waferoberfläche beeinflusst und daher ist eine bestimmte Mindestfilmdicke erforderlich. Es sollte z. B. vorzugsweise ein epitaktischer Film mit einer Dicke von 1 bis 10 μm gebildet werden.
Erste Ausführungsform
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers zur Vorbereitung einer bipolaren integrierten Schaltkreis-Vorrichtung beschrieben.
Es wird nun mit Bezug auf bis ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie im Fließschema in veranschaulicht, umfasst die Methode zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der ersten Ausführungsform einen Kristallzieh-Schritt, einen Kristallbearbeitungsschritt, einen Scheibenschnitt-Schritt, einen Anfasungsschritt, einen Läppschritt, einen Ätzungsschritt, einen Spiegelpolierschritt, einen Reinigungsschritt, einen Epitaxieschritt und einen Endreinigungsschritt.
Nachfolgend werden die jeweiligen Schritte im Einzelnen beschrieben.
Aus einer Siliziumschmelze, dotiert mit einer vorbestimmten Menge Bor in einem Tiegel, wird nach einer Czochralski-Methode ein monokristalliner Silizium-Ingot mit einem Durchmesser von 306 mm, einer geraden Stababschnittslänge von 2500 mm, einem spezifischen Widerstand von 0,01 Q·cm und einer anfänglichen Sauerstoffkonzentration von 10 × 10¹⁸ Atomen/cm³ gezogen.
Anschließend wird im Kristallbearbeitungsschritt ein einzelner monokristalliner Ingot in mehrere Kristallblöcke geschnitten, und anschließend wird das Schleifen des Außenrands jedes Kristallblocks durchgeführt. Im Einzelnen wird ein Außenrandabschnitt eines Kristallblocks mittels eines Außenrandschleifapparats, der über einen Kunstharzschleifstein verfügt, der „Nr. 200” Schleifkörner (SiC) enthält, um genau 6 mm abgeschliffen. Die einzelnen Kristallblöcke werden dadurch in eine zylindrische Form gebracht.
Im Scheibenschnitt-Schritt wird eine Drahtsäge verwendet, bei der ein Drahtum drei Rillenwalzen in einer dreieckigen Anordnung gewickelt ist. Mittels der Drahtsäge wird von jedem Silizium-Einkristall eine Vielzahl von Siliziumwafern mit 300 mm Durchmesser und einer Dicke von 775 μm abgeschnitten.
Im anschließenden Anfasungsschritt wird ein rotierender Fasenschleifstein gegen einen Außenrandabschnitt eines Siliziumwafers gepresst, um die Anfasung durchzuführen. Im Läppschritt werden beide Oberflächen des Siliziumwafers mittels eines Zwei-Seiten-Läppapparats geläppt. D. h., beide Oberflächen des Siliziumwafers werden zwischen oberen und unteren Läppoberflächenplatten geläppt, die mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit rotieren.
Im Ätzungsschritt wird der geläppte Siliziumwafer in eine säurehaltige Ätzflüssigkeit in einer Ätzwanne getaucht und geätzt, um durch das Anfasen und Läppen hervorgerufene Schäden zu entfernen und die natürlichen Oxidfilme auf den Siliziumwaferoberflächen zu entfernen. Falls das Spiegelpolieren unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, in einem Stadium durchgeführt wird, in dem die Oxidfilme auf den Siliziumwaferoberflächen haften, wird die Verarbeitungsleistung im Anfangsstadium des Polierschritts gering sein, und daher ist es nützlich, die Oxidfilme auf den Siliziumwaferoberflächen im Vorhinein durch Ätzen zu entfernen.
Im Spiegelpolierschritt werden beide Oberflächen des Siliziumwafers gleichzeitig spiegelpoliert, und zwar unter Verwendung eines zweiseitigen Polierapparats ohne Sonnenrad und unter Verwendung der Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält.
Nachfolgend wird der Zwei-Seiten-Polierapparat ohne Sonnenrad unter Bezugnahme auf und im Einzelnen beschrieben. Wie in und veranschaulicht, wird eine obere Flächenplatte 120 des Zwei-Seiten-Polierapparats so von einem oberen Drehmotor 16 über eine sich nach oben erstreckenden Rotationswelle 12a angetrieben, dass sie sich innerhalb einer horizontalen Ebene dreht. Die obere Flächenplatte 120 wird außerdem in vertikaler Richtung angehoben und abgesenkt, und zwar durch einen Hub-/Absenkapparat 18, der die obere Flächenplatte 120 in axialer Richtung vor- und zurückbewegt. Der Hub-/Absenkapparat 18 wird in Prozessen der Beschickung und Abnahme eines Siliziumwafers 11 auf und von einer Trägerplatte 110 usw. verwendet. Ein mittels der oberen Flächenplatte 120 und einer unteren Flächenplatte 130 sowohl auf die obere als auch auf die Rückseitenfläche des Siliziumwafers 11 ausgeübter Pressdruck wird durch in der Abbildung nicht dargestellte Pressvorrichtungen wie einen Luftsack usw., die in der oberen Flächenplatte 120 und in der unteren Flächenplatte 130 eingebaut sind, angelegt. Die untere Flächenplatte 130 wird mittels eines unteren Drehmotors 17 über die Abtriebswelle 17a innerhalb einer horizontalen Ebene gedreht. Mittels eines Träger-Kreisbewegungsmechanismus 19 wird die Trägerplatte 110 wird innerhalb einer parallel zur oberen Fläche der Platte 110 stehenden Ebene (horizontale Ebene) in eine Kreisbewegung versetzt, und zwar in einer Weise, dass die Platte 110 selbst sich nicht um ihre eigene Achse dreht.
