DE112014001496T5 - Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers - Google Patents

Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers bereit, das ein Durchführen eines Hochglanz-Polierverfahrens an dem Siliziumwafer umfasst, wobei das Hochglanz-Polierverfahren Folgendes einschließt: Durchführen von Vorpolieren an dem Siliziumwafer; anschließend Entfernen von metallischen Verunreinigungen, die an einer Oberfläche des Siliziumwafers anhaften, durch Durchführen sowohl eines Oxidationsverfahrens mit Ozongas oder Ozonwasser als auch eines Oxidschicht-Entfernungsverfahrens mit Flusssäure-Dampf oder Flusssäure-Lösung auf der Oberfläche des Siliziumwafers; und dann Durchführen von Nachpolieren. Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers bereit, die das Auftreten von PID im Siliziumwafer aufgrund eines Hochglanz-Polierverfahrens und die Verschlechterung der Oberflächenqualität des Siliziumwafers nach dem Hochglanz-Polierverfahren verhindern, wobei in einem anschließenden Verfahren eine Epitaxieschicht auf dem Epitaxiewafer angeordnet wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist bekannt, dass Unebenheiten einer Epitaxieschicht, die sich aus einem epitaxialen Wachstumsverfahren eines Halbleiter-Siliziumwafers ergeben, auf Kratzer oder beim Polieren verursachte Mängel (polishing induced defects, PIDs) zurückzuführen sind, die in einem vorherigen Hochglanzpolierverfahren entstehen.
  • Die Kratzer auf einer Oberfläche des Wafers nach dem Hochglanzpolieren gehen mit Verschiebungen einher, die Kristallbaufehler sind. Wenn das Epitaxiewachstum auf diesem Wafer mit den Kratzern durchgeführt wird, breiten sich die Verschiebungen auf die Epitaxieschicht auf, wodurch auch in der Epitaxieschicht Verschiebungen erzeugt werden und sich eine schlechtere Qualität der Epitaxieschicht ergibt. Es ist daher wichtig, dass der Wafer vor dem Epitaxiewachstum nach dem Hochglanzpolieren keinen Kratzer aufweist.
  • 7 zeigt erfasste Epitaxiefehler in einer Epitaxieschicht, die beim Epitaxiewachstum auf einem Wafer (einem polierten Wafer) nach dem Hochglanzpolieren mit einer Schädigung, wie z. B. einem Kratzer, erzeugt werden. Eine vergrößerte Ansicht links unten zeigt eine Schädigung nahe der Grenze zwischen der Epitaxieschicht und einem Substrat.
  • Wenn das Epitaxiewachstum auf einem PID durchgeführt wird, kann ein vorspringender Teil (ein Vorsprung), der durch die Form des PID beeinflusst ist, auf der äußersten Oberfläche der Epitaxieschicht beobachtet werden. Es kann auch beobachtet werden, dass es im Inneren der Epitaxieschicht genau unter diesem vorspringenden Teil keinen Mangel, wie z. B. eine Verschiebung, gibt, und die Kristallinität der Epitaxieschicht ist nicht gestört.
  • 8(A) zeigt ein Bild eines PID, der auf einem polierten Wafer mit einem Lasermikroskop (MAGICS von der Lasertec Corporation) zu sehen ist. 8(B) zeigt ein Bild einer Beobachtung an denselben Koordinaten wie der PID, nachdem das Epitaxiewachstum darauf durchgeführt wurde. Wie in dem Bild nach dem Epitaxiewachstum zu sehen ist, ist aufgrund des PID ein Vorsprung zu sehen.
  • 9 zeigt den Querschnitt einer Epitaxieschicht mit einer konvexen Form, die durch ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) an denselben Koordinaten wie der PID, nachdem das Epitaxiewachstum auf einem Wafer mit dem PID durchgeführt wurde, zu sehen ist. Dieses Ergebnis zeigt, dass, obwohl die Epitaxieschicht keinen Mangel aufweist, die äußerste Schicht der Epitaxieschicht konvex nach oben über eine Breite von 200 nm verläuft und ihre Höhe ungefähr 2 bis 3 nm beträgt.
  • Bei herkömmlichen Verfahren, können Mängel, wie z. B. Kratzer, verringert werden, wenn eine Hochglanzpolier-Werkstoffabnahme ausreichend sichergestellt ist.
  • PIDs werden andererseits normalerweise unter Bedingungen verringert, bei welchen ein Poliergerät und ein Polierpad durch verschiedene Verfahren, wie z. B. in Patentdokument 1 offenbart, gut gehandhabt werden. Beispielhafte auf die PIDs angewandte Techniken schließen auch ein Reinigen kurz vor dem Epitaxiewachstum und nach dem Hochglanz-Polieren ein, wie in Patentdokument 2 offenbart ist.
  • LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
  • PATENTLITERATUR
    • Patentdokument 1: Japanische Ungeprüfte Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 2008-205147
    • Patentdokument 2: Internationale Veröffentlichung Nr. WO2010/150547
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Wie zuvor beschrieben, werden Gegenmaßnahmen, wie die in den Patentdokumenten 1 und 2 offenbarten, herkömmlicherweise gegen PID verwendet. Diese reichen jedoch nicht aus, um eine Verschlechterung der Oberflächenqualität eines polierten Wafers und eines Epitaxiewafers mit einer Epitaxieschicht, die auf dem polierten Wafer gebildet ist, zu verhindern.
  • Vor diesem Hintergrund untersuchte der Erfinder der vorliegenden Erfindung PID.
  • Ein PID auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers, der aus einem Siliziumrohling geschnitten, geschliffen und anschließend hochglanzpoliert wurde, wurde zunächst direkt durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) beobachtet und durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) analysiert. Eine Spitze eines erzeugten Röntgenstrahls, die Metall anzeigte, wurde folglich in einem Abschnitt des PID erfasst.
  • In einem in 3(A) gezeigten Beispiel wurden metallische Verunreinigungen mit Zr (2,042 keV) zusätzlich zu Silizium erfasst. In einem in 3(B) gezeigten Beispiel wurden metallische Verunreinigungen mit Ni (0,851 keV) erfasst.
  • Es ist zu beachten, dass, als dieselbe Analyse an flach eingerissenen und zerkratzten Abschnitten durchgeführt wurde, Spitzen, die Metall anzeigen, gleichermaßen erhalten wurden.
  • Metallische Verunreinigungen mit Ni wurden in dem in 4 gezeigten Kratzer erfasst.
  • Die Querschnittsstruktur des PID wurde anschließend durch TEM angesehen, um die Untersuchung des PID voranzubringen. Die EDX-Analyse offenbarte, dass ungefähr 2 nm eines oberen Schichtabschnitts inmitten des PID mit einer Höhe von 3 bis 6 nm eine anhaftende metallische Substanz waren.
  • 5(A) zeigt ein Bild eines PID durch SEM; 5(B) zeigt ein Bild des Querschnitts dieses PID durch TEM-Beobachtung; 5(C) zeigt eine vergrößerte Ansicht davon. 5(D) zeigt das Ergebnis einer EDX-Analyse der äußersten Oberflächenschicht des PID. Wie in diesem Ergebnis der EDX-Analyse gezeigt, wurde Zr in einem Oberflächenschicht-Abschnitt des PID erfasst.
  • Es ist zu beachten, dass andere Metalle, die in dieser Untersuchung erfasst wurden, Fe, Ni und Zr waren.
  • Diese Ergebnisse entsprechen den Analyseergebnissen von Schleifkörpern und den Komponenten eines Schleifsteins. Tabelle 1 zeigt die Analyse der Komponenten des Schleifsteins. [Tabelle 1]
    ELEMENT ANALYSIERTER WERT (PPM)
    Al 880
    Cr 64
    Fe 430
    Ni 5.7
    Cu 100
    Zr 98
  • Ein angenommener Mechanismus, durch welchen die zuvor genannten metallischen Verunreinigungen an dem PID anhaften, wird nachstehend beschrieben. Die Kontur dieses Mechanismus ist in 6 gezeigt.
  • Ein Silizium-Einkristall wird zunächst mit einer Drahtsäge in Wafer geschnitten. Bei diesem Verfahren wird der Wafer durch einen Scheibendraht, Schleifkörper eines Schlickers und den entsprechenden Druck beschädigt.
  • Nach dem Reinigen wird ein Ätzverfahren zur Entfernung von Schädigungen aufgrund der Verarbeitung unter Verwendung einer Säure- oder Alkalilösung durchgeführt, so dass diese Schädigung zwangsweise entfernt wird. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Teil der Schädigung verbleiben, oder ein sich ausbreitender Riss, der während des Scheiben-Schneidens erzeugt wurde, kann verbleiben.
  • Ein Schleifverfahren mit einem Schleifstein oder mit Schleifkörpern, oder ein Läppverfahren, oder beide Verfahren, werden anschließend zur Entfernung der übrigen Schädigung durchgeführt. Bei diesem Verfahren wird ein Teil der übrigen Schädigungen entfernt, es werden jedoch auch neue Schädigungen erzeugt. Deshalb verbleiben die übrigen Schädigungen, die während des Scheiben-Schneidverfahrens erzeugt wurden, und die Schädigungen, die durch das Schleifen oder Läppen erzeugt wurden, als gemischte Schädigungen. Ein anschließendes Verfahren folgt auf das Reinigen.
  • Die metallischen Verunreinigungen sind bei diesen gemischten Schädigungen in einem Spalt vorhanden. Wenn die übrigen Schädigungen in einem anschließenden Polierverfahren entfernt werden, zeigen sich die metallischen Verunreinigungen in einer Oberflächenschicht. Dementsprechend variiert die Polier-Werkstoffabnahme teilweise aufgrund einer Differenz bei der Härte zwischen dem Metall und dem Silizium, wodurch sich das Auftreten von PID ergibt. Dies sind die Annahmen des Erfinders.
