JP2005217312A - Ｓｉｍｏｘウェーハの製造方法及びその方法で製造されたｓｉｍｏｘウェーハ - Google Patents

Abstract

【課題】 酸素イオン注入時に付着したパーティクルを効率良く除去し、ＳＩＭＯＸ構造において、温度２３℃での濃度が５０重量％であるフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥を低減する。
【解決手段】 シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入し、この酸素イオンを注入したシリコンウェーハ１１を洗浄した後に、このシリコンウェーハ１１を熱処理することによりシリコンウェーハ１１の内部に埋込み酸化膜を形成する。シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入した後であってシリコンウェーハ１１を洗浄する前に、シリコンウェーハ１１をフッ酸水溶液１２に浸漬してシリコンウェーハ１１の表面に形成されたＳｉＯ₂膜をエッチング処理する工程を更に含む。このエッチング処理時のフッ酸水溶液１２のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートは１５０〜３０００Å／分である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウェーハ内部に酸素イオンを注入した後、熱処理することによりウェーハ表面から所定の深さの領域に埋込み酸化膜を形成してそのウェーハ表面にＳＯＩ（Silicon on Insulator)層を形成したＳＩＭＯＸ（Separation by IMplanted OXygen）ウェーハの製造方法に関するものである。

従来、ＳＩＭＯＸウェーハの製造プロセスにおいて、酸素イオン注入時に付着したパーティクルがその後のアニール処理により欠陥の形成核となることが知られており、上記パーティクルをアニール処理前に除去しておく必要がある。このパーティクルを除去する方法としては、一般的にアンモニア水と過酸化水素と純水の混合液（以下、ＳＣ−１洗浄液という）を用いた洗浄方法や、硫酸と過酸化水素と純水の混合液を用いた洗浄方法や、オゾン水及び濃度０．２〜２重量％のフッ酸水溶液を用いた洗浄方法や、これらの洗浄方法を組合せた洗浄方法などが挙げられる。しかし、ウェーハを上記洗浄方法で洗浄しても、ウェーハ表面のパーティクル除去率は最大で８０％程度であり、パーティクルを残したままウェーハがアニール工程へ進められてしまい、ウェーハの欠陥の低減には限界があると考えられていた。なお、上記パーティクル除去率は、SurfScan6420（米国KLA-Tencor社製の表面検査装置）を用いて、洗浄前後の粒径０．２０μｍ以上のパーティクル数をそれぞれ計測することにより求められる。

一方、シリコンウェーハに酸素イオンを注入する工程の途中で、超音波を印加した水流を噴射するジェット洗浄、ＳＣ−１洗浄液を用いた洗浄、或いは塩酸と過酸化水素と純水の混合液を用いた洗浄を行う半導体の製造方法（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。この半導体の製造方法では、酸素イオンの注入前に予めシリコンウェーハに表面酸化膜を形成しておき、酸素イオンの注入工程の途中で希フッ酸水溶液を用いて表面酸化膜を除去するように構成される。
このように構成された半導体の製造方法では、酸素イオンの注入工程の途中でウェーハを洗浄してパーティクルを除去することにより、その後の酸素イオンの注入時にウェーハのパーティクルによる遮蔽面積を小さくすることができるので、埋込み酸化膜の電流パス欠陥を低減できる。また予めウェーハに表面酸化膜を形成した状態で酸素イオンをウェーハに注入し、ウェーハへの酸素イオンの注入工程の途中で、希フッ酸水溶液を用いて表面酸化膜を除去するので、表面酸化膜の表面に付着したパーティクルが表面酸化膜とともに除去され、ウェーハ表面のパーティクルを効果的に低減できるようになっている。
特開平８−７８６４７号公報（請求項１〜５、段落［００１９］、段落［００２４］、図５）

しかし、上記従来の特許文献１に示された半導体の製造方法では、希フッ酸水溶液の濃度が低く、表面酸化膜のエッチングレートが低いため、表面酸化膜を除去できるけれども、酸素イオン注入時にケイ素及び酸素を介して強固に化学結合したパーティクルを全て除去することは難しく、この方法によっても最大で８０％程度しか除去できない不具合があった。この状態でＳＩＭＯＸウェーハを製造すると、このウェーハの電気的諸特性に悪影響を及ぼすＳＯＩ層を貫通する深い欠陥（温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察される欠陥）が未だ多く存在してしまう問題点があった。
本発明の目的は、酸素イオン注入時に付着したパーティクルを効率良く除去でき、ＳＩＭＯＸ構造における上記ＳＯＩ層を貫通する深い欠陥を低減できる、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法及びその方法で製造されたＳＩＭＯＸウェーハを提供することにある。