Der Träger-Kreisbewegungsmechanismus 19 umfasst einen ringförmigen Trägerhalter 20, der die Trägerplatte 110 von außen hält. Der Träger-Kreisbewegungsmechanismus 19 und der Trägerhalter 20 sind durch eine Kupplungsstruktur miteinander verbunden.
Vier nach außen überstehende Lagerteile 20b sind in 90°-Abständen entlang einem Außenrandabschnitt des Trägerhalters 20 angeordnet. In jedes Lagerteil 20b ist ein Exzenterbolzen 24a eingesetzt, der aus einer Exzenterposition einer oberen Fläche eines Exzenterarms 24 in Scheibenform mit einem geringen Durchmesser herausragt. Dazu ist eine Rotationswelle 24b am Mittelteil einer unteren Fläche jedes der vier Exzenterarme 24 aufgehängt. Die jeweiligen Rotationswellen 24b sind mit ihren Spitzenteilen so eingesetzt, dass sie in insgesamt vier Lagerteilen 25a, die in 90°-Abständen entlang einem kranzförmigen Apparaturbasiskörper 25 angeordnet sind, nach unten vorstehen. An den nach unten vorstehenden Spitzenteilen der jeweiligen Rotationswellen 24b ist ein Kettenrad 26 befestigt. Entlang den jeweiligen Kettenrädern 26 ist horizontal und durchgehend eine Steuerkette 27 eingesetzt. Die vier Kettenräder 26 und die Steuerkette 27 drehen die vier Rotationswellen 24b simultan, so dass die vier Exzenterarme 24 synchron eine kreisförmige Bewegung vollführen.
Von den vier Rotationswellen 24b hat eine Rotationswelle 24b eine längere Form als die anderen, wobei das Spitzenteil derselben von unterhalb des Kettenrads 26 herausragt. An diesem Teil ist ein Antriebsritzel 28 zur Kraftübertragung befestigt. Das Antriebsritzel 28 steht mit einem treibenden Zahnrad 30 mit großem Durchmesser im Eingriff, das an einer nach oben ragenden Abtriebswelle eines Rotationsmotors 29 befestigt ist.
Wenn der Rotationsmotor 29 gestartet wird, wird daher die Drehkraft desselben über die Zahnräder 30 und 28 und das an der langen Rotationswelle 24b befestigte Kettenrad 26 auf die Steuerkette 27 übertragen, und die vier Exzenterarme 24 werden durch den Umlauf der Steuerkette 27 und über die anderen drei Kettenräder 26 synchron um die Rotationswellen 24b und innerhalb der horizontalen Ebene gedreht. Der gleichzeitig an die jeweiligen Exzenterbolzen 24a gekoppelte Trägerhalter 20 und die Trägerplatte 110, die vom Halter 20 gehalen wird, führen dadurch innerhalb der parallel zu der Platte 110 verlaufenden horizontalen Ebene eine Kreisbewegung aus, ohne sich dabei um ihre eigenen Achsen zu drehen.
Genauer gesagt dreht sich die Trägerplatte 110, indem sie in einem exzentrischen Zustand um genau den Abstand L von der Achse e der oberen Flächenplatte 120 und der unteren Flächenplatte 130 beibehält. An den einander gegenüberliegenden Oberflächen der jeweiligen Flächenplatten 120 und 130 haften Urethan-Polierstoffe 15 mit einer Härte (JIS-A) von 80° und einer Kompressibilität von 2,5%. Der Abstand L ist der gleiche wie der Abstand zwischen dem Exzenterbolzen 24a und der Rotationswelle 24b. Durch die Kreisbewegung ohne Drehung um ihre eigene Achse folgen alle Punkte auf der Trägerplatte 110 einer Bewegungsbahn kleiner kreisrunder Loci derselben Größe (Radius r). Der in einem in die Trägerplatte 110 geformten Waferaufnahmeteil 11a angeordnete Siliziumwafer 11 wird dadurch einem beidseitigen simultanen Spiegelpolieren unterzogen, bei dem die Drehrichtungen der jeweiligen Polierflächenplatten 120 und 130 einander entgegengesetzt sind und die Drehgeschwindigkeit, der Polierdruck, die Polierzeit usw. der Polierflächenplatten 120 und 130 so eingestellt sind, dass der Polierbetrag bei jeder Fläche 6 μm (12 μm bei beiden Flächen) beträgt. Beim beidseitigen Polieren wird bei beiden Polierstoffen 15 eine Polierflüssigkeit verwendet, bei der 100 ppm Hydroxyethylzellulose (wasserlösliches Polymer) einer wässrigen Aminlösung (wässrige alkalische Lösung) mit pH 10,5 zugesetzt sind und die keine ungebundenen Schleifkörner enthält.
