JP2001326228A - シリコン単結晶ウエハの製造方法 - Google Patents
シリコン単結晶ウエハの製造方法Info
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- JP2001326228A JP2001326228A JP2000143229A JP2000143229A JP2001326228A JP 2001326228 A JP2001326228 A JP 2001326228A JP 2000143229 A JP2000143229 A JP 2000143229A JP 2000143229 A JP2000143229 A JP 2000143229A JP 2001326228 A JP2001326228 A JP 2001326228A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＴＩデバイス素子分離手法を実施するに際
し、一般のミラー（鏡面研磨）シリコンウエハ表面に存
在するナノトポグラフィー領域の微小うねりを簡易に、
かつ、有効に減少させ、前記ＣＭＰ研磨処理により形成
する薄膜の膜厚ムラの発現を減少させ、ＣＭＰ工程にお
けるパフォーマンス低下を誘引することがないナノトポ
グラフィー平坦性が改善されたシリコン単結晶ウエハの
製造方法を提供する。 【解決手段】 単結晶引上法により得られたシリコンミ
ラーウエハを、還元性または不活性ガス雰囲気中、１１
００℃以上の温度で１乃至２４時間熱処理することによ
り、ウエハ表面のナノトポグラフィー平坦性を改善す
る。
し、一般のミラー（鏡面研磨）シリコンウエハ表面に存
在するナノトポグラフィー領域の微小うねりを簡易に、
かつ、有効に減少させ、前記ＣＭＰ研磨処理により形成
する薄膜の膜厚ムラの発現を減少させ、ＣＭＰ工程にお
けるパフォーマンス低下を誘引することがないナノトポ
グラフィー平坦性が改善されたシリコン単結晶ウエハの
製造方法を提供する。 【解決手段】 単結晶引上法により得られたシリコンミ
ラーウエハを、還元性または不活性ガス雰囲気中、１１
００℃以上の温度で１乃至２４時間熱処理することによ
り、ウエハ表面のナノトポグラフィー平坦性を改善す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン単結晶ウ
エハの製造方法に関し、より詳細には、単結晶引上法
（ＣＺ法）で得られ鏡面研磨加工されたシリコンミラー
ウエハから製造され、ウエハ表面におけるナノトポグラ
フィーサイズの微小うねりが低減され、表面に極薄い均
質厚さの膜層の形成が可能な、いわゆるナノトポグラフ
ィー平坦性が改善されたシリコン単結晶ウエハの製造方
法に関する。
エハの製造方法に関し、より詳細には、単結晶引上法
（ＣＺ法）で得られ鏡面研磨加工されたシリコンミラー
ウエハから製造され、ウエハ表面におけるナノトポグラ
フィーサイズの微小うねりが低減され、表面に極薄い均
質厚さの膜層の形成が可能な、いわゆるナノトポグラフ
ィー平坦性が改善されたシリコン単結晶ウエハの製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路製造プロセスでは、トラ
ンジスタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗等の回路を構
成する素子、即ち、デバイス素子を夫々形成し、電気的
に分離する工程が非常に重要である。この工程はデバイ
ス素子分離工程と呼ばれ、従来、この工程における半導
体集積回路中のデバイス素子を分離する手法として、以
下に説明する手順で実施されるＬＯＣＯＳ（Local Oxid
ation of Silicon）法が一般的に使用されてきた。即
ち、この手法は、図７（ａ）乃至（ｈ）に該プロセスの
各工程説明用図として示すように、ウエハ基板面７０上
に熱酸化膜７１を形成した後に（図７（ａ）、７
（ｂ））、ＣＶＤ法等によりＳｉ3 Ｎ4 膜７２を形成し
（図７（ｃ））、次いで、このＳｉ3 Ｎ4 膜７２をリソ
グラフィーとエッチング技術で部分除去する（図７
（ｄ））。
ンジスタ、ダイオード、コンデンサ、抵抗等の回路を構
成する素子、即ち、デバイス素子を夫々形成し、電気的
に分離する工程が非常に重要である。この工程はデバイ
ス素子分離工程と呼ばれ、従来、この工程における半導
体集積回路中のデバイス素子を分離する手法として、以
下に説明する手順で実施されるＬＯＣＯＳ（Local Oxid
ation of Silicon）法が一般的に使用されてきた。即
ち、この手法は、図７（ａ）乃至（ｈ）に該プロセスの
各工程説明用図として示すように、ウエハ基板面７０上
に熱酸化膜７１を形成した後に（図７（ａ）、７
（ｂ））、ＣＶＤ法等によりＳｉ3 Ｎ4 膜７２を形成し
（図７（ｃ））、次いで、このＳｉ3 Ｎ4 膜７２をリソ
グラフィーとエッチング技術で部分除去する（図７
（ｄ））。
【０００３】なお、除去部分は素子分離用の酸化膜が形
成される部分であって、この酸化膜はフィールド膜（図
８の符号７６参照）と呼ばれ、またこの部分はフィール
ド部と呼ばれる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜７２が残っている