請求項１に係る発明は、図１に示すように、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入する工程と、酸素イオンを注入したシリコンウェーハ１１を洗浄する工程と、この洗浄したシリコンウェーハ１１を熱処理することによりシリコンウェーハ１１の内部に埋込み酸化膜を形成する工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法の改良である。
その特徴ある構成は、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入した後であってシリコンウェーハ１１を洗浄する前に、シリコンウェーハ１１をフッ酸水溶液１２に浸漬してシリコンウェーハ１１の表面に形成されたＳｉＯ₂膜をエッチング処理する工程を更に含み、このエッチング処理時のフッ酸水溶液１２のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０〜３０００Å／分であるところにある。
この請求項１に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、シリコンウェーハ１１を、ウェーハ１１表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０〜３０００Å／分であるフッ酸水溶液１２に浸漬したので、シリコンウェーハ１１の表面が高速でエッチングされる。このとき二酸化ケイ素に対するエッチングレートが高いので、ケイ素と酸素の結合を大量に含むパーティクルの強固な結合も切断される。この結果、シリコンウェーハ１１表面からほぼ完全にパーティクルを除去できる。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１に示すように、シリコンウェーハ１１への酸素イオン注入を複数回に分けて行い、これらの酸素イオン注入工程のいずれか１回の注入工程直後又は２回以上の各注入工程直後に、シリコンウェーハ１１をフッ酸水溶液１２に浸漬することを特徴とする。
この請求項２に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、酸素イオン注入工程のいずれか１回の注入工程直後、例えば最初の酸素イオン注入直後に、フッ酸水溶液１２に浸漬してウェーハ１１表面処理を行うと、次の酸素イオン注入前にウェーハ１１表面に残っているパーティクルが少なくなる。この結果、パーティクルによる酸素イオン注入の遮蔽効果が少なくなるので、ＳＩＭＯＸ熱処理工程を経たウェーハ１１表面において、温度２３℃での濃度が５０重量％であるのフッ酸水溶液１２に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数を低減できる。
またフッ酸水溶液の温度がこのフッ酸水溶液１２の凝固点を越えかつ４０℃以下であり、フッ酸水溶液へのシリコンウェーハの浸漬時間が１０〜６００秒間であることが好ましい。
更にＳｉＯ₂膜に対するフッ酸水溶液１２のエッチングレートをＲ[Å／分］とし、シリコンウェーハ１１のフッ酸水溶液１２への浸漬時間をＨ[秒]とするとき、Ｈ≧（１５００／Ｒ）[秒]となるように上記浸漬時間を設定することができる。

請求項５に係る発明は、請求項１ないし４いずれか１項に係る発明であって、更に図１に示すように、フッ酸水溶液１２に界面活性剤が添加されたことを特徴とする。
この請求項５に記載されたＳＩＭＯＸウェーハの製造方法では、シリコンウェーハ１１を界面活性剤を添加したフッ酸水溶液１２から引上げると、界面活性剤がウェーハ１１表面の保護膜として作用するため、パーティクルがウェーハ１１表面に再付着するのを防止できる。またこのときウェーハ１１を純水にてリンスしても水切れは良好である。

請求項６に係る発明は、請求項１ないし５いずれか１項に記載の方法で製造されかつ温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が０．０５個／ｃｍ²以下であるＳＩＭＯＸウェーハである。
この請求項６に記載されたＳＩＭＯＸウェーハは、請求項１ないし５いずれか１項に記載の方法により、酸素イオン注入前にウェーハ表面に残っているパーティクルが少なくなって、パーティクルによる酸素イオン注入の遮蔽効果が少なくなるので、温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が極めて少なくなる。