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung sagte voraus, dass, obwohl metallische Verunreinigungen normalerweise durch verschiedene Reinigungsverfahren entfernt werden können, nicht notwendigerweise alle metallischen Verunreinigungen entfernt werden, da es sein kann, dass keine ausreichende Konvektion einer Reinigungsflüssigkeit auftritt, abhängig von einem winzigen Spalt in einer erzeugten Schädigung oder der Struktur. Dies wird auch aus der Tatsache angenommen, dass Ni in einem Kratzer auf einer Waferoberfläche in einer beispielhaften SEM-EDS-Analyse in der Vergangenheit erfasst wurde.
  • Das Reinigungsverfahren nach dem Hochglanz-Polierverfahren, wie in Patentdokument 2 offenbart, kann beispielsweise selbst PID entfernen, bildet die Waferoberfläche jedoch dann in konkaver Form aus. Abhängig von der konkaven Form, kann ein Epitaxiefehler, dem eine Verschiebung folgt, während des anschließenden Epitaxiewachstums ausgelöst werden. Das Reinigungsverfahren in Patentdokument 2 ist deshalb nicht ausreichend als Gegenmaßnahme zu PID.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Probleme zu Wege gebracht. Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers bereitzustellen, die das Auftreten von PID im Siliziumwafer aufgrund eines Hochglanz-Polierverfahrens und die Verschlechterung der Oberflächenqualität des Siliziumverfahrens nach dem Hochglanz-Polierverfahren verhindern, und wobei in einem anschließenden Verfahren eine Epitaxieschicht auf dem Epitaxiewafer angeordnet wird.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Um dieses Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers bereit, das ein Durchführen eines Hochglanz-Polierverfahrens an dem Siliziumwafer umfasst, wobei das Hochglanz-Polierverfahren Folgendes einschließt: Durchführen von Vorpolieren an dem Siliziumwafer; anschließend Entfernen von metallischen Verunreinigungen, die an einer Oberfläche des Siliziumwafers anhaften, durch Durchführen sowohl eines Oxidationsverfahrens mit Ozongas oder Ozonwasser als auch eines Oxidschicht-Entfernungsverfahrens mit Flusssäure-Dampf oder Flusssäure-Lösung auf der Oberfläche des Siliziumwafers; und dann Durchführen von Nachpolieren.
  • Dieses erfindungsgemäße Polierverfahren kann zwangsweise die metallischen Verunreinigungen, die an der Oberfläche des Siliziumwafers anhaften, nach dem Vorpolieren durch die Zwangsoxidation mit Ozongas oder -wasser und die Entfernung zusammen mit der Oxidschicht mit Flusssäure-Dampf oder -Lösung beseitigen.
  • Beim anschließenden Nachpolieren besteht daher kein Unterschied bei der Härte, die ein Faktor beim Auftreten von PID ist, der Oberfläche des Siliziumwafers, aufgrund des Unterschieds zwischen Silizium und Metall. Das Nachpolieren kann daher mit einer großen Gleichmäßigkeit erfolgen. Auf diese Weise kann ein flacher, polierter Wafer von hoher Qualität und ohne PID erzeugt werden.
  • Zusätzlich dazu kann ein Epitaxiewafer mit einer hervorragenden Oberflächenqualität und ohne Vorsprung aufgrund von PID auf seiner Oberfläche erhalten werden, da ein derartiger polierter Wafer mit hoher Qualität erzielt werden kann, wenn eine Epitaxieschicht in einem anschließenden Verfahren darauf angeordnet wird.
  • Ferner kann der Siliziumwafer nach dem Entfernen der metallischen Verunreinigungen einem RCA-Reinigungsverfahren unterzogen werden.
  • Auf diese Weise können organische Partikel und metallische Partikel auf der Waferoberfläche entfernt werden.
  • Ferner kann der der Siliziumwafer nach dem Nachpolieren einem abschließenden Reinigungsverfahren unterzogen werden.
  • Auf diese Weise können verschiedene Arten von Partikel auf der Waferoberfläche nach dem Nachpolieren entfernt werden.
  • Ferner stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers bereit, das Folgendes umfasst: Durchführen des Hochglanz-Polierverfahrens durch das zuvor genannte Polierverfahren an einer Oberfläche eines Siliziumwafers; und Bilden einer Epitaxieschicht auf der Oberfläche des Siliziumwafers.
  • Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers kann die Epitaxieschicht auf einem polierten Wafer ausbilden, bei welchem das Auftraten von PID gehemmt ist, wodurch ein Epitaxiewafer erhalten wird, der eine hervorragende Oberflächenqualität aufweist und bei welchem das Auftreten eines Vorsprungs aufgrund von PID gehemmt ist.