Hier trägt die Hydroxyethylzellulose während des Polierens einen Teil des Polierdrucks und kann den Reibungskoeffizienten verringern, weil die wässrige Aminlösung, der Hydroxyethylzellulose zugesetzt ist und die keine Schleifkörner enthält, als Polierflüssigkeit zum Spiegelpolieren verwendet wird. Infolgedessen kann ein exzellenter Gateoxidintegritätswert erzielt, das Auftreten von Mikrokratzern und anderen bearbeitungsbedingten Defekten wesentlich verringert und die LPD-Dichte einer Oberfläche des anschließend gebildeten epitaktischen Films verringert werden. Zudem kann die Rauheit der Oberflächen des Siliziumwafers 11 verringert und die Oberflächenrauheitsqualität des anschließend gebildeten epitaktischen Films verbessert werden,
Ferner wird durch den Zusatz von Hydroxyethylzellulose zur wässrigen Aminlösung die elastische Verformung der Trägerplatte 110 verhindert und das durch die Trägerplatte 110 erzeugte Geräusch kann ebenfalls verringert werden. Ferner kann die Möglichkeit des Auftretens von Absenkungen an Außenrandabschnitten auf Grund übermäßigen Vordringens des Poliervorgangs am Außenrand eines Siliziumwafers 11, das seinerseits der Tendenz von Schleifkörnern in Polierflüssigkeiten geschuldet ist, sich am Außenrandabschnitt des Siliziumwafers 11 zu konzentrieren, verringert werden. Zudem kann der wässrigen alkalischen Lösung der Polierflüssigkeit Diethylentriaminpentaessigsäure (DTPA; Chelatbildner) zugesetzt werden. Durch Zusetzung des Chelatbildners werden in der Polierflüssigkeit enthaltene Kupferionen und andere Metallionen aufgefangen und durch das Chelatmittel chelatisiert, um die Verringerung des Grads der Metallkontamination des Siliziumwafers nach dem Polieren zu ermöglichen.
Der spiegelpolierte Siliziumwafer 11 wird einem Reinigungsschritt unterzogen. Hier wird an jedem Siliziumwafer 11 eine SCl-Reinigung unter Verwendung einer alkalischen Lösung und einer sauren Lösung durchgeführt.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf ein Epitaxieschritt unter Verwendung eines Einzelwaferbearbeitungs-Gasphasenepitaxieapparats im Einzelnen beschrieben.
Wie in veranschaulicht, hat der Gasphasenepitaxieapparat 60 einen Suszeptor 61, der in der Draufsicht kreisförmig ist und auf dem ein einzelner Siliziumwafer 11 platziert werden kann, horizontal angeordnet im mittleren Teil einer Kammer, an deren Ober- und Unterseite Heizungen angeordnet sind. Der Suszeptor 61 besteht aus mit SiC-beschichtetem, Kohlenstoff-basiertem Material.
Eine Vertiefung (Waferaufnahmeteil) 62, die den Siliziumwafer 11 in horizontaler Lage (eine Lage, in der die obere und die Rückseitenoberfläche horizontal ausgerichtet sind) beherbergt, ist in einem Innenrandabschnitt einer oberen Fläche des Suszeptors 61 vorhanden. Die Vertiefung 62 besteht in einer Außenwand 62a, einer in der Draufsicht ringförmigen Stufe 62b von 6 mm Breite und einer Grundplatte (Grundwandfläche der Vertiefung) 62c.
An einem Seitenteil der Kammer ist eine Gaszufuhröffnung angeordnet, die dazu dient, ein vorbestimmtes Trägergas (H₂-Gas) und ein Quellgas (SiHCl₃-Gas) im oberen Raum der Kammer parallel zur Waferoberfläche fließen zu lassen. Dazu ist in einen anderen Seitenteil der Kammer eine Gasauslassöffnung vorhanden.