以上述べたように、本発明によれば、シリコンウェーハに酸素イオンを注入した後であってシリコンウェーハを洗浄する前に、シリコンウェーハをフッ酸水溶液に浸漬してシリコンウェーハの表面に形成されたＳｉＯ₂膜をエッチング処理し、このエッチング処理時のフッ酸水溶液のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０〜３０００Å／分であるので、シリコンウェーハの表面が高速でエッチングされる。このとき二酸化ケイ素に対するエッチングレートが高いので、ケイ素と酸素の結合を大量に含むパーティクルの強固な結合も切断される。この結果、シリコンウェーハ表面からほぼ完全にパーティクルを除去できる。

またシリコンウェーハへの酸素注入を複数回に分けて行い、これらの酸素イオン注入工程のいずれか１回の注入工程直後又は２回以上の各注入工程直後に、シリコンウェーハをフッ酸水溶液に浸漬すれば、次の酸素イオン注入前にウェーハ表面に残っているパーティクルが少なくなるので、パーティクルによる酸素イオン注入の遮蔽効果が少なくなる。この結果、ＳＩＭＯＸ熱処理工程を経たウェーハにおいて、温度２３℃での濃度が５０重量％であるフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数を低減できる。
またフッ酸水溶液に界面活性剤を添加すれば、シリコンウェーハをこの界面活性剤を添加したフッ酸水溶液から引上げたときに、界面活性剤がウェーハ表面の保護膜として作用する。この結果、パーティクルがウェーハ表面に再付着するのを防止でき、またこのときのウェーハの純水によるリンス後の水切れは良好である。
更に上記方法で製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が０．０５個／ｃｍ²以下と極めて少なくなる。

次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、ＳＩＭＯＸウェーハの製造方法は、シリコンウェーハ１１に酸素イオンを注入する工程と、酸素イオンを注入したウェーハ１１を洗浄する工程と、この洗浄したウェーハ１１を熱処理することによりウェーハ１１の内部に埋込み酸化膜を形成する工程とを含む。この実施の形態では、酸素イオン注入を３段階に分けて行う。またウェーハ１１の洗浄方法としては、ＳＣ−１洗浄液を用いた洗浄方法、硫酸と過酸化水素と純水の混合液を用いた洗浄方法、塩酸と過酸化水素と純水の混合液を用いた洗浄方法、オゾン水及び濃度０．２〜２重量％のフッ酸水溶液を用いた洗浄方法、又はこれらの洗浄方法を組合せた洗浄方法、或いはこれらの洗浄方法とメガソニック洗浄を組合せた洗浄方法などが挙げられる。ここで、メガソニック洗浄とは、０．８〜１０ＭＨｚの極超音波を被洗浄物に液中で照射する洗浄である。チョクラルスキー法で引上げられたシリコンインゴットはスライスして表面を研磨した後に、第１洗浄工程で洗浄される（図２）。この洗浄されたウェーハ１１には、１回目の酸素イオンの注入を行う（第１酸素イオン注入工程）。この酸素イオンの注入は、ウェーハ１１を３００〜５００℃に加熱した状態で酸素イオンのドーズ量が５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で行う。

次いでウェーハ１１を洗浄する前に、ウェーハ１１をフッ酸水溶液１２に浸漬してウェーハ１１の表面に形成されたＳｉＯ₂膜をエッチング処理する（図１及び図２）。このエッチング処理時のフッ酸水溶液１２のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートは、１５０〜３０００Å／分、好ましくは５００〜１０００Å／分、更に好ましくは５００〜６００Å／分である。なお、１５０〜３０００Å／分のエッチングレートを達成するためのフッ酸水溶液の濃度は２３℃では２．５〜５０重量％であり、５００〜１０００Å／分のエッチングレートを達成するためのフッ酸水溶液の濃度は２３℃では１０〜２０重量％であり、５００〜６００Å／分のエッチングレートを達成するためのフッ酸水溶液の濃度は２３℃では１０〜１２重量％である。上記エッチング処理により、ウェーハ１１の表面が高速でエッチングされるので、ウェーハ１１表面の自然酸化膜とともに、ケイ素と酸素の結合を大量に含むパーティクルの強固な結合も切断される、即ち酸素イオン注入時にケイ素及び酸素を介して強固に結合されたパーティクルの化学結合も切断される。具体的には、酸素とパーティクルの化学結合は、１つのパーティクルに対して１本の結合だけではなく多数の結合が存在していると考えられ、これらの結合を切断するためには、ＨＦ又は ＨＦ₂ ^- がＳｉ−Ｏ結合と出会う必要があり、この出会いの確率が律速となる。物理的に狭い隙間に存在する多数の結合を切断するためには、ＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０Å／分未満であるフッ酸水溶液では、ＨＦ又は ＨＦ₂ ^- が奥深い部分に到達する前にＳｉ−Ｏと出会って消費されてしまい、隙間の奥深くまで到達するのが困難である。ところがＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０〜３０００Å／分であるフッ酸水溶液であれば、ＨＦ又は ＨＦ₂ ^- が隙間の奥深くに達してもＨＦ又は ＨＦ₂ ^- が残存するため、狭い隙間に存在する多数の結合を全て切断できると考えられる。この結果、ウェーハ１１表面からほぼ完全にパーティクルを除去できる。