  • VORTEILHAFTE AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß der zuvor genannten vorliegenden Erfindung können durch das Hochglanz-Polierverfahren die metallischen Verunreinigungen, die an einer Oberfläche eines Siliziumwafers anhaften, entfernt werden und ein flacher, polierter Wafer von hoher Qualität kann nach dem Nachpolieren erhalten werden, bei welchem das Auftreten von PID gehemmt ist. Zusätzlich dazu kann die Erfindung einen Epitaxiewafer erhalten, der eine hervorragende Oberflächenqualität aufweist und bei welchem das Auftreten eines Vorsprungs aufgrund von PID gehemmt ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm von Verfahren des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polieren eines Siliziumwafers und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Epitaxiewafers;
  • 2 zeigt das Ergebnis einer Oberflächenuntersuchung eines Siliziumwafers nach dem Vorpolieren, eines polierten Wafers und eines Epitaxiewafers in einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel;
  • 3 sind Messdiagramme von Beispielen für erzeugte Röntgenstrahlen-Spitzen, die Metall aus PID anzeigen, wobei (A) ein Beispiel für die Erfassung von Zr ist, und (B) ein Beispiel für die Erfassung von Ni ist;
  • 4 zeigt ein Beobachtungsdiagramm eines Kratzers und ein Messdiagramm eines Beispiels für eine erzeugte Röntgenstrahlen-Spitze, die Metall (Ni) aus dem Kratzer anzeigt;
  • 5 zeigen ein SEM-Bild von PID bei (A), ein Bild des Querschnitts des PID durch TEM-Beobachtung bei (B), eine vergrößerte Ansicht davon bei (C) und das Ergebnis der EDX-Analyse der äußersten Oberfläche des PID bei (D);
  • 6 ist eine beispielhafte Ansicht der Kontur eines Mechanismus, durch welchen metallische Verunreinigungen an PID anhaften;
  • 7 ist ein Beobachtungsdiagramm beispielhafter Epitaxiefehler in einer Epitaxieschicht;
  • 8 zeigen ein Beobachtungsdiagramm von PID auf einem polierten Wafer bei (A), und ein Beobachtungsdiagramm eines Vorsprungs an denselben Koordinaten wie bei PID, nachdem das Epitaxiewachstum bei (B) durchgeführt wurde; und
  • 9 ist ein Beobachtungsdiagramm des Querschnitts einer Epitaxieschicht mit einer konvexen Form, die an denselben Koordinaten wie PID beobachtet wird, nachdem das Epitaxiewachstum an einem Siliziumwafer mit dem PID durchgeführt wurde.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsform beschränkt.
  • Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat PID auf einer Oberfläche eines Siliziumwafers sorgfältig untersucht und hat infolgedessen Folgendes herausgefunden. Metallische Verunreinigungen sind bei gemischten Schädigungen vorhanden, die während Schneide-, Schleif- und Läppverfahren erzeugt werden. Während eines Hochglanz-Polierverfahrens zur Entfernung dieser gemischten Schädigungen wird PID erzeugt, da die Polier-Werkstoffabnahme teilweise aufgrund des Unterschieds bei der Härte zwischen Metall und Silizium variiert.
  • Das Reinigungsverfahren, wie es beispielsweise in Patentdokument 2 offenbart ist, verleiht einem polierten Wafer nach dem Reinigen eine konkave Form, wodurch während des anschließenden Epitaxiewachstums ein Epitaxiefehler hervorgerufen wird, dem eine Verschiebung folgt. Dieses Verfahren ist daher als Gegenmaßnahme zu PID nicht ausreichend.
  • Der Erfinder dachte auch über die Entfernung der metallischen Verunreinigungen durch ein Verfahren mit Ozongas und durch andere Verfahren vor dem Nachpolieren und nach dem Vorpolieren nach. Dieses Verfahren kann das Auftreten von PID hemmen, wodurch ein Erwerb eines polierten Wafers und eines Epitaxiewafers ermöglicht wird, die eine hohe Oberflächenqualität und keine wie zuvor genannte konkave Form aufweisen. Der Erfinder hat diese Wirkung herausgefunden und dadurch die Erfindung vervollständigt.
  • 1 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm von Vorgängen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Polieren eines Siliziumwafers und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Epitaxiewafers.
  • (Scheiben-Schneidverfahren)
  • Ein Siliziumrohling, der durch das Czochralski-Verfahren oder ein anderes Verfahren hergestellt wird, wird mit einer Drahtsäge in Wafer geschnitten.
  • (Schleif- und Läppverfahren)
  • Der in Scheiben geschnittene, erhaltene Wafer wird zur Entfernung von Schädigungen durch das Verfahren geätzt und wird anschließend einem Schleifverfahren oder einem Läppverfahren oder beiden Verfahren unterzogen.
  • Es ist zu beachten, dass die Reinigung, wie erforderlich, vor und nach diesen Verfahren durchgeführt werden kann. Wie in 1 dargestellt, kann beispielsweise eine RCA-Reinigung nach dem Schleif- und Läppverfahren durchgeführt werden. Hierdurch können organische Partikel, metallische Partikel und andere Partikel auf der Waferoberfläche entfernt werden.
  • (Hochglanz-Polierverfahren)
  • <Vorpolieren>
  • Anschließend wird ein Hochglanz-Polierverfahren durchgeführt. In diesem Hochglanz-Polierverfahren wird zunächst ein Vorpolieren durchgeführt.
