JP2004335695A

JP2004335695A - 薄膜ｓｏｉウェーハの製造方法および薄膜ｓｏｉウェーハの欠陥評価方法

Info

Publication number: JP2004335695A
Application number: JP2003128937A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Kubo; 信之久保; Tsuyoshi Kubota; 剛志久保田
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2003-05-07
Filing date: 2003-05-07
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】本発明は、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハのＳＯＩ層のエッチング法による薄膜化方法およびＳＯＩ層の評価方法を提供することを目的とし、有害な重金属を使用せず、また、窒素酸化物などの有害ガスを発生しない処理方法としている。
【解決手段】ＳＯＩ層のエッチング液として、フッ酸に酸化剤として過酸化水素またはオゾンを含有させることにより、エッチング前の表面平坦度および清浄度を保ったままで均一なエッチングを行うことができ、ＳＯＩ層を必要とする膜厚に均一に薄膜化させることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハに関し、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を薄膜化する方法及び、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を薄膜化してＳＯＩ層中の欠陥を評価するＳＯＩウェーハの評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
システムソフトウェアの高性能化、データの大容量化が進み、携帯端末の発展に伴って、次世代の半導体集積回路は、高速且つ低消費電力化であるものが切望されている。ＳＯＩウェーハは既存のＬＳＩプロセスを大幅に改善することなく、今まで使用していたバルクウェーハの代わりに使用することで、その上に作製したＭＯＳトランジスタの高速且つ低消費電力化を実現する唯一のシリコンウェーハである。
【０００３】
代表的なＳＯＩウェーハとしては、貼り合わせタイプとＳＩＭＯＸ（ＳｅｐａｒａｔｉｏｎｂｙＩｍｐｌａｎｔＯｘｙｇｅｎ）タイプがある。貼り合わせタイプのＳＯＩウェーハは、支持側ウェーハと活性層側ウェーハを別々に作製し、酸化膜を介して貼り合わせた後、活性層側ウェーハを機械研磨や化学エッチング、あるいはその両方の手段を用いて所定の厚みを持つ活性層（ＳＯＩ層）としＳＯＩウェーハとしている。一方、ＳＩＭＯＸタイプのＳＯＩウェーハは、シリコンウェーハ表面に酸素イオンを注入し、熱処理により酸化層（ＢＯＸ層）を形成してＳＯＩウェーハとしている。
【０００４】
最近ではＳＯＩウェーハの特性を活かすため、従来より更に薄い（〜数十ｎｍ）ＳＯＩ層を有するものが望まれてきている。ＳＩＭＯＸタイプでは酸素イオンの注入条件やその後の熱処理条件により薄膜化が可能であるが膜厚のばらつきが大きく、貼り合わせタイプでは研削及び研磨で薄膜化が可能であるが精度の限界により難しい。また、エッチングによる薄膜化も行われているがエッチング液による汚染や、廃液処理に問題がある。
【０００５】
特許文献１には、アルカリ系洗浄液で洗浄し、ＳＯＩ層を０．１μｍ以下の厚さにする方法が記載されている。しかし、アルカリ系洗浄液は面荒れと言う問題がある。また、ＣＯＰ等のピットの拡大と言う問題もある。
【０００６】
また、これらＳＯＩウェーハのＳＯＩ層やＢＯＸ層にはいわゆる欠陥が存在し、デバイス不良の原因になることが知られている。この欠陥の検出方法としては、セコ液でＳＯＩ層をエッチングした後、高濃度のフッ酸液に浸漬して欠陥を検出する方法や、セコ液でのエッチングを行わず、直接高濃度のフッ酸に浸漬して欠陥を検出する方法が知られている。
【０００７】
ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層やＢＯＸ層の欠陥を検出する方法として、特許文献２には、アルカリ系洗浄液で洗浄し、ＳＯＩ層を０．１μｍ以下の厚さにした後フッ酸液に浸漬し、ＳＯＩ層に存在する微小エッチピットを拡大して検出する方法が記載されている。しかし、特許文献１と同じくアルカリ系洗浄液を用いるため同様の問題点がある。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１６８３０８号公報
【特許文献２】
特開平１１−７４４９３号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳＩＭＯＸタイプでは酸素イオンの注入条件やその後の熱処理条件により薄膜化は可能であるが、ばらつきが大きく最適化が非常に難しい。また、貼り合わせタイプでは研削及び研磨では精度の限界により均一な膜厚の薄膜化は難しい。エッチングによる薄膜化も行われているが、酸系によるエッチングではパーティクルの増大といった問題があり、アルカリ系のエッチングでは時間の経過と共に表面が荒れる現象があり、均一な表面を得ることができないという問題がある。また、セコ液などによるエッチングは、有害な重金属（６価クロムが相当量含まれている）を使用するため廃液の処理に問題がある。また、ダッシュ液などによるエッチングは、ダッシュ液に含まれているフッ酸と硝酸がシリコンと反応し、窒素酸化物などの有害ガスを発生するという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような上記問題点に鑑みてなされたものであって、ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層、活性層をエッチングにより薄膜化するにあたり、従来のエッチング法の問題解決手段として、有害な重金属を使用せず、また、窒素酸化物などの有害ガスを発生しない処理方法として、フッ酸に酸化剤を使用することで、フッ酸と酸化剤の濃度を調節することにより、エッチングレートの調節が可能となり、エッチング前の表面平坦度および清浄度を保ったまま薄膜化が可能となる方法を提供することを目的としている。