なお、回転するウェーハの表面にフッ酸水溶液を噴射する方法ではなく、ウェーハをフッ酸水溶液に浸漬する方法に限定したのは、回転するウェーハの表面にフッ酸水溶液を噴射する方法では、ウェーハ表面の自然酸化膜が溶解した後にウェーハ表面が疎水面となり、フッ酸水溶液がウェーハ表面に馴染まず、液滴が転がりながら乾燥固化した痕跡がウェーハ表面に残ってこれがパーティクルとして検出されたり、ウェーハ表面が不均一にあれた状態になり、ウェーハ表面の品質が好ましくない状態になるためである。
また、上記ＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０〜３０００Å／分であるフッ酸水溶液に浸漬するウェーハ表面処理に代えてＳＣ−１洗浄液を用いた処理を行っても、ＳＣ−１洗浄液のケイ素及び二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）に対するエッチングレートは２０Å／分程度が限界であり、その処理時間を長くしてエッチング量を増加させても、除去できない不動点パーティクルが多数残存し、ウェーハの欠陥の原因となってしまう。ここで、不動点パーティクルとは、第２洗浄工程前後において同一位置に残存するパーティクルをいう。

上記フッ酸水溶液１２の温度はこのフッ酸水溶液の凝固点を越えかつ４０℃以下、好ましくは２０〜２５℃であり、フッ酸水溶液１２へのウェーハ１１の浸漬時間は１０〜６００秒間、好ましくは３０〜１００秒間である。ここで、フッ酸水溶液１２のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートを１５０〜３０００Å／分の範囲に限定したのは、１５０Å／分未満では、ウェーハ１１の表面のエッチングレートが遅く、ケイ素と酸素の結合を大量に含むパーティクルの強固な結合を切断できず、即ち酸素イオン注入時にケイ素及び酸素を介して強固に結合されたパーティクルの化学結合を切断できず、３０００Å／分を越えるとウェーハ１１の表面粗さが悪化するからである。またフッ酸水溶液１２の温度をこのフッ酸水溶液の凝固点を越えかつ４０℃以下の範囲に限定したのは、フッ酸水溶液の凝固点以下ではエッチング処理を行えず、４０℃を越えるとフッ酸水溶液からミストが発生して取扱い難くなるとともに表面粗さが悪化するからである。更にフッ酸水溶液１２へのウェーハ１１の浸漬時間を１０〜６００秒間の範囲に限定したのは、１０秒間未満では浸漬時間が短すぎて、ケイ素と酸素の結合を大量に含むパーティクルの強固な結合を切断できず、即ち酸素イオン注入時にケイ素及び酸素を介して強固に結合されたパーティクルの化学結合を切断できず、６００秒間を越えると表面粗さが悪化するからである。

なお、ウェーハ１１表面に形成されたＳｉＯ₂膜に対するフッ酸水溶液１２のエッチングレートをＲ[Å／分]とし、ウェーハ１１のフッ酸水溶液１２への浸漬時間をＨ[秒]とするとき、Ｈ≧（１５００／Ｒ）[秒]となるように浸漬時間を設定することが好ましい。これによりフッ酸水溶液１２のエッチングレートに基づく最適なウェーハ１１の浸漬時間を速やかに求めることができる。また上記フッ酸水溶液１２には界面活性剤を添加することが好ましい。フッ酸水溶液１２に界面活性剤を添加すると、界面活性剤がウェーハ１１表面の保護膜として作用するため、パーティクルがウェーハ１１表面に再付着するのを防止できる。またこのウェーハ１１を純水にてリンスすると、水切れが良好である。上記界面活性剤としては、イオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤等が挙げられ、界面活性剤の添加量は０．１〜１０重量％、好ましくは０．３〜１重量％である。界面活性剤の添加量を０．１〜１０重量％の範囲に限定したのは、０．１重量％未満ではウェーハ１１表面の保護膜として機能せず、１０重量％を越えると塩析を起こしてエッチングを妨げるからである。