  • Beim Vorpolieren wird beispielsweise der Siliziumwafer, der von einer Wafer-Trägerplatte eines Polierkopfes abgestützt wird, mit einem angemessenen Druck zum Polieren des Siliziumwafers in Kontakt mit eine Polierpad gebracht, das an einem drehbaren Drehtisch angebracht ist. Bei diesem Polierverfahren wird eine Alkalilösung (auch als Polierschlicker oder als Poliermittel bezeichnet) verwendet, die kolloidale Kieselsäure enthält. Das Leiten dieses Poliermittels zu einer Kontaktfläche zwischen dem Polierpad und dem Siliziumwafer ruft eine mechanochemische Reaktion des Polierschlickers und des Siliziumwafers hervor und setzt somit das Polieren in Gang.
  • Als Poliergerät kann entweder ein doppelseitiges Poliergerät oder ein einseitiges Poliergerät verwendet werden. Verschiedene Bedingungen, wie z. B. die Zusammensetzung und die Temperatur des Polierschlickers, ein Polierdruck, die Polier-Werkstoffabnahme und eine Polierrate sind nicht besonders begrenzt.
  • Das Vorpolieren kann ein einstufiges Polieren oder ein mehrstufiges Polieren sein. Das Vorpolieren kann in Stufen ausgeführt werden, z. B. in zwei Stufen, so dass bei einem zweiten Polieren ein feineres Poliermittel und ein glatteres Polierpad als bei einem ersten Polieren verwendet wird.
  • <RCA-Reinigen und Reinwasser-Reinigen>
  • Nach dem somit durchgeführten Vorpolieren werden organische Partikel, metallische Partikel, etc., auf der Oberfläche des Wafers durch RCA-Reinigen entfernt. Anschließend wird ein Spülen mit Reinwasser (Reinwasser-Reinigen) durchgeführt. Dieses Spülverfahren kann entweder durch ein Überlaufverfahren, das ein chargenweises Eintauchen in fließendes Wasser einschließt, oder durch ein Sprühverfahren durchgeführt werden.
  • <Flusssäure-Verfahren und Reinwasser-Reinigen>
  • Ein Siliziumoxid auf der Waferoberfläche wird durch Eintauchen in Flussäure-Lösung oder Sprühen von Flusssäure-Lösung entfernt. Diese Flusssäure-Lösung kann in einer Konzentration von beispielsweise ungefähr 1 bis 5% verwendet werden; sie ist jedoch nicht besonders beschränkt auf diese Konzentration. Diese Konzentration beträgt bevorzugt 5% oder weniger, um effektiv zu verhindern, dass ein Anhaften von neuen Partikeln aufgrund einer höheren Flusssäure-Konzentration als nötig gefördert wird. Die Zeit für das Eintauchen in Flusssäure-Lösung und die Zeit für das Sprühen von Flusssäure-Lösung kann abhängig von der Konzentration geändert werden. Eine beispielhafte geschätzte Zeit kann bestimmt werden, so dass die Oberfläche des Siliziumwafers ein Wasserabweisungsvermögen aufweist. Die Zeit für das Eintauchen und das Sprühen wird bevorzugt so bestimmt, dass sie ein benötigtes Minimum ist, um das Wasserabweisungsvermögen aufzuweisen, da eine längere Zeit für das Eintauchen und das Sprühen das Anhaften von Partikeln fördern kann.
  • Ein Spülen wird anschließend mit Reinwasser durchgeführt. Der Siliziumwafer wird durch Trockenschleudern, IPA-Trocknen oder ein anderes Verfahren getrocknet.
  • <Entfernungsverfahren für metallische Verunreinigungen>
  • Die metallischen Verunreinigungen, die an der Oberfläche des Siliziumwafers anhaften, werden anschließend entfernt.
  • Das hier beschriebene Verfahren schließt ein Oxidationsverfahren mit Ozongas (oder Ozonwasser) und ein Oxidschicht-Entfernungsverfahren mit Flusssäure-Lösung (oder Flusssäure-Dampf) ein.
  • Nach dem Vorpolieren wird die Oberfläche des gereinigten Siliziumwafers zunächst mit Ozongas oxidiert. Zu diesem Zeitpunkt wird Silizium in der Siliziumwafer-Oberfläche, einschließlich eines Abschnitts, an welchem metallische Verunreinigungen, die in den gemischten Schädigungen, dem Kratzer und einem Mikroriss begraben sind, anhaften, zur Bildung einer Siliziumoxidschicht darauf zwangsoxidiert. Die Wachstumsrate der Siliziumoxidschicht ist dazu geeignet, insbesondere um diese Anhaftungen größer zu sein. Diese Siliziumoxidschicht ist so gebildet, dass sie diese Anhaftungen einbindet.
  • Die Zeit für die Zwangsoxidation durch das Ozongas ist nicht besonders begrenzt; wenn die Zeit eine Minute oder länger ist, dann kann eine ausreichendere Siliziumoxidschicht gebildet werden; die Zeit beträgt bevorzugt drei Minuten oder länger.