ところには後にＭＯＳＦＥＴなどの素子が形成される。
成される部分であって、この酸化膜はフィールド膜（図
８の符号７６参照）と呼ばれ、またこの部分はフィール
ド部と呼ばれる。また、Ｓｉ3 Ｎ4 膜７２が残っている
ところには後にＭＯＳＦＥＴなどの素子が形成される。
【０００４】次に、寄生トランジスタ生成等による分離
不全を防止するためにイオン注入を行う（図７
（ｅ））。例えば、ｎＭＯＳＦＥＴ側には通常、ボロン
（Ｂ）を、Ｎウエル側にはリン（Ｐ）を導入する。次
に、約１０００℃でウエット酸素（Ｏ2 ）雰囲気中で酸
化する（フィールド酸化図７（ｆ））。この酸化では、
Ｓｉ3 Ｎ4 膜７２は酸化されないのでＳｉ3 Ｎ4 ７２が
除去されたところだけ選択的に酸化される。この後に残
存するＳｉ3 Ｎ4 膜７２を全て除去することで素子分離
が完了する（図７（ｇ）、図７（ｈ））。
不全を防止するためにイオン注入を行う（図７
（ｅ））。例えば、ｎＭＯＳＦＥＴ側には通常、ボロン
（Ｂ）を、Ｎウエル側にはリン（Ｐ）を導入する。次
に、約１０００℃でウエット酸素（Ｏ2 ）雰囲気中で酸
化する（フィールド酸化図７（ｆ））。この酸化では、
Ｓｉ3 Ｎ4 膜７２は酸化されないのでＳｉ3 Ｎ4 ７２が
除去されたところだけ選択的に酸化される。この後に残
存するＳｉ3 Ｎ4 膜７２を全て除去することで素子分離
が完了する（図７（ｇ）、図７（ｈ））。
【０００５】ところが、このＬＯＣＯＳ法では、上記素
子分離操作中に屡々バーズビークと呼ばれる不都合な現
象が引き起こされる。これは、図８に例示したように素
子分離用の酸化膜形成プロセスにおいて窒化膜（Ｓｉ3
Ｎ4 ）７２の端から酸化剤が入り、一部が酸化されるた
めに、鳥の嘴に似た形状の部分（図７（ｆ）及び図８の
符号７３で示される部分）が生ずる。この鳥の嘴に似た
形状の部分が存在すると設計通りに拡散層の幅ができな
いため問題となる。また逆に、拡散層の幅を確保するた
め元々のマスク幅（図８の符号７４）を広げると、これ
は素子の配置密度を下げてしまうこととなる。なお、図
８中、符号７５は最後のチャンネル幅を示す。このよう
なバーズビークの生成は、半導体回路の大規模集積化に
は重大な支障となる。
子分離操作中に屡々バーズビークと呼ばれる不都合な現
象が引き起こされる。これは、図８に例示したように素
子分離用の酸化膜形成プロセスにおいて窒化膜（Ｓｉ3
Ｎ4 ）７２の端から酸化剤が入り、一部が酸化されるた
めに、鳥の嘴に似た形状の部分（図７（ｆ）及び図８の
符号７３で示される部分）が生ずる。この鳥の嘴に似た
形状の部分が存在すると設計通りに拡散層の幅ができな
いため問題となる。また逆に、拡散層の幅を確保するた
め元々のマスク幅（図８の符号７４）を広げると、これ
は素子の配置密度を下げてしまうこととなる。なお、図
８中、符号７５は最後のチャンネル幅を示す。このよう
なバーズビークの生成は、半導体回路の大規模集積化に
は重大な支障となる。
【０００６】このため最近では、上記ＬＯＣＯＳ法に代
わり、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法が多く採
用されるようになってきた。この方法は、素子分離する
領域を、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング装
置）等によって浅く溝を掘り、ここに少しだけ酸化膜を
埋る方法で、この手法ではマスクと実際のでき上がりの
寸法の変換差をほとんどなくすることができ、理想的な
素子分離形状を得ることができる。
わり、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法が多く採
用されるようになってきた。この方法は、素子分離する
領域を、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング装
置）等によって浅く溝を掘り、ここに少しだけ酸化膜を
埋る方法で、この手法ではマスクと実際のでき上がりの
寸法の変換差をほとんどなくすることができ、理想的な
素子分離形状を得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＳ
ＴＩ法で良好なデバイス素子分離を達成するには、均質
なＳＴＩ（浅い溝）の形成が必要で有り、ＣＭＰ（化学
機械研磨）処理によるプラナリゼーション（平坦化）が
充分に達成されることが特に重要である。即ち、この
時、ＣＭＰ工程における微小うねり発生要因を説明する
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、鏡面研磨シ
リコンウエハ１の表面に微小なうねりが存在すると（図
１（ａ）参照）、その上に形成するＣＶＤ膜２等が薄い
故に、その膜厚にムラが生じ（図（ｂ））、その後の前
記ＣＭＰ研磨処理工程におけるパフォーマンスの低下を
誘引する（図１（ｃ））。
ＴＩ法で良好なデバイス素子分離を達成するには、均質
なＳＴＩ（浅い溝）の形成が必要で有り、ＣＭＰ（化学
機械研磨）処理によるプラナリゼーション（平坦化）が
充分に達成されることが特に重要である。即ち、この
時、ＣＭＰ工程における微小うねり発生要因を説明する
図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、鏡面研磨シ