Während des epitaktischen Wachstums ist der Siliziumwafer 11 horizontal, mit der oberen und der Rückseitenfläche des Wafers in horizontaler Lage, in die Vertiefung 62 eingesetzt. Als Nächstes wird zum Zweck der Entfernung des natürlichen Oxidfilms und von Partikeln auf der Oberfläche des Siliziumwafers 11 Wasserstoffgas in die Kammer eingespeist und für 60 Sekunden Wasserstoffausheizung bei einer Temperatur von 1150°C durchgeführt. Danach werden anstelle des Wasserstoffgases das Trägergas (H₂-Gas) und das Quellgas (SiHCl₃-Gas) in die Kammer eingespeist, um einen epitaktischen Film 12 auf der oberen Fläche des Siliziumwafers 11 zu züchten, d. h., das Trägergas und das Quellgas werden durch eine entsprechende Gaszufuhröffnung in die Reaktionskammer eingeleitet. Sei einem Innendruck der Kammer von 100 ± 20 kPa wird auf dem Siliziumwafer 11, der auf eine hohe Temperatur von 1000°C bis 1150°C erhitzt wird, Silizium, das sich durch thermische Zersetzung oder Reduktion des Quellgases bildet, bei einer Reaktionsrate von 3,5 bis 4,5 μm/Minute abgeschieden. Dadurch wird der epitaktische monokristalline Siliziumfilm 12 von etwa 10 μm Dicke auf der oberen Fläche des Siliziumwafers 11 gezüchtet. Auf diese Weise wird der epitaktische Siliziumwafer 10 hergestellt.
Im Endreinigungsschritt wird unmittelbar nach einer Beschaffenheitsprüfung eine Endreinigung aller epitaktischen Siliziumwafer 10 durchgeführt. Hier wird speziell an jedem epitaktischen Siliziumwafer 10 eine Reinigung unter Verwendung einer alkalischen Lösung und einer sauren Lösung durchgeführt.
Zweite Ausführungsform
Im Folgenden wird nun unter Bezugnahme auf bis ein Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie im Fließschema in veranschaulicht, umfasst das Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß der zweiten Ausführungsform einen Kristallzieh-Schritt, einen Kristallbearbeitungsschritt, einen Scheibenschnitt-Schritt, einen Anfasungsschritt, einen Läppschritt, einen Ätzungsschritt, einen ersten Polierschritt, einen Reinigungsschritt, einen zweiten Polierschritt (Spiegelpolierschritt), einen Reinigungsschritt, einen Epitaxieschritt und einen Endreinigungsschritt.
Im ersten Polierschritt dient der Zwei-Seiten-Polierapparat ohne Sonnenrad zum Spiegelpolieren aus Beispiel 1 dazu, den in das Waferaufnahmeteil 11a, das in die Trägerplatte 110 geformt ist, eingesetzten Siliziumwafer 11 einem beidseitigen simultanen ersten Polierschritt zu unterziehen, bei dem die Drehrichtungen der jeweiligen Polierflächenplatten 120 und 130 einander entgegengesetzt sind und die Drehgeschwindigkeit, der Polierdruck, die Polierzeit usw. der Polierflächenplatten 120 und 130 so eingestellt sind, dass der Polierbetrag bei jeder Oberfläche 0,5 μm (1 μm für beide Oberflächen) beträgt. Beim ersten beidseitigen Polierschritt werden beide Polierstoffe 15 mit einer Erstpolierflüssigkeit versorgt, der 3 Gewichtsprozent an Partikeln aus kolloidalem Siliziumdioxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 70 nm einer wässrigen Aminlösung mit pH 10,5 zugesetzt sind.
Indem auf diese Weise eine Polierflüssigkeit, der die Schleifkörner enthaltende wässrige Aminlösung zugesetzt ist, als Polierflüssigkeit für den ersten Polierschritt eingesetzt wird, können als Vorbearbeitung für den zweiten Polierschritt, bei dem keine Schleifkörner vorhanden sind, die natürlichen Oxidfilme von jeweils ca. 10 Å, die auf der oberen und der Rückseitenfläche des Siliziumwafers 11 vorhanden sind, in kurzer Zeit durch mechanische Vorgänge entfernt werden. Das Spiegelpolieren mittels chemischer Vorgänge der wiederholten alkalischen Ätzung unter Verwendung der wässrigen alkalischen Lösung und die Ablösung der der geätzten Teile kann dadurch im Rahmen des zweiten Polierschritts mit einer hohen Polierrate durchgeführt werden.