  • Die Zwangsoxidation durch das Ozongas wird bevorzugt in einem abgedichteten Behälter durchgeführt, während das Ozongas kontinuierlich zugeleitet wird, ist aber nicht hierauf beschränkt. Die Verwendung eines Verfahrens des direkten Sprühens des Ozongases auf die Oberfläche des Siliziumwafers in einem offenen Behälter kann auch dieselbe Wirkung erzielen.
  • Die zuvor genannte Wirkung der Zwangsoxidation kann nicht nur durch die Verwendung von Ozongas, sondern auch durch die Verwendung von Ozonwasser erzielt werden.
  • Obwohl entweder das Ozongas oder das Ozonwasser somit verwendet werden kann, wird das Ozongas bevorzugter verwendet, da es leicht in feine Kratzer eindringt.
  • Die Anhaftungen der metallischen Verunreinigungen, zusammen mit dem auf einer Oberflächenschicht des Siliziumwafers durch die Zwangsoxidation gewachsenen Siliziumoxid, werden dann durch Eintauchen in Flusssäure-Lösung oder Sprühen von Flusssäure-Lösung entfernt.
  • Diese Wirkung kann nicht nur durch Flusssäure-Lösung, sondern auch durch Flusssäure-Dampf erzielt werden.
  • Obwohl entweder Flusssäure-Lösung oder Flusssäure-Dampf somit verwendet werden kann, wird das Sprühen der Flusssäure-Lösung auf die Oberfläche des Siliziumwafers mehr bevorzugt, wenn man berücksichtigt, dass die metallischen Verunreinigungen von der Waferoberfläche in das Äußere eines Systems entfernt werden.
  • <RCA-Reinigen und Reinwasser-Reinigen>
  • Nachdem die metallischen Verunreinigungen somit entfernt werden, wird ein Spülen mit Reinwasser durchgeführt. Ein anschließendes Nachpolieren folgt bevorzugt unter einer Eintauchbedingung, so dass die Anhaftung von Umgebungspartikeln in der Luft verhindert wird.
  • Nach der Entfernung der metallischen Verunreinigungen kann das Spülen mit Reinwasser alternativ durchgeführt werden, nachdem das RCA-Reinigen durchgeführt wurde. Auf diese Weise kann der anschließende Nachpolierschritt durchgeführt werden, nachdem die Partikel auf der Siliziumwafer-Oberfläche effektiver entfernt wurden.
  • <Nachpolieren>
  • Anschließend wird ein Nachpolieren durchgeführt. Dieses Nachpolier-Verfahren behält eine Menge an Werkstoffabnahme bei, die ausreicht, um einen Abschnitt zu entfernen, einschließlich der Bahn von Kratzern und der Tiefe von Mikrorissen, etc. Diese Werkstoffabnahme ist nicht besonders begrenzt und ändert sich abhängig von den vorherigen Verfahren und anderen Faktoren; die Werkstoffabnahme beträgt bevorzugt 10 nm oder mehr.
  • Unterschiedliche Bedingungen, wie z. B. ein zu verwendendes Poliergerät, die Zusammensetzung und die Temperatur des Polierschlickers, ein Polierdruck, die Polier-Werkstoffabnahme und eine Polierrate, sind nicht besonders begrenzt. Diese Bedingungen können dieselben wie die herkömmlichen Bedingungen sein und jedes Mal geändert werden.
  • <Abschließendes Reinigen>
  • Nach dem Nachpolieren wird ein abschließendes Reinigen durchgeführt. Das Verfahren für diese abschließende Reinigung ist nicht besonderes beschränkt und kann fachgerecht bestimmt werden. Diese Ausführungsform verwendet das RCA-Reinigen und das Reinigen mit Reinwasser. Das Verfahren für diese Reinigung muss lediglich dazu fähig sein, verschiedene Partikel auf der Waferoberfläche nach dem Nachpolieren zu entfernen.
  • Bei dieser Erfindung werden die metallischen Verunreinigungen auf der Siliziumwaferoberfläche vor dem Nachpolieren entfernt. Beim Nachpolieren besteht dementsprechend kein Unterschied bei der Härte, die ein Faktor beim Auftreten von PID ist, der Siliziumwaferoberfläche. Ein flacher, polierter Wafer von hoher Qualität mit einer einheitlich nachpolierten Oberfläche kann dadurch erhalten werden. Bei diesem Wafer ist die Anzahl von PID nach dem Nachpolieren stark verringert.
  • Das erfindungsgemäße Polierverfahren hat keinen Bedarf an der Reinigung nach dem Hochglanz-Polierverfahren, wie in Patentdokument 2 offenbart, und kann einen polierten Wafer mit hervorragender Oberflächenqualität und ohne konkave Oberfläche erzielen.
  • (Epitaxiewachstumsverfahren)
  • Eine Epitaxieschicht wird anschließend auf dem Siliziumwafer gebildet, der dem zuvor genannten Hochglanz-Polierverfahren unterzogen wurde.