次に上記ウェーハ１１を純水１４を貯留したリンス槽１３に浸漬して濯いだ後に、引上げて乾燥する（図１）。このリンス槽１３は純水１４を貯留する槽本体１３ａと、この槽本体１３ａの上部外周縁に設けられ槽本体１３ａからオーバフローした純水１４を受けるオーバフロー槽１３ｂとを有する。また槽本体１３ａの下部には純水１４を槽本体１３ａに供給する供給管１３ｃが接続され、オーバフロー槽１３ｂの下面にはオーバフロー槽１３ｂに溜まった純水１４を排出する排出管１３ｄが接続される。更に上記ウェーハ１１は第２酸素イオン注入工程、第３洗浄工程、第３酸素イオン注入工程、第４洗浄工程を経てＳＩＭＯＸ熱処理が施される（図２）。第２酸素イオン注入工程における酸素イオンの注入は、ウェーハを３００〜５００℃に保持した状態で酸素イオンのドーズ量が５×１０¹⁶〜２×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で行い、第３酸素イオン注入工程における酸素イオンの注入は、ウェーハを室温に保持した状態で酸素イオンのドーズ量が１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ²で行う。

なお、この実施の形態では、シリコンウェーハへの酸素イオン注入を３回に分けて行い、最初の酸素イオン注入直後に、シリコンウェーハをフッ酸水溶液に浸漬したが、シリコンウェーハへの酸素イオン注入を１回でもよく、或いは２回又は４回以上に分けてもよく、更に２回目若しくは３回目の酸素イオン注入直後、又は１〜３回のいずれか２回の各酸素イオン注入直後、或いは３回の各酸素イオン注入直後に、シリコンウェーハをフッ酸水溶液に浸漬してもよい。
このように製造されたＳＩＭＯＸウェーハは、酸素イオン注入前にウェーハ表面に残っているパーティクルが少なくなって、パーティクルによる酸素イオン注入の遮蔽効果が少なくなるので、温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液１２に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が０．０５個／ｃｍ²以下と極めて少なくなる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１〜３＞
図２に示すように、チョクラルスキー法で引上げられた直径２００ｍｍのシリコンインゴットをスライスして表面を研磨し洗浄（第１洗浄工程）した後に、酸素イオン注入を３回に分けて行った。図１及び図２に示すように、第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハ１１を、ウェーハ１１表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが６００Å／分（フッ酸水溶液の濃度：１０重量％）であって温度が２３℃であるフッ酸水溶液１２に６０秒間浸漬してエッチング処理した。次いでこれらのウェーハ１１を純水１４のオーバフローするリンス槽１３に３分間浸漬した後に乾燥した。次にこれらのウェーハ１１を枚葉スピン方式で洗浄した。具体的には、ウェーハ１１を１枚ずつ回転させながら、その表面に濃度１５ｐｐｍのオゾン水を２０秒間噴射して洗浄した後に、濃度０．５重量％のフッ酸水溶液を１０秒間噴射して洗浄した。これらの洗浄を３回繰返した後（第２洗浄工程）にウェーハを乾燥した。更にこれらのウェーハ１１に対して、第２酸素イオン注入工程、第３洗浄工程、第３酸素イオン注入工程、第４洗浄工程を経てＳＩＭＯＸ熱処理を施した。これらのウェーハを実施例１〜３とした。

＜実施例４〜６＞
第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを、ウェーハ表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが７００Å／分（フッ酸水溶液の濃度：５０重量％）であって温度が５℃であるフッ酸水溶液に非イオン系界面活性剤を１重量％添加した液に３０秒間浸漬してエッチング処理し、更にこれらのウェーハを純水のオーバフローするリンス槽に５分間浸漬したことを除いて、実施例１〜３と同様にして３枚のＳＩＭＯＸウェーハを作製した。これらのウェーハを実施例４〜６とした。