Genauer gesagt ist im Moment des ersten Polierschritts, der durchgeführt wird, nachdem eine vorbestimmte Zeit nach dem Ätzen verstrichen ist, im Allgemeinen ein natürlicher Oxidfilm auf der vorderen Siliziumwaferoberfläche vorhanden. Es ist schwierig, den natürlichen Oxidfilm allein mittels des zweiten, chemischen Polierschritts zu entfernen, bei dem keine Schleifkörner vorhanden sind. So wird in gezeigt, dass die Polierrate im Wesentlichen auch dann gleich Null ist, wenn der Bearbeitungsdruck (Polierdruck) erhöht wird, wenn das Polieren mit einer Polierflüssigkeit, die nur aus der wässrigen alkalischen Lösung besteht, durchgeführt wird. Daher wird in Beispiel 2 vor dem zweiten Polierschritt der erste Polierschritt unter Verwendung von Schleifkörnern durchgeführt. Die Zeit für die Entfernung des natürlichen Oxidfilms kann dadurch verkürzt werden und die Verringerung der Produktivität des epitaktischen Siliziumwafers kann vermieden werden.
Im Reinigungsschritt nach dem ersten Polierschritt wird eine SCl-Reinigung unter Verwendung einer alkalischen Lösung und einer sauren Lösung am dem ersten Polierschritt unterzogenen Siliziumwafer 11 durchgeführt.
Danach wird im zweiten Polierschritt (der dem Spiegelpolierschritt in der ersten Ausführungsform entspricht) der für den ersten Polierschritt verwendete Zwei-Seiten-Polierapparat ohne Sonnenrad verwendet, um den zweiten Polierschritt (der dem Spiegelpolierschritt in Beispiel 1 entspricht) für die obere und die Rückseitenfläche des gereinigten Siliziumwafers 11 unter Verwendung einer Zweitpolierflüssigkeit (die der Polierflüssigkeit in Beispiel 1 entspricht) durchzuführen, bei der Hydroxyethylzellulose (wasserlösliches Polymer) einer wässrigen Aminlösung (wässrige alkalische Lösung) zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält. D. h., der im in die Trägerplatte 110 geformten Waferaufnahmeteil 11a eingesetzte Siliziumwafer 11 wird einem beidseitigen simultanen zweiten Spiegelpolierschritt unterzogen, bei dem die Drehrichtungen der jeweiligen Polierflächenplatten 120 und 130 einander entgegengesetzt sind und die Drehgeschwindigkeit, der Polierdruck, die Polierzeit usw. der Polierflächenplatten 120 und 130 so eingestellt sind, dass der Polierbetrag auf jeder Oberfläche 6 μm (12 μm bei beiden Oberflächen) beträgt. Beim beidseitigen zweiten Polierschritt wird beiden Polierstoffen 15 die Zweitpolierflüssigkeit zugeführt, bei der 100 ppm Hydroxyethylzellulose der wässrigen Aminlösung mit pH 10,5 zugesetzt sind.
Nach dem zweiten Polierschritt wird der Siliziumwafer 11 gereinigt. Hier wird an jedem Siliziumwafer 11 eine SCl-Reinigung unter Verwendung einer alkalischen Lösung und einer sauren Lösung durchgeführt.
Durch eine derartige Anordnung wird es möglich, dass der epitaktische Siliziumwafer 10 allein mittels der Durchführung des primären Polierschritts und des sekundären Polierschritts und unter Auslassung des Endpolierschritts hergestellt werden kann, und dadurch wird der Polierprozess vereinfacht, die Produktivität des epitaktischen Wafers 10 verbessert und eine Kostenreduzierung ermöglicht. Darüber hinaus wird im Vergleich zum herkömmlichen Fall, in dem nur der primäre Polierschritt mit ungebundenen Schleifkörnern durchgeführt wird, die Dichte bearbeitungsbedingter LPDs verringert, die sich auf den zweitpolierten Waferoberflächen bilden, und die Oberflächenrauheit der Waferoberflächen kann auf ein kleines Maß verringert werden.
Andere Anordnungen, Funktionen und Wirkungen, die im Vorangegangenen nicht beschrieben sind, liegen in einem Bereich, der sich aus der ersten Ausführungsform ableiten lässt, und daher wird auf deren Beschreibung hier verzichtet.
Unter Bezugnahme auf sollen im Folgenden die Ergebnisse der Bewertung der Gateoxidintegritätseigenschaft (durch TZDB-Messung ermittelter C+ Mode-Prozentsatz) eines spiegelpolierten Siliziumwafers (PW) in einem Fall der Durchführung des zweiten Polierschritts ohne Einschluss von Schleifkörnern nach dem ersten Polierschritt gemäß den Bedingungen von Beispiel 2 des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, in einem Fall der erfolgreichen Durchführung eines allgemeinen ersten Polierschritts, zweiten Polierschritts und dritten Polierschritts (Endpolierschritts) (herkömmliche Methode 1) und in einem Fall der Durchführung des ersten Polierschritts allein unter Einschluss von Schleifkörnern (kolloidales Siliziumdioxid) (herkömmliche Methode 2) dargestellt werden. Bei diesen Ergebnissen handelt es sich durchweg um Ergebnisse nach der SCl-Reinigung. Die Reinigung wurde unter Bedingungen durchgeführt, die durch die Verwendung einer SCl-Reinigungsflüssigkeit, die durch Mischung von NH₄OH, H₂O₂ und H₂O in einem Volumenverhältnis von 1:2:7 vorbereitet wurde, und die Entfernung von 4 nm der Oberflächen der einzelnen Wafer gekennzeichnet sind.