  • Das Verfahren zur Bildung der Epitaxieschicht selbst ist nicht besonders beschränkt und kann einem herkömmlichen Verfahren entsprechen.
  • Beispielsweise wird der Siliziumwafer auf ein Epitaxiewachstumsgerät gesetzt, und die Epitaxieschicht kann bei Temperaturen im Bereich von 1000 bis 1300°C bei einer H2-Atmosphäre darauf angeordnet werden, während ein Silicid-Gas, wie z. B. SiCl4, SiHCl3, SiH2Cl2, und SiH4, und ein Dotiergas, wie z. B. B2H6 oder PH3, dieser Atmosphäre zugeführt wird.
  • Bei der Erfindung weist die Oberfläche des Siliziumwafers, auf welcher die Epitaxieschicht gebildet werden soll, kein PID auf, da das zuvor genannte Hochglanz-Polierverfahren durchgeführt wurde. Bei der Bildung der Epitaxieschicht kann dadurch die Erzeugung eines Vorsprungs aufgrund von PID auf der Oberfläche der Epitaxieschicht, was herkömmlich eintritt, stark gehemmt werden. Ein Epitaxiewafer mit hervorragender Oberflächenqualität kann daher erzielt werden.
  • BEISPIEL
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genauer in Bezug auf ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
  • (Beispiel)
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers wurden umgesetzt.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, wurde ein CZ-Siliziumrohling mit einer Drahtsäge in Wafer geschnitten. Drei Siliziumwafer der in Scheiben geschnittenen Wafer wurden einem Schleifverfahren und einer RCA-Reinigung unterzogen. Anschließend wurde das Hochglanz-Polierverfahren durchgeführt. Es ist zu beachten, dass Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Kristallausrichtung von <100> verwendet wurden.
  • Bei dem Hochglanz-Polierverfahren wurde zunächst das Vorpolieren durchgeführt, und anschließend wurden das RCA-Reinigen, Reinwasser-Reinigen, ein Flusssäure-Verfahren und ein Reinwasser-Reinigen in dieser Reihenfolge durchgeführt, so dass ein vorpolierter Siliziumwafer erzielt wurde.
  • Die Bedingungen des Vorpolierens (ein erstes Polieren und ein zweites Polieren) sind wie folgt:
    Ein Siliziumwafer nach dem Schleifen und Läppen wurde zunächst um 20 μm mit NaOH als Vorbehandlung geätzt.
  • Beide Oberflächen dieses Siliziumwafers wurden anschließend durch das erste Polierverfahren mit einem doppelseitigen Poliergerät und einem Poliermittel aus einer Alkalilösung poliert, deren Hauptbestandteil kolloidale Kieselsäure war. Da eine Polier-Werkstoffabnahme von wenigstens 10 μm ausreichte, wurde die Polier-Werkstoffabnahme auf 10 μm bei diesem Polierschritt festgelegt. Urethanschaum wurde als Polierpad verwendet.
  • Anschließend wurde der zweite Polierschritt mit einer Polier-Werkstoffabnahme von ungefähr 1 μm ähnlich unter Verwendung eines einseitigen Poliergeräts mit einem nicht-gewebten Textilpolierpad aus Polyurethan und einem auf NaOH basierenden Poliermittel aus kolloidaler Kieselsäure durchgeführt.
  • Der Siliziumwafer wurde nach dem Vorpolieren einem Entfernungsverfahren für metallische Verunreinigungen unterzogen. Bei diesem Verfahren wurde der Siliziumwafer zunächst in einen Behälter gegeben und Ozongas wurde kontinuierlich dem Behälter zugeführt, um eine Oberfläche des Siliziumwafers durch das Ozongas zu oxidieren. Diese Zwangsoxidation durch das Ozongas wurde drei Minuten lang durchgeführt.
  • Anschließend wurde eine 1%-Konzentration einer Flusssäure-Lösung hergestellt. Diese Lösung wurde eine Minute lang auf die Oberfläche des Siliziumwafers zur Entfernung der metallischen Verunreinigungen, die an der Oberfläche des Siliziumwafers zusammen mit einer Siliziumoxidschicht anhafteten, aufgesprüht.
  • Dieser Aufsprühvorgang über eine Minute wurde zwei Mal als Oxidschicht-Entfernungsverfahren wiederholt.
  • Anschließend wurde die Reinwasser-Reinigung durchgeführt.
  • Anschließend wurde das Nachpolieren durchgeführt. Beim Nachpolieren wurde die Polier-Werkstoffabnahme als Verwaltungskriterium betrachtet, so dass die Poliermenge ausreichte, um eine Werkstoffabnahme von 80 nm oder mehr sicherzustellen. Nach dem Nachpolieren wurden die RCA-Reinigung und die Reinwasser-Reinigung durchgeführt, so dass ein polierter Wafer erhalten wurde.
  • Es ist zu beachten, dass andere Bedingungen des Nachpolierens wie folgt sind.