リコンウエハ１の表面に微小なうねりが存在すると（図
１（ａ）参照）、その上に形成するＣＶＤ膜２等が薄い
故に、その膜厚にムラが生じ（図（ｂ））、その後の前
記ＣＭＰ研磨処理工程におけるパフォーマンスの低下を
誘引する（図１（ｃ））。
【０００８】この微小うねりは、一般に、ナノトポグラ
フィーと呼称され、近時、デバイスメーカー業界におい
て重要な問題となってきている。そして、この微小うね
りに対する研究、検討は、該業界のみならず公的機関、
学界を含む各所で行われ、その測定方法や定量的定義等
に関して、目下活発な議論が展開されている。しかしな
がら、未だ上記測定方法や定量的定義に関し、完全に統
一された公定標準規格がまとめられる段階には至ってい
ない。
フィーと呼称され、近時、デバイスメーカー業界におい
て重要な問題となってきている。そして、この微小うね
りに対する研究、検討は、該業界のみならず公的機関、
学界を含む各所で行われ、その測定方法や定量的定義等
に関して、目下活発な議論が展開されている。しかしな
がら、未だ上記測定方法や定量的定義に関し、完全に統
一された公定標準規格がまとめられる段階には至ってい
ない。
【０００９】このナノトポグラフィー領域は、そのうね
り波長が、通常のウエハ面平坦度に影響する凹凸の波長
より短く、一方、マイクロラフネスに影響する凹凸の波
長よりも長い領域のものを指すとされ、必ずしも完全に
統一された公式定義ではないが、一応、数値的には、う
ねり波長が、０．２乃至２０ｍｍの範囲のものとされて
いる。その表面粗さ成分（波長）とそれに対応する高低
差の関係は、ナノトポグラフィー領域を示した図２のよ
うになる。
り波長が、通常のウエハ面平坦度に影響する凹凸の波長
より短く、一方、マイクロラフネスに影響する凹凸の波
長よりも長い領域のものを指すとされ、必ずしも完全に
統一された公式定義ではないが、一応、数値的には、う
ねり波長が、０．２乃至２０ｍｍの範囲のものとされて
いる。その表面粗さ成分（波長）とそれに対応する高低
差の関係は、ナノトポグラフィー領域を示した図２のよ
うになる。
【００１０】この領域は従来感知されなかった領域であ
ったため、その測定方法は未確立であったが、最近では
いくつかの測定装置が開発され、それにより暫定的では
あるが、評価領域を分類（例えば、一辺が０．５ｍｍの
正方領域、一辺が２ｍｍの正方領域、一辺が５ｍｍの正
方領域、１０ｍｍの正方領域の４領域）して、夫々の規
格を高さ成分に設定し、評価を行い、ＧＯーＮＧ（良−
否）を判定する方法等が提案されている。
ったため、その測定方法は未確立であったが、最近では
いくつかの測定装置が開発され、それにより暫定的では
あるが、評価領域を分類（例えば、一辺が０．５ｍｍの
正方領域、一辺が２ｍｍの正方領域、一辺が５ｍｍの正
方領域、１０ｍｍの正方領域の４領域）して、夫々の規
格を高さ成分に設定し、評価を行い、ＧＯーＮＧ（良−
否）を判定する方法等が提案されている。
【００１１】しかしながら、現在までに提案された評価
方法はいずれも上記のような定性的評価方法のみであ
り、該領域の微小うねりを消滅あるいは低減させるさせ
るための最適条件を探求するのに有効な定量的評価方法
は、本発明者等の知る限りにおいて未だ提案されていな
い。当然のことながら、上記背景から、ミラーウエハに
存在する上記ナノトポグラフィー領域の微小うねりを消
滅させるのに有効な方法、また少なくともＳＴＩ法で良
好なデバイス素子分離が達成される程度に前記微小うね
りを減少させるのに有効な方法は未だ見出されていなか
った。
方法はいずれも上記のような定性的評価方法のみであ
り、該領域の微小うねりを消滅あるいは低減させるさせ
るための最適条件を探求するのに有効な定量的評価方法
は、本発明者等の知る限りにおいて未だ提案されていな
い。当然のことながら、上記背景から、ミラーウエハに
存在する上記ナノトポグラフィー領域の微小うねりを消
滅させるのに有効な方法、また少なくともＳＴＩ法で良
好なデバイス素子分離が達成される程度に前記微小うね
りを減少させるのに有効な方法は未だ見出されていなか
った。
【００１２】本発明者等は、この定量的評価方法につい
て鋭意検討した結果、測定装置から得た上記ナノトポグ
ラフィー領域の微小うねりに関するデータをアバランシ
ェカーブと呼ばれる累積頻度分布線図（横軸；高さ成
分、縦軸；累積頻度）に整理、編集することにより測定
データの定量的評価に成功した。そして、これより得ら
れた知見に基づき本発明を完成するに至った。
て鋭意検討した結果、測定装置から得た上記ナノトポグ
ラフィー領域の微小うねりに関するデータをアバランシ
ェカーブと呼ばれる累積頻度分布線図（横軸；高さ成
分、縦軸；累積頻度）に整理、編集することにより測定
データの定量的評価に成功した。そして、これより得ら
れた知見に基づき本発明を完成するに至った。
【００１３】本発明の目的は、前記ＳＴＩデバイス素子
分離手法を実施するに際し、一般のミラー（鏡面研磨）
シリコンウエハ表面に存在するナノトポグラフィー領域
の微小うねりを簡易に、かつ、有効に減少させ、前記Ｃ
ＭＰ研磨処理により形成する薄膜の膜厚ムラの発現を減
少させ、ＣＭＰ工程におけるパフォーマンス低下を誘引
することがないナノトポグラフィー平坦性が改善された