【００１１】
本発明に用いるエッチング液としては、フッ酸に酸化剤として過酸化水素またはオゾンを用いることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる方法を用いた実施の形態を図を用いて説明する。本発明によるエッチングを実施しＳＯＩウェーハのＳＯＩ層、活性層を薄膜化した場合の具体例を示すが、本発明はそれらに限定されるものではない。
【００１３】
あらかじめフッ酸濃度、酸化剤濃度、エッチング時間からエッチングレートを求めておく。これにより必要とするＳＯＩ層の厚みに制御する事ができる。酸化剤として過酸化水素を用いたものとオゾンを用いた例を図１に示す。フッ酸の濃度は高くするとエッチングレートは上がるが、０．１％以上になると表面が撥水面になりパーティクルが付着しやすくなる。濃度が低いとエッチング時間が長くなるので、好ましい濃度範囲は０．０１％から０．１％とする。オゾンの純水中への溶解濃度は常温では３０ｐｐｍ位が限度で、濃度が低いと酸化力が落ちフッ酸によるエッチングレートが落ちるので、オゾンの濃度は１０ｐｐｍ以上が好ましい。
【００１４】
次に、ＳＯＩウェーハの構造の一例を示すと、ＳＩＭＯＸタイプのＳＯＩウェーハは、シリコン基板中に酸素の高濃度イオンを注入して、シリコン基板中に酸化膜（ＳｉＯ_２）を形成することにより作成される。貼り合わせタイプのＳＯＩウェーハは、二枚の半導体基板の間に酸化膜（ＳｉＯ_２）を介在させて貼り合わせた後、活性側となる半導体基板を薄膜化することにより作成される。いずれも、図２（ａ）に示すように、シリコン基板１上に埋め込み酸化膜２、ＳＯＩ層３から構成され、自然酸化膜４がその上に形成されている。
【００１５】
まず、ＳＯＩ層３上の自然酸化膜４を希フッ酸溶液で除去し、次にＳＯＩ層３表面をエッチングする。この時用いるエッチング溶液としてはフッ酸に酸化剤を混入したエッチング溶液を用い、ＳＯＩウェーハを該溶液に浸漬することでＳＯＩ層３をエッチングする。フッ酸の濃度、酸化剤の濃度からエッチングレートが求められているので必要とする薄膜ＳＯＩ層の厚みのものが得られる。図２（ｂ）
【００１６】
エッチング前の清浄度が保たれているため基板中の欠陥の検出に際し、外部からのパーティクル等を欠陥としてカウントすることを防止でき、高精度で薄膜ＳＯＩ層中の欠陥を検出評価することができる。
【００１７】
【実施例】
次に本実施例について説明する。直径２００ｍｍのＳＩＭＯＸタイプＳＯＩウェーハのＳＯＩ層３（厚さ１４０ｎｍ）の表面酸化膜を希フッ酸洗浄を行い除去した後、オゾンが２０ｐｐｍ含まれている０．０５％のフッ酸溶液で３０分間エッチング処理をした。光学式膜厚測定器による面内９点測定でのエッチング量は平均で９．６ｎｍ、標準偏差は０．７３であった。
【００１８】
また、ＳＯＩ層の厚さが１４０ｎｍのウェーハをオゾンが２０ｐｐｍ含まれている０．０５％のフッ酸溶液で２００分間エッチング処理をし、ＳＯＩ層を７０ｎｍとした。光学式表面検査装置にて表面ＬＰＤをカウント後、座標対応顕微鏡を用いてパーティクルを測定した。その結果、０．５μｍ以上のサイズのパーティクルは直径２００ｍｍのウェーハ面内で３個、欠陥密度に直すと０．０１個／ｃｍ^２検出された。このウェーハを更に４９％フッ酸液に１５分間浸漬し微小欠陥を拡大後、顕微鏡を用いて欠陥のカウントを行ったところ、欠陥密度は０．０４個／ｃｍ^２であった。
【００１９】
次に比較例として、酸素雰囲気で１０００℃、６時間の犠牲酸化を行い、フッ酸５％水溶液による１０分間の希フッ酸洗浄により、ＳＯＩ層を１４０ｎｍから７０ｎｍにしたウェーハについて前記と同様の処理を行い、欠陥をカウントしたところ、２個／ｃｍ^２であり、雰囲気中からのパーティクル等の影響が多大であった。
【００２０】
また、ＳＣ１溶液により１４０ｎｍのＳＯＩ層を７０ｎｍにしたウェーハについても前記同様の処理を行い欠陥をカウントしたところ、欠陥密度は０．１３個／ｃｍ^２であった。犠牲酸化ではＳＯＩ中の欠陥が酸化されやすく、ＢＯＸ層まで到達するものが増えるため検出数が増えるものと考えられ、ＳＣ１溶液では犠牲酸化のような欠陥選択性はないと考えられる。フッ酸と酸化剤によるエッチングはＳＣ１溶液によるエッチングと同等以上の欠陥密度であった。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、エッチング法における問題点である有害な重金属の使用や、窒素酸化物などの有害ガスを発生するという問題の解決手段として、フッ酸溶液に酸化剤を含有させることにより表面平坦度および清浄度を保ったままでのエッチングを行うことができるので、均一に薄膜化が可能となる方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチングレートを示す図である。
【図２】本発明におけるエッチングの工程を示す図である。
【符号の説明】
１シリコン基板
２埋め込み酸化膜
３ＳＯＩ層
４自然酸化膜

Claims

ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層をフッ酸と酸化剤によるエッチングを用いて薄膜化することを特徴とする薄膜ＳＯＩウェーハの製造方法。
上記酸化剤は過酸化水素またはオゾンであることを特徴とする請求項１記載の薄膜ＳＯＩウェーハの製造方法。
ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層をフッ酸と酸化剤によるエッチングを用いて薄膜化して欠陥を評価することを特徴とする薄膜ＳＯＩウェーハの欠陥評価方法。