Wie aus dem Diagramm in ersichtlich, betrug bei der herkömmlichen Methode 2, bei der die Schleifkörner enthaltende Polierflüssigkeit verwendet wurde, der C+ Mode-Prozentsatz weniger als 30%. Andererseits betrug bei der Methode der vorliegenden Erfindung, bei der nach Entfernung der natürlichen Oxidfilme auf den Waferoberflächen mittels des ersten Polierschritts einschließlich Schleifmitteln die Polierflüssigkeit, bei der ein wasserlösliches Polymer einer wässrigen alkalischen Lösung zugesetzt ist, die keine Schleifkörner enthält, verwendet wird, der C+ Mode-Prozentsatz 99,7%, womit dieser annäherungsweise dem Prozentsatz der allgemeinen herkömmlichen Methode 1 gleichkommt, bei der die Polierschritte vom ersten bis zum dritten Polierschritte angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf die LPD-Verteilungsdiagramme in und sollen nun die Ergebnisse der Verwendung eines Partikelzählers zur Messung der Anzahl von LPDs pro Einzelwafer nach dem Spiegelpolieren einer Oberfläche eines Siliziumwafers (PW) gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung (Beispiel 2) ( ) bzw. gemäß dem herkömmlichen Verfahren ( ) sowie der Anzahl von LPDs pro Einzelwafer, die auf einer oberen Fläche eines auf jeder spiegelpolierten Oberfläche gebildeten epitaktischen Schichtfilms vorhanden ist (in allen Fällen wurden LPDs von mindestens 130 nm gezählt), dargestellt werden. Hier, beim Verfahren der vorliegenden Erfindung, wird das Polieren in zwei Schritten durchgeführt, und zwar unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die Schleifkörner enthält, zur Durchführung des ersten Schritts des Polierens von Oberflächen eines Siliziumwafers, und unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält, zur Durchführung des zweiten Polierschritts gemäß den Bedingungen von Beispiel 2. Bei der herkömmlichen Methode wird dagegen allein der erste Polierschritt unter Verwendung der Polierflüssigkeit angewandt, die in der wässrigen alkalischen Lösung besteht, die Schleifkörner enthält.
In jeder Abbildung wird auf der linken Seite das Ergebnis für den Siliziumwafer (PW) und auf der rechten Seite das Ergebnis für den epitaktischen Siliziumwafer (EW) angezeigt. Bei diesen Ergebnissen handelt es sich durchweg um Ergebnisse nach der SCl-Reinigung der Waferoberfläche. Die Reinigung wurde unter Bedingungen durchgeführt, die durch die Verwendung einer SCl-Reinigungsflüssigkeit, die durch Mischung von NH₄OH, H₂O₂ und H₂O in einem Volumenverhältnis von 1:2:7 vorbereitet wurde, und die Entfernung von 4 nm der Oberflächen der einzelnen Wafer gekennzeichnet sind.
Als LPD-Messgerät wurde das ”SP2XP” Surfscan SP2, hergestellt von KLA Tencor Corp., eingesetzt. Bei diesem Partikelzähler werden Streulichtphotonen von Laserlicht, das schräg, in einem Winkel von 20°, auf eine Oberfläche eines Probewafers projiziert wird, von einem Kollektor aufgefangen und die aufgefangenen Photonen werden von einem Photomultiplier verstärkt und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Danach wird das elektrische Signal in Streuintensität umgewandelt und Streulicht von mindestens einem Schwellenwert wird gemäß einer Eichkurve in eine vorbestimmte Größe verwandelt. Bei jedem dieser Messwerte handelt es sich um einen Mittelwert für fünf Wafer.
Als Messergebnisse ergaben sich für die Anzahl der LPDs, die auf den Oberflächen von Siliziumwafern ermittelt wurden, die dem Verfahren der vorliegenden Erfindung der Durchführung des ersten Polierschritts mit Schleifkörnern und der anschließenden Durchführung des zweiten Polierschritts ohne Schleifkörner unterzogen wurden, 142,60 Defekte/wf (PW in ) und für die Anzahl der LPDs, die auf den Oberflächen von epitaktischen Siliziumwafern ermittelt wurden, die dem Verfahren der vorliegenden Erfindung unterzogen wurden, 2,7500 Defekte/wf (EW in ). Demgegenüber betrug die Anzahl der LPDs, die auf den Oberflächen von Siliziumwafern ermittelt wurden, die unter Verwendung der Polierflüssigkeit spiegelpoliert wurden, die gemäß der herkömmlichen Methode Schleifkörner enthält, 1851,00 Defekte/wf (PW in ) und die Anzahl der LPDs, die auf den Oberflächen epitaktischer Siliziumwafer ermittelt wurden, die der herkömmlichen Methode unterzogen wurden, 10,5000 Defekte/wf (EW in ).