シリコン単結晶ウエハの製造方法を提供することにあ
る。
分離手法を実施するに際し、一般のミラー（鏡面研磨）
シリコンウエハ表面に存在するナノトポグラフィー領域
の微小うねりを簡易に、かつ、有効に減少させ、前記Ｃ
ＭＰ研磨処理により形成する薄膜の膜厚ムラの発現を減
少させ、ＣＭＰ工程におけるパフォーマンス低下を誘引
することがないナノトポグラフィー平坦性が改善された
シリコン単結晶ウエハの製造方法を提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、単結晶
引上法により得られたシリコンミラーウエハを、還元性
または不活性ガス雰囲気中、１１００℃以上の温度で熱
処理することにより、ウエハ表面のナノトポグラフィー
平坦性を改善したこと特徴とするシリコン単結晶ウエハ
の製造方法が提供される。
引上法により得られたシリコンミラーウエハを、還元性
または不活性ガス雰囲気中、１１００℃以上の温度で熱
処理することにより、ウエハ表面のナノトポグラフィー
平坦性を改善したこと特徴とするシリコン単結晶ウエハ
の製造方法が提供される。
【００１５】また、本発明によれば、上記製造方法の好
適態様として、前記熱処理における還元性ガス雰囲気が
水素ガス雰囲気であることを特徴とするシリコン単結晶
ウエハの製造方法、及び、前記熱処理における不活性ガ
ス雰囲気がアルゴンまたはヘリウムガス雰囲気であるこ
とを特徴とするシリコン単結晶ウエハの製造方法、が夫
々提供される。
適態様として、前記熱処理における還元性ガス雰囲気が
水素ガス雰囲気であることを特徴とするシリコン単結晶
ウエハの製造方法、及び、前記熱処理における不活性ガ
ス雰囲気がアルゴンまたはヘリウムガス雰囲気であるこ
とを特徴とするシリコン単結晶ウエハの製造方法、が夫
々提供される。
【００１６】更に、本発明によれば、前記熱処理におけ
る熱処理時間が１分間乃至２４時間であることを特徴と
するシリコン単結晶ウエハの製造方法、及び、前記熱処
理が１乃至７８０Ｔｏｒｒの雰囲気ガス圧下に実施され
ることを特徴とするシリコン単結晶ウエハの製造方法、
が夫々提供される。
る熱処理時間が１分間乃至２４時間であることを特徴と
するシリコン単結晶ウエハの製造方法、及び、前記熱処
理が１乃至７８０Ｔｏｒｒの雰囲気ガス圧下に実施され
ることを特徴とするシリコン単結晶ウエハの製造方法、
が夫々提供される。
【００１７】本発明のシリコン単結晶ウエハの製造方法
は、ＣＺ法（単結晶引上げ法）で作製されたシリコンウ
エハの表面を鏡面研磨した所謂ミラーウエハを還元性ま
たは不活性ガス雰囲気中で特定条件下に熱処理する点が
構成上の特徴である。これにより、本発明の上記製造方
法で作製されたウエハは、所謂、ナノトポグラフィー領
域の微小うねりが消滅、あるいは少なくともＳＴＩデバ
イス素子分離手法の適用に実質的な支障を及ぼすことが
ない程度に減少され、該ウエハ表面が平坦化される。
は、ＣＺ法（単結晶引上げ法）で作製されたシリコンウ
エハの表面を鏡面研磨した所謂ミラーウエハを還元性ま
たは不活性ガス雰囲気中で特定条件下に熱処理する点が
構成上の特徴である。これにより、本発明の上記製造方
法で作製されたウエハは、所謂、ナノトポグラフィー領
域の微小うねりが消滅、あるいは少なくともＳＴＩデバ
イス素子分離手法の適用に実質的な支障を及ぼすことが
ない程度に減少され、該ウエハ表面が平坦化される。
【００１８】一般にケミカルエッチング後のＣＺ法シリ
コンウエハは、平坦で無歪な鏡面を得るために鏡面研磨
加工される。鏡面研磨加工処理後、洗浄以外の処理を特
に施さないＣＺウエハには、ウエハ表面部領域を無欠陥
化する目的でアニール熱処理が施されることがある。そ
してこの熱処理により、ウエハ表面部の酸素濃度の低
減、ウエハ表面の積層欠陥の低減、酸化膜耐圧特性の向
上などの諸効果が奏される。しかしながら、本発明で
は、熱処理条件を、本発明で規定した特定条件とするこ
とにより、上記諸効果の発現を損なうことなく、しか
も、適正なシリコン原子の再配列と、それに基づいて生
ずる該ナノトポグラフィー領域の微小凹凸うねりの緩和
とにより、本発明の主目的であるシリコンウエハ表面の
ナノトポグラフィー平坦化を実現したものである。
コンウエハは、平坦で無歪な鏡面を得るために鏡面研磨
加工される。鏡面研磨加工処理後、洗浄以外の処理を特
に施さないＣＺウエハには、ウエハ表面部領域を無欠陥
化する目的でアニール熱処理が施されることがある。そ
してこの熱処理により、ウエハ表面部の酸素濃度の低
減、ウエハ表面の積層欠陥の低減、酸化膜耐圧特性の向
上などの諸効果が奏される。しかしながら、本発明で
は、熱処理条件を、本発明で規定した特定条件とするこ
とにより、上記諸効果の発現を損なうことなく、しか
も、適正なシリコン原子の再配列と、それに基づいて生
ずる該ナノトポグラフィー領域の微小凹凸うねりの緩和
とにより、本発明の主目的であるシリコンウエハ表面の
ナノトポグラフィー平坦化を実現したものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に本発明のシリコンウエハの
製造方法をより詳細かつ具体的に説明する。本発明で用
いられるシリコンウエハ基板には、単結晶引上げ法、所
謂、ＣＺ法シリコン単結晶から得られる６インチ、８イ