  • Das Nachpolieren wurde unter Verwendung eines einseitigen Poliergeräts mit einem Polierpad aus Polyurethan-Velourleder und einem auf NH4 OH basierenden Poliermittel aus kolloidaler Kieselsäure durchgeführt.
  • Es ist zu beachten, dass die Polierrate 10 nm/Min oder weniger betrug; die Polierzeit betrug 2,5 Minuten.
  • Eine Epitaxieschicht wurde auf der Oberfläche des erhaltenen polierten Wafers gebildet. Der polierte Wafer wurde auf ein Epitaxiewachstumsgerät gesetzt. Die Epitaxieschicht mit einer Stärke von 3 μm wurde in der Gasphase bei 1130°C in einer H2-Atmosphäre wachsen gelassen, während ein Silicidgas von SiCl4 in diese Atmosphäre eingeführt wurde.
  • Hierdurch wurde ein Epitaxiewafer erzielt.
  • (Vergleichsbeispiel)
  • Ein herkömmliches Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers und Verfahren zur Herstellung eines Epitaxiewafers wurden umgesetzt. Genauer gesagt wurde ein Siliziumwafer genauso wie in dem zuvor genannten Beispiel poliert, mit der Ausnahme, dass das Entfernungsverfahren für metallische Verunreinigungen nicht durchgeführt wurde, so dass ein polierter Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm und einer Kristallausrichtung von <100> erzielt wurde.
  • Eine Epitaxieschicht wurde in der Gasphase auf dem polierten Wafer unter denselben Bedingungen wie in dem Beispiel wachsen gelassen, so dass ein Epitaxiewafer erzielt wurde.
  • Die Oberfläche der Siliziumwafer nach dem Vorpolieren, der polierten Wafer und der Epitaxiewafer, die in dem Beispiel und in dem Vergleichsbeispiel erzielt wurden, wurde mithilfe eines Lasermikroskops (MAGICS von der Lasertec Corporation) untersucht, um zu vergleichen, bis zu welchem Grad die Anzahl von Fehlern, die nach jedem Polieren kontrolliert wurde, verringert wurde.
  • 2 zeigt das Ergebnis dieser Oberflächenuntersuchung. Punkte in den Siliziumwafern, die in 2 gezeigt sind, zeigen Fehler (PIDs, etc.) an. Wie in 2 dargestellt, war die Anzahl von Fehlern der Siliziumwafer nach dem Vorpolieren, der polierten Wafer und der Epitaxiewafer in dem Beispiel jeweils 1080, 26 und 7. Die Anzahl an Fehlern in dem Vergleichsbeispiel betrug 1279, 585 und 225.
  • In dem Vergleichsbeispiel wurde die Anzahl von Fehlern des polierten Wafers nach dem Nachpolieren um bis zu ungefähr 45% verglichen mit nach dem Vorpolieren verringert. Demgegenüber wies das Beispiel, das die Erfindung umsetzte, eine Verringerung von bis zu ungefähr 3% auf.
  • Bei einem Vergleich der Anzahl von Fehlern nach dem Epitaxiewachstum wies das Vergleichsbeispiel eine Verringerung von bis zu ungefähr 18% auf; demgegenüber wies das Beispiel eine Verringerung von bis zu ungefähr 0,65% auf. Das Beispiel war 27 Mal oder noch öfter effektiver als das Vergleichsbeispiel.
  • Deshalb kann die vorliegende Erfindung erheblich die Anzahl von Fehlern, einschließlich PID, verringern, verglichen mit dem herkömmlichen Verfahren.
  • Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die zuvor genannte Ausführungsform beschränkt ist. Die Ausführungsform ist lediglich eine Erläuterung, und beliebige Beispiele, die im Wesentlichen dasselbe Merkmal aufweisen und dieselben Funktionen und Wirkungen zeigen wie in dem technischen Konzept, das in den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, sind in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Claims (4)

  1. Verfahren zum Polieren eines Siliziumwafers, das ein Durchführen eines Hochglanz-Polierverfahrens an dem Siliziumwafer umfasst, wobei das Hochglanz-Polierverfahren Folgendes einschließt: Durchführen von Vorpolieren an dem Siliziumwafer; anschließend Entfernen von metallischen Verunreinigungen, die an einer Oberfläche des Siliziumwafers anhaften, durch Durchführen sowohl eines Oxidationsverfahrens mit Ozongas oder Ozonwasser als auch eines Oxidschicht-Entfernungsverfahrens mit Flusssäure-Dampf oder Flusssäure-Lösung auf der Oberfläche des Siliziumwafers; und dann Durchführen von Nachpolieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Siliziumwafer nach dem Entfernen der metallischen Verunreinigungen einem RCA-Reinigungsverfahren unterzogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Siliziumwafer nach dem Nachpolieren einem abschließenden Reinigungsverfahren unterzogen wird.
  4. Verfahren zum Herstellen eines Epitaxiewafers, das Folgendes umfasst: Durchführen des Hochglanz-Polierverfahrens durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 an einer Oberfläche eines Siliziumwafers; und Bilden einer Epitaxieschicht auf der Oberfläche des Siliziumwafers.
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