Wie aus den LPD-Verteilungsdiagrammen in und klar hervorgeht, verringerte sich bei der vorliegenden Erfindung – nach der der erste Polierschritt mit Schleifkörnern und danach der zweite Polierschritt ohne Schleifkörner durchgeführt wird – im Vergleich zur herkömmlichen Methode – bei der unter Verwendung der Polierflüssigkeit, die Schleifmittel enthält, nur der erste Polierschritt durchgeführt wird – die Anzahl der LPDs, die auf den spiegelpolierten Oberflächen von Siliziumwafern auftreten, und die Anzahl der LPDs, die auf den Oberflächen von epitaktischen Filmen, die auf den spiegelpolierten Oberflächen gebildet wurden. Obwohl im LPD-Bewertungsergebnis für die Siliziumwafer (PWs) des Verfahrens der vorliegenden Erfindung in ein geringes Auftreten von LPDs festgestellt wurde, betrug – wie sich in den obigen experimentellen Ergebnissen zeigt – der Gateoxidintegritätswert (durch TZDB-Messung ermittelter C+ Mode-Prozentsatz) dieser Siliziumwafer (PW) nahezu 100% ( ), und daher ist anzunehmen, dass die in erscheinenden LPDs keine bearbeitungsbedingten LPDs, wie Bearbeitungsschäden usw., sondern Partikel sind. Auch wenn es sich bei diesen um bearbeitungsbedingte LPDs handelt, können sie als extrem kleine bearbeitungsbedingte Schäden eingestuft werden, die den C+ Mode-Prozentsatz nicht beeinflussen, und die Möglichkeit der Beeinflussung der Oberflächenqualität des epitaktischen Films ist gering.
Unter Bezugnahme auf bis wird im Folgenden über die Rauheit von Oberflächen von Siliziumwafern (PWs) und Oberflächen von epitaktischen Siliziumwafern (EWs) gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung (Beispiel 2) ( und ) und der herkömmlichen Methode ( und ) vorbereiteter Epitaxie berichtet, wie sie nach der Beobachtung von Messflächen von 10 μm × 10 μm ( und ) und Messflächen von 1 μm × 1 μm ( und ) durch ein Rasterkraftmikroskop ermittelt wurde. Sowohl was die Siliziumwafer (Pws) als auch was die epitaktischen Siliziumwafer (EWs) betrifft, handelt es sich bei den hier dargelegten Ergebnissen durchweg um Bewertungsergebnisse nach SCl-Reinigung der Oberflächen. Die Reinigung wurde unter Bedingungen durchgeführt, die durch die Verwendung einer SCl-Reinigungsflüssigkeit, die durch Mischung von NH40H, H2O2 und H2O in einem Volumenverhältnis von 1:2:7 vorbereitet wurde, und die Entfernung von 4 nm der Oberflächen der einzelnen Wafer gekennzeichnet sind.
Zur Beobachtung der Oberflächenrauheit (Rauheit) wurde das Rasterkraftmikroskop ”Multimode AFM”, hergestellt von Veeco Inc., eingesetzt. Hierbei handelt es sich um ein „Tapping Mode”-AFM, bei dem ein Cantilever in der Nähe einer Resonanzfrequenz (Amplitude: 20 bis 100 nm) zum Vibrieren gebracht wird und der Cantilever dann in intermittierenden Kontakt mit der Oberfläche eines Probewafers gebracht wird, um die Unebenheit der Waferoberfläche zu beobachten. Der Kraftermittlungsmodus wurde auf ”dynamic” eingestellt, die Auflösung betrug 1 nm, die auf den Probewafer ausgeübte Kraft betrug 0,1 bis 1 nN in Luft, der Messpunkt war 1 Punkt/wf (Mitte) und die Rauheit (mittlerer Amplitudenparameter in der Höhenrichtung) ist als Effektiv-Rauheitswert (früher RMS) angegeben.
Was die Messergebnisse betrifft, betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der 10 μm × 10 μm großen Messfläche der Oberfläche des Siliziumwafers, der gemäß dem aus einem primären und sekundären Schritt bestehenden Polierverfahren der vorliegenden Erfindung spiegelpoliert wurde, 0,277 nm (PW in ). Des Weiteren betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der gleichen Messfläche der Oberfläche des epitaktischen Siliziumwafers 0,100 nm (EW in ). Demgegenüber betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der 10 μm × 10 μm großen Messfläche der Oberfläche des Siliziumwafers, der unter Verwendung der gemäß dem herkömmlichen Verfahren Schleifkörner enthaltenden Polierflüssigkeit einem ersten Spiegelpolierschritt unterzogen wurde, 0,458 nm (PW in ). Des Weiteren betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der gleichen Messfläche der Oberfläche des epitaktischen Siliziumwafers 0,132 nm (EW in ).