＜実施例７〜９＞
第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを、ウェーハ表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが４００Å／分（フッ酸水溶液の濃度：２５重量％）であって温度が１５℃であるフッ酸水溶液に３００秒間浸漬してエッチング処理し、更にこれらのウェーハを純水のオーバフローするリンス槽に１分間浸漬したことを除いて、実施例１〜３と同様にして３枚のＳＩＭＯＸウェーハを作製した。これらのウェーハを実施例７〜９とした。

＜実施例１０〜１２＞
第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを、ウェーハ表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが３５０Å／分（フッ酸水溶液の濃度：２重量％）であって温度が３５℃であるフッ酸水溶液にイオン系界面活性剤を３重量％添加した液に５００秒間浸漬してエッチング処理し、これらのウェーハを純水のオーバフローするリンス槽に１分間浸漬して乾燥し、更にこれらのウェーハを８０℃のＳＣ−１洗浄液（ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝０．５：１：１０）に５分間浸漬して洗浄したことを除いて、実施例１〜３と同様にして３枚のＳＩＭＯＸウェーハを作製した。これらのウェーハを実施例１０〜１２とした。

＜比較例１〜１３＞
チョクラルスキー法で引上げられた直径２００ｍｍのシリコンインゴットをスライスして表面を研磨し洗浄（第１洗浄工程）した後に、酸素イオン注入を３回に分けて行った。第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを８０℃のＳＣ−１洗浄液（ＮＨ₄ＯＨ：Ｈ₂Ｏ₂：Ｈ₂Ｏ＝０．５：１：１０）に１０分間浸漬して洗浄した後（第２洗浄工程）に乾燥した。次にこれらのウェーハに対して、第２酸素イオン注入工程、第３洗浄工程、第３酸素イオン注入工程、第４洗浄工程を経てＳＩＭＯＸ熱処理を施した。これらのウェーハを比較例１〜１３とした。

＜比較例１４〜２６＞
チョクラルスキー法で引上げられた直径２００ｍｍのシリコンインゴットをスライスして表面を研磨し洗浄（第１洗浄工程）した後に、酸素イオン注入を３回に分けて行った。第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを枚葉スピン方式で洗浄した。具体的には、ウェーハを１枚ずつ回転させながら、その表面に濃度１５ｐｐｍのオゾン水を２０秒間噴射して洗浄した後に、濃度０．５重量％のフッ酸水溶液を１０秒間噴射して洗浄した。これらの洗浄を３回繰返した後（第２洗浄工程）にウェーハを乾燥した。次にこれらのウェーハに対して、第２酸素イオン注入工程、第３洗浄工程、第３酸素イオン注入工程、第４洗浄工程を経てＳＩＭＯＸ熱処理を施した。これらのウェーハを比較例１４〜２６とした。

＜比較例２７〜３９＞
第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを、ウェーハ表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが３０Å／分（フッ酸水溶液の濃度：０．５重量％）であって温度が２３℃であるフッ酸水溶液に３０秒間浸漬してエッチング処理したことを除いて、実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸウェーハを作製した。これらのウェーハを比較例２７〜３９とした。
＜比較例４０〜５２＞
第１酸素イオン注入直後に、これらのウェーハを、ウェーハ表面のＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１２０Å／分（フッ酸水溶液の濃度：２．０重量％）であって温度が２３℃であるフッ酸水溶液に３０秒間浸漬してエッチング処理したことを除いて、実施例１と同様にしてＳＩＭＯＸウェーハを作製した。これらのウェーハを比較例４０〜５２とした。

＜比較試験１及び評価＞
実施例１〜１２及び比較例１〜５２のシリコンウェーハの第２洗浄工程前後の不動点パーティクルの除去率を計測した。この不動点パーティクルの除去率は、SurfScan6420（米国KLA-Tencor社製の表面検査装置）を用いて行い、第２洗浄工程前後の粒径０．２０μｍ以上のパーティクルの数を計測した後に、第２洗浄工程後の粒径０．２０μｍ以上のパーティクルの数を、第２洗浄工程前の粒径０．２０μｍ以上のパーティクルの数で除した割合を百分率で表した。その結果を図３及び図４に示す。
図３及び図４から明らかなように、比較例１〜５２では、不動点パーティクルの除去率が４５〜８５％と低かったのに対し、実施例１〜１２では、不動点パーティクルの除去率が８８〜１００％と極めて高くなった。この理由は、酸素イオンを３回に分けて注入するため、２回目の酸素イオン注入直前にパーティクルを少なくしておいたことが、実施例の不動点パーティクルの除去率が極めて高くなったからであると考えられる。即ち、３回目の酸素イオン注入は低温であるため、持込みパーティクルがある程度あっても欠陥核にはならないと考えられる。また注入時間に対してウェーハ表面に滞在時間の長かったパーティクルが欠陥核になるため、１回目及び２回目の酸素イオン注入時に存在したパーティクルは欠陥核になり易く、２回目及び３回目の酸素イオン注入時のみに存在したパーティクルは欠陥核になり難いからであると考えられる。