ンチ、１２インチ等の通常の半導体シリコンウエハ用基
板が特に限定されることなく用いられる。本発明の方法
では、このシリコンウエハ基板に、常法に従ってベベリ
ング、ラッピング、エッチング、洗浄等の加工を施し、
鏡面研磨加工してミラーウエハとする。
製造方法をより詳細かつ具体的に説明する。本発明で用
いられるシリコンウエハ基板には、単結晶引上げ法、所
謂、ＣＺ法シリコン単結晶から得られる６インチ、８イ
ンチ、１２インチ等の通常の半導体シリコンウエハ用基
板が特に限定されることなく用いられる。本発明の方法
では、このシリコンウエハ基板に、常法に従ってベベリ
ング、ラッピング、エッチング、洗浄等の加工を施し、
鏡面研磨加工してミラーウエハとする。
【００２０】鏡面研磨加工には、化学機械研磨等が用い
られ、ウエハ表面を研磨砥粒（コロイダルシリカ）を用
いて、ポリエステル、ポリスチレン等の化学繊維製のク
ロスの上で研磨する。研磨砥粒は、研磨微粒子（シリカ
微粒）をＰＨ１０程度のアルカリ水溶液中に懸濁させた
スラリー状のものが一般に使用される。
られ、ウエハ表面を研磨砥粒（コロイダルシリカ）を用
いて、ポリエステル、ポリスチレン等の化学繊維製のク
ロスの上で研磨する。研磨砥粒は、研磨微粒子（シリカ
微粒）をＰＨ１０程度のアルカリ水溶液中に懸濁させた
スラリー状のものが一般に使用される。
【００２１】次に、本発明では、この鏡面研磨されたミ
ラーウエハを熱処理する。熱処理温度は、１１００℃以
上、好ましくは、１１００乃至１２５０℃で、水素ガス
等の還元性ガス雰囲気中、または、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス等の不活性ガス雰囲気中で行う。熱処理温度
が、１１００℃未満では実用的な期間内にウエハ表面の
シリコン原子再配列による表面再構築が達成できず、ま
た１２５０℃を越える高温ではウエハ表面の部分融解や
加熱により、かえって表面荒れを生じることがあるため
好ましくない。
ラーウエハを熱処理する。熱処理温度は、１１００℃以
上、好ましくは、１１００乃至１２５０℃で、水素ガス
等の還元性ガス雰囲気中、または、アルゴンガス、ヘリ
ウムガス等の不活性ガス雰囲気中で行う。熱処理温度
が、１１００℃未満では実用的な期間内にウエハ表面の
シリコン原子再配列による表面再構築が達成できず、ま
た１２５０℃を越える高温ではウエハ表面の部分融解や
加熱により、かえって表面荒れを生じることがあるため
好ましくない。
【００２２】前記還元性ガス、不活性ガスは必ずしも１
種類のガスからなる必要はなく、例えば、水素ガスとア
ルゴンガスとの混合ガス等、２種以上の還元性または不
活性ガスの混合ガスであっても差し支えない。また上記
雰囲気ガスの圧は、特に、これに限定されるものではな
いが、１乃至７８０Ｔｏｒｒ程度が好ましい。
種類のガスからなる必要はなく、例えば、水素ガスとア
ルゴンガスとの混合ガス等、２種以上の還元性または不
活性ガスの混合ガスであっても差し支えない。また上記
雰囲気ガスの圧は、特に、これに限定されるものではな
いが、１乃至７８０Ｔｏｒｒ程度が好ましい。
【００２３】熱処理の処理時間は、被処理ウエハの径等
により若干変動するが、通常１分間乃至２４時間の範囲
である。処理温度が高いほど処理時間は短く設定され
る、これはウエハ表面が処理雰囲気下で、シリコン原子
の再配列等により再構築されるのに要するエネルギー量
（温度×時間の関数）と関連するからである。
により若干変動するが、通常１分間乃至２４時間の範囲
である。処理温度が高いほど処理時間は短く設定され
る、これはウエハ表面が処理雰囲気下で、シリコン原子
の再配列等により再構築されるのに要するエネルギー量
（温度×時間の関数）と関連するからである。
【００２４】上記の熱処理条件の内でも特に、水素ガス
雰囲気（常圧）中で、温度１１００乃至１２００℃、２
乃至４時間の熱処理条件での実施が、ウエハ表面シリコ
ン原子の適正な再配列を促進して、該ナノトポグラフィ
ー領域凹凸うねりを緩和し、該ウエハ表面をテラス・ス
テップモデル微傾斜構造に再構築する観点から好まし
い。
雰囲気（常圧）中で、温度１１００乃至１２００℃、２
乃至４時間の熱処理条件での実施が、ウエハ表面シリコ
ン原子の適正な再配列を促進して、該ナノトポグラフィ
ー領域凹凸うねりを緩和し、該ウエハ表面をテラス・ス
テップモデル微傾斜構造に再構築する観点から好まし
い。
【００２５】また、上記本発明で規定した条件で被処理
ウエハの熱処理を実施した場合、通常のアニール熱処理
の場合と同様の効果、即ち、ウエハ表面部の酸素濃度の
低減、ウエハ表面の積層欠陥の低減、酸化膜耐圧特性の
性能向上等の諸効果を全く損ねることなく得ることがで
きる。
ウエハの熱処理を実施した場合、通常のアニール熱処理
の場合と同様の効果、即ち、ウエハ表面部の酸素濃度の
低減、ウエハ表面の積層欠陥の低減、酸化膜耐圧特性の
性能向上等の諸効果を全く損ねることなく得ることがで
きる。
【００２６】最後に、本発明の方法で用いるウエハ面の
ナノトポグラフィー領域微小うねりの評価方法について
述べる。前述した通り、ナノトポグラフィー領域微小う
ねりの評価方法は未だ公式には規格として制定されてい
ない。現在までに暫定的に提案されている評価方法は、
例えば、評価領域を４パターン（一辺が０．５ｍｍの正