Wie aus und klar hervorgeht, wurde festgestellt, dass beim Verfahren der vorliegenden Erfindung – bei der das Zwei-Schritte-Polieren angewandt wird – im Vergleich zur herkömmlichen Methode – bei der nur der erste Polierschritt unter Verwendung der Polierflüssigkeit durchgeführt wird, die ungebundene Schleifmittel enthält – die Oberflächenrauheit der spiegelpolierten Oberfläche des Siliziumwafers und die Oberfläche des epitaktischen Films, der auf der spiegelpolierten Oberfläche gebildet wurde, sich verbessert (verringert).
Außerdem betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der 1 μm × 1 μm großen Messfläche der Oberfläche des Siliziumwafers, der nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung dem Zwei-Schritte-Polieren unterzogen wurde, 0,223 nm (PW in ). Der Effektivwert der Oberflächenrauheit der gleichen Messfläche der Oberfläche des epitaktischen Siliziumwafers betrug 0,097 nm (EW in ). Demgegenüber betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der 1 μm × 1 μm großen Messfläche der Oberfläche des Siliziumwafers, der unter Verwendung der gemäß dem herkömmlichen Verfahren Schleifkörner enthaltenden Polierflüssigkeit dem ersten, Spiegelpolierschritt unterzogen wurde, 0,311 nm PW in ). Desgleichen betrug der Effektivwert der Oberflächenrauheit der gleichen Messfläche der Oberfläche des epitaktischen Siliziumwafers 0,103 nm (EW in ).
Wie aus und ersichtlich, wurde festgestellt, dass die Oberflächenrauheit der spiegelpolierten Oberfläche des Siliziumwafers und die Oberfläche des epitaktischen Films mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung im Vergleich zur herkömmlichen Methode reduziert werden kann.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist als Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers von Nutzen, der als Substrat zur Vorbereitung von Baugruppen wie bipolaren integrierten Schaltkreisen, MOS, Einzelbauelementen usw. dient.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3120825 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers, umfassend: Spiegelpolieren einer vorderen Oberfläche eines Siliziumwafers unter Verwendung einer Polierflüssigkeit, die keine Schleifkörner enthält und der ein wasserlösliches Polymer zugesetzt ist, und Aufdampfen eines epitaktischen Films auf der spiegelpolierten vorderen Oberfläche des Siliziumwafers nach dem Spiegelpolieren.
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1, des weiteren umfassend: Durchführen eines ersten Polierschritts vor dem Spiegelpolieren, wobei beim ersten Polieren eine Erstpolierflüssigkeit, die hauptsächlich die wässrige alkalische Lösung sowie Schleifkörner umfasst, verwendet wird, unter Entfernung eines auf der vorderen Siliziumwaferoberfläche gebildeten Oxidfilms, wobei als zweiter Polierschritt das Spiegelpolieren unter Verwendung der Polierflüssigkeit als Zweitpolierflüssigkeit durchgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1, wobei das der wässrigen alkalischen Lösung zugesetzte wasserlösliche Polymer Hydroxyethylzellulose oder Polyethylenglykol ist.
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 3, wobei die Konzentration des wasserlöslichen Polymers 0,01 ppm bis 1000 ppm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die wässrige alkalische Lösung auf einen pH-Wert von pH 8 bis pH 14 eingestellt ist, und die wässrige alkalische Lösung eine wässrige alkalische Lösung ist, der ein basisches Ammoniumsalz, ein basisches Kaliumsalz oder einbasisches Natriumsalz als alkalisches Mittel zugesetzt ist; eine wässrige alkalische Carbonatlösung, eine wässrige alkalische Lösung, der Hydrazin zugesetzt ist; oder eine wässrige alkalische Lösung, der ein Amin zugesetzt ist.
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Effektivwert der Oberflächenrauheit der Siliziumwaferoberfläche nach dem Spiegelpolieren weniger als 0,3 nm beträgt, wenn eine Messfläche von 1 μm × 1 μm durch ein Rasterkraftmikroskop gemessen wird, und nicht mehr als 0,3 nm beträgt, wenn eine Messfläche von 10 μm × 10 μm durch das Rasterkraftmikroskop gemessen wird.
Verfahren zur Herstellung eines epitaktischen Siliziumwafers gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei sich im Rahmen einer Bewertung mittels TZDB-Messung als Gateoxidintegritätseigenschaft des Siliziumwafers nach dem Spiegelpolieren ein C+ Mode-Prozentsatz von mindestens 99% ergibt.