＜比較試験２及び評価＞
実施例１、４、７及び１０、比較例３〜６及び比較例１６〜１９の第１〜第３酸素イオン注入工程及びＳＩＭＯＸ熱処理工程を経たシリコンウェーハのＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数を計測した。この欠陥の数は、上記ウェーハを濃度５０重量％のフッ酸水溶液に２３℃で３０分間浸漬してＳＯＩ層の欠損を顕在化させた後に、この顕在化した欠損の数を光学顕微鏡により観察して測定した。その結果を図５に示す。
図５から明らかなように、比較例３〜６及び比較例１６〜１９では、ＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が１７〜２６個と多かったのに対し、実施例１、４、７及び１０では、ＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が０〜５個、即ち直径２００ｍｍのＳＩＭＯＸウェーハでは０．０１６個／ｃｍ²以下と極めて少なくなった。

本発明実施形態のエッチングレート１５０〜３０００Å／分のフッ酸水溶液によるエッチング処理工程及び純水による濯ぎ工程を示す図である。 そのシリコンウェーハの酸素イオン注入工程及び洗浄工程を含むブロック図である。 実施例１〜１２及び比較例１〜２６のパーティクル除去率を示す図である。 比較例２７〜５２のパーティクル除去率を示す図である。 実施例及び比較例の温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の個数を示す図である。

符号の説明

１１ シリコンウェーハ
１２ フッ酸水溶液

Claims (6)

1. シリコンウェーハ(11)に酸素イオンを注入する工程と、前記酸素イオンを注入したシリコンウェーハ(11)を洗浄する工程と、前記洗浄したシリコンウェーハ(11)を熱処理することにより前記シリコンウェーハ(11)の内部に埋込み酸化膜を形成する工程とを含むＳＩＭＯＸウェーハの製造方法において、
   前記シリコンウェーハ(11)に酸素イオンを注入した後であって前記シリコンウェーハ(11)を洗浄する前に、前記シリコンウェーハ(11)をフッ酸水溶液(12)に浸漬して前記シリコンウェーハ(11)の表面に形成されたＳｉＯ₂膜をエッチング処理する工程を更に含み、前記エッチング処理時のフッ酸水溶液(12)の前記ＳｉＯ₂膜に対するエッチングレートが１５０〜３０００［Å／分］であることを特徴とするＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
2. シリコンウェーハ(11)への酸素イオン注入を複数回に分けて行い、これらの酸素イオン注入工程のいずれか１回の注入工程直後又は２回以上の各注入工程直後に、前記シリコンウェーハ(11)をフッ酸水溶液(12)に浸漬する請求項１記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
3. フッ酸水溶液(12)の温度がこのフッ酸水溶液(12)の凝固点を越えかつ４０℃以下であり、前記フッ酸水溶液(12)へのシリコンウェーハ(11)の浸漬時間が１０〜６００秒間である請求項１又は２記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
4. ＳｉＯ₂膜に対するフッ酸水溶液(12)のエッチングレートをＲ［Å／分］とし、前記シリコンウェーハ(11)の前記フッ酸水溶液(12)への浸漬時間をＨ［秒］とするとき、Ｈ≧（１５００／Ｒ）［秒］となるように前記浸漬時間を設定する請求項１又は２記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
5. フッ酸水溶液(12)に界面活性剤が添加された請求項１ないし４いずれか１項に記載のＳＩＭＯＸウェーハの製造方法。
6. 請求項１ないし５いずれか１項に記載の方法で製造されかつ温度２３℃における濃度５０重量％のフッ酸水溶液(12)に３０分間浸漬した後に観察されるＳＯＩ層を貫通する深い欠陥の数が０．０５個／ｃｍ²以下であるＳＩＭＯＸウェーハ。

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