方領域、一辺が２ｍｍの正方領域、一辺が５ｍｍの正方
領域、１０ｍｍの正方領域）に分類して、夫々の規格を
高さ成分に設定して評価を行う方法等が主流で、いずれ
もＧＯーＮＧ（良−否）のみを判定する定性的評価法で
ある。
ナノトポグラフィー領域微小うねりの評価方法について
述べる。前述した通り、ナノトポグラフィー領域微小う
ねりの評価方法は未だ公式には規格として制定されてい
ない。現在までに暫定的に提案されている評価方法は、
例えば、評価領域を４パターン（一辺が０．５ｍｍの正
方領域、一辺が２ｍｍの正方領域、一辺が５ｍｍの正方
領域、１０ｍｍの正方領域）に分類して、夫々の規格を
高さ成分に設定して評価を行う方法等が主流で、いずれ
もＧＯーＮＧ（良−否）のみを判定する定性的評価法で
ある。
【００２７】本発明では、例えば、ＷＩＳーＣＲ８３ー
ＳＱＭ等により測定したデータを、アバランシェカーブ
と呼ばれる累積頻度分布線図（縦軸；累積頻度、横軸；
うねり高さ）に整理・編集し、ウエハ面に存在するナノ
トポグラフィー領域の微小うねりの存在状態を頻度分布
として定量的に評価する新規評価方法を用いる。
ＳＱＭ等により測定したデータを、アバランシェカーブ
と呼ばれる累積頻度分布線図（縦軸；累積頻度、横軸；
うねり高さ）に整理・編集し、ウエハ面に存在するナノ
トポグラフィー領域の微小うねりの存在状態を頻度分布
として定量的に評価する新規評価方法を用いる。
【００２８】ウエハ面内を０．２ｍｍ×０．２ｍｍの領
域（ピクセル）に分割し、それぞれのピクセル内の高低
差（Peak to valley）を算出する。これらのデータから
高低差毎の累積頻度分布を求める。この分布をアバラン
シェカーブと呼ぶ。このカーブの形状から、ナノトポグ
ラフィー特性を把握することができる。この評価方法を
用いることにより、ミラーウエハ面の上記ナノトポグラ
フィー凹凸の平坦化に最適な処理条件を的確に把握する
ことができる。
域（ピクセル）に分割し、それぞれのピクセル内の高低
差（Peak to valley）を算出する。これらのデータから
高低差毎の累積頻度分布を求める。この分布をアバラン
シェカーブと呼ぶ。このカーブの形状から、ナノトポグ
ラフィー特性を把握することができる。この評価方法を
用いることにより、ミラーウエハ面の上記ナノトポグラ
フィー凹凸の平坦化に最適な処理条件を的確に把握する
ことができる。
【００２９】
【実施例・比較例】本発明の方法によるウエハ面のナノ
トポグラフィー改善効果を確認するため、鏡面研磨加工
を施した直径８インチのシリコンミラーウエハを用意
し、先ずその表面のナノトポグラフィー領域の微小うね
りの定量測定を行った。次いで、それらのウエハを下記
表１に示した条件で熱処理した。
トポグラフィー改善効果を確認するため、鏡面研磨加工
を施した直径８インチのシリコンミラーウエハを用意
し、先ずその表面のナノトポグラフィー領域の微小うね
りの定量測定を行った。次いで、それらのウエハを下記
表１に示した条件で熱処理した。
【００３０】
【表１】
【００３１】そして、上記条件で熱処理したウエハ表面
のナノトポグラフィー領域微小うねりの定量測定を、上
記未熱処理ウエハの場合と同様の条件で実施し、それら
を１枚対応で比較評価した。なお、評価方法として、ウ
エハ面のナノトポグラフィー領域微小うねりの測定に
は、ＷＩＳーＣＲ８３ーＳＱＭ（ＡＤＥ）を用い、評価
領域を４パターン（一辺が０．５ｍｍの正方領域、一辺
が２ｍｍの正方領域、一辺が５ｍｍの正方領域、１０ｍ
ｍの正方領域）に分類して、夫々の測定データ（高さ成
分）をアバランシェカーブ線図（縦軸；累積頻度、横
軸；うねり高さ）にまとめた。その結果を図３，図４，
図５、図６に示した。
のナノトポグラフィー領域微小うねりの定量測定を、上
記未熱処理ウエハの場合と同様の条件で実施し、それら
を１枚対応で比較評価した。なお、評価方法として、ウ
エハ面のナノトポグラフィー領域微小うねりの測定に
は、ＷＩＳーＣＲ８３ーＳＱＭ（ＡＤＥ）を用い、評価
領域を４パターン（一辺が０．５ｍｍの正方領域、一辺
が２ｍｍの正方領域、一辺が５ｍｍの正方領域、１０ｍ
ｍの正方領域）に分類して、夫々の測定データ（高さ成
分）をアバランシェカーブ線図（縦軸；累積頻度、横
軸；うねり高さ）にまとめた。その結果を図３，図４，
図５、図６に示した。
【００３２】これらの図から、本発明の方法によりＣＺ
シリコンミラーウエハのナノトポグラフィー領域平坦性
レベルが改善されることが認められた。
シリコンミラーウエハのナノトポグラフィー領域平坦性
レベルが改善されることが認められた。
【００３３】
【発明の効果】ＣＺシリコンミラーウエハを上述の特定
条件下で熱処理する本発明のシリコン単結晶ウエハの製
造方法により、従来ウエハの表面に存在するナノトポグ
ラフィー領域の微小うねりを低減することができる。し
かも、ウエハ表面部の酸素濃度の低減、ウエハ表面の積
層欠陥の低減、酸化膜耐圧特性の向上も同時に達成でき
るため、この無欠陥層上に細密な半導体デバイスを良好
な状態で確実に形成できる。
条件下で熱処理する本発明のシリコン単結晶ウエハの製
造方法により、従来ウエハの表面に存在するナノトポグ
ラフィー領域の微小うねりを低減することができる。し
かも、ウエハ表面部の酸素濃度の低減、ウエハ表面の積
層欠陥の低減、酸化膜耐圧特性の向上も同時に達成でき
るため、この無欠陥層上に細密な半導体デバイスを良好
な状態で確実に形成できる。
【図１】図１は、ＣＭＰ工程におけるナノトポグラフィ
ー領域うねり発生要因を説明するための図であって、
（ａ）は研磨ウエハの断面図、（ｂ）はCVDーSiO2デポ
ジットされたウエハ断面図、（ｃ）はＣＭＰ工程後のウ
エハ断面図である。
ー領域うねり発生要因を説明するための図であって、
（ａ）は研磨ウエハの断面図、（ｂ）はCVDーSiO2デポ
ジットされたウエハ断面図、（ｃ）はＣＭＰ工程後のウ
エハ断面図である。
【図２】図２は、ナノトポグラフィー領域のうねり波長
成分とそれに対応する高さ成分の関係を示した図であ
る。
成分とそれに対応する高さ成分の関係を示した図であ
る。
【図３】図３は、熱処理前後のミラーウエハをWISーCR8
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が０．５ｍｍの正方
領域）である。
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が０．５ｍｍの正方
領域）である。
【図４】図４は、熱処理前後のミラーウエハをWISーCR8
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が２ｍｍの正方領
域）である。
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が２ｍｍの正方領
域）である。
【図５】図５は、熱処理前後のミラーウエハをWISーCR8
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が５ｍｍの正方領
域））である。
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が５ｍｍの正方領
域））である。
【図６】図６は、熱処理前後のミラーウエハをWISーCR8
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が１０ｍｍの正方領
域）である。
3ーSQMで測定して得られたデータから作成したアバラン
シェカーブ線図（評価エリア：一辺が１０ｍｍの正方領
域）である。
【図７】図７は、ＬＯＣＯＳ法の各工程を説明するため
の概念図であって、（ａ）はＰ型ウエハ基板を示す図、
（ｂ）は酸化工程を示す図、（ｃ）はシリコン窒化膜形
成工程を示す図、（ｄ）は選択酸化用パターン形成工程
を示す図、（ｅ）はチャネルストップ用イオン打ち込み
（ボロン）工程を示す図、（ｆ）はフィールド酸化工程
を示す図、（ｇ）は酸化膜、窒化膜除去工程を示す図、
（ｈ）はゲート酸化工程を示す図である。
の概念図であって、（ａ）はＰ型ウエハ基板を示す図、
（ｂ）は酸化工程を示す図、（ｃ）はシリコン窒化膜形
成工程を示す図、（ｄ）は選択酸化用パターン形成工程
を示す図、（ｅ）はチャネルストップ用イオン打ち込み
（ボロン）工程を示す図、（ｆ）はフィールド酸化工程
を示す図、（ｇ）は酸化膜、窒化膜除去工程を示す図、
（ｈ）はゲート酸化工程を示す図である。
【図８】図８は、バーズビーク生成を説明するための図
である。
である。
１ 鏡面研磨シリコンウエハ面 ２ ＣＶＤ膜 ３ ＣＭＰ処理後のＣＶＤ膜 ７０ ウエハ基板面 ７１ 熱酸化膜 ７２ Ｓｉ3 Ｎ4 膜 ７３ バーズビーク ７４ 元々のマスク幅 ７５ 最終のチャネル幅 ７６ フィールド酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神足 勝昭 新潟県北蒲原郡聖籠町東港６丁目861番５ 号 新潟東芝セラミックス株式会社内 Ｆターム(参考） 5F032 AA14 AA34 AA44 CA03 CA09 CA17 DA33 DA74 5F053 AA12 DD01 PP03 PP05 PP08 RR20
Claims (5)
- 【請求項１】 単結晶引上法により得られたシリコンミ
ラーウエハを、還元性または不活性ガス雰囲気中、１１
００℃以上の温度で熱処理することにより、ウエハ表面
のナノトポグラフィー平坦性を改善したことを特徴とす
るシリコン単結晶ウエハの製造方法。 - 【請求項２】 前記熱処理における還元性ガス雰囲気
が、水素ガス雰囲気であることを特徴とする請求項１記
載のシリコン単結晶ウエハの製造方法。 - 【請求項３】 前記熱処理における不活性ガス雰囲気
が、アルゴンまたはヘリウムガス雰囲気であることを特
徴とする請求項１記載のシリコン単結晶ウエハの製造方
法。 - 【請求項４】 前記熱処理における熱処理時間が１分間
乃至２４時間であることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれかに記載のシリコン単結晶ウエハの製造方法。 - 【請求項５】 前記熱処理が１乃至７８０Ｔｏｒｒの雰
囲気ガス圧下に実施されることを特徴とする請求項１乃
至４のいずれかに記載のシリコン単結晶ウエハの製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000143229A JP2001326228A (ja) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | シリコン単結晶ウエハの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000143229A JP2001326228A (ja) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | シリコン単結晶ウエハの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001326228A true JP2001326228A (ja) | 2001-11-22 |
Family
ID=18650078
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000143229A Pending JP2001326228A (ja) | 2000-05-16 | 2000-05-16 | シリコン単結晶ウエハの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001326228A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004025001A1 (ja) * | 2002-09-13 | 2004-03-25 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | 単結晶、単結晶ウエーハ及びエピタキシャルウエーハ、並びに単結晶育成方法 |
| JP2008169109A (ja) * | 2008-01-18 | 2008-07-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶、単結晶ウエーハ及びエピタキシャルウエーハ |
| US8058173B2 (en) | 2006-12-28 | 2011-11-15 | Memc Electronic Materials, Inc. | Methods for producing smooth wafers |
-
2000
- 2000-05-16 JP JP2000143229A patent/JP2001326228A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004025001A1 (ja) * | 2002-09-13 | 2004-03-25 | Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd. | 単結晶、単結晶ウエーハ及びエピタキシャルウエーハ、並びに単結晶育成方法 |
| EP1559813A1 (en) * | 2002-09-13 | 2005-08-03 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd | Single crystal, single crystal wafer, epitaxial wafer and method of growing single crystal |
| EP1559813A4 (en) * | 2002-09-13 | 2008-04-23 | Shinetsu Handotai Kk | CRYSTAL, CRYSTAL WAFER, EPITACTIC WAFER, AND CRYSTAL TREATING METHOD |
| US7396405B2 (en) | 2002-09-13 | 2008-07-08 | Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. | Single crystal, single crystal wafer, epitaxial wafer, and method of growing single crystal |
| KR101029140B1 (ko) | 2002-09-13 | 2011-04-13 | 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤 | 단결정, 단결정 웨이퍼 및 에피텍셜 웨이퍼, 및 단결정 육성방법 |
| US8058173B2 (en) | 2006-12-28 | 2011-11-15 | Memc Electronic Materials, Inc. | Methods for producing smooth wafers |
| JP2008169109A (ja) * | 2008-01-18 | 2008-07-24 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 単結晶、単結晶ウエーハ及びエピタキシャルウエーハ |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070911 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080909 |
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| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090209 |