JP2006245301A - シリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で熱処理する際に、熱処理後発生する不定形のピットの発生を抑制することができるシリコンウェーハの製造方法の提供。
【解決手段】チョクラルスキー法による単結晶育成時において、リング状ＯＳＦ領域が形成されるように、Ｖ／Ｇを制御してシリコンインゴットを育成して、直径３００ｍｍ、厚さ７９０μｍの片面研磨ウェーハを作成した。次に、作成したウェーハを２０ｐｐｍのオゾンが含まれる超純水に６０秒間浸漬し、その後、濃度１％のフッ酸溶液に３０秒浸漬したウェーハを縦型ボートに載置して縦型熱処理炉内に投入し、水素雰囲気中、１２００℃まで昇温して６０分間高温熱処理を行った。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの製造方法に関し、特に、シリコンウェーハを、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で熱処理する際に、熱処理後に発生する不定形のピットの発生を抑制することができるシリコンウェーハの製造方法に関する。

半導体デバイス形成用基板として用いられるシリコンウェーハ（以下、単にウェーハという）は、チョクラルスキー法により育成されたシリコンインゴットをスライスして、ウェーハ状に切り出した後、ラッピング、エッチング、研削、研磨等の加工工程を経て平坦化され、半導体デバイス形成面を鏡面化する。

なお、この半導体デバイス形成面の表面のデバイス活性層に、ＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）等のｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥が存在すると、半導体デバイスの形成時において、酸化膜耐圧等に悪影響を及ぼし、半導体デバイス歩留を低下させる要因となる。

そのため、近年では、鏡面化したウェーハに対して、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で、高温熱処理を行っている。この熱処理を施すことで、結晶育成時において誘起されるｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥をウェーハ表面のデバイス活性層から除去し、また、ウェーハ内部に高密度の酸素析出欠陥を形成して、ウェーハ自身のゲッタリング能力を向上させている。

しかしながら、この熱処理を施すと、単結晶育成時に形成されたｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は消滅するものの、熱処理前には確認されず、熱処理後にウェーハ表面、あるいは、極表層に浅い数十ｎｍ程度の不定形状のピット（以下、微小欠陥という）が発生、顕在化し、測定装置で検出されることが確認された。

これらの微小欠陥の存在は、半導体デバイスの作成において、同様に、酸化膜耐圧等に悪影響を及ぼし、半導体デバイス歩留を低下させる要因となるため、当該微小欠陥の発生を抑制する必要がある。

以上の問題を解決する手段として、シリコンウェーハを熱処理する前にフッ酸洗浄を行うことで、当該微小欠陥が低減できる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１１９４４６号公報

しかしながら、この技術では、当該微小欠陥（特許文献１内の記載では、ＤＮＮ欠陥と称している。）の低減には限界があり、特に、チョクラルスキー法によって単結晶を育成する領域がＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ：酸化誘起積層欠陥、以下、リング状ＯＳＦという。）領域を含む場合は、まだまだ、ウェーハ表面に残存してしまう問題があった。

そこで、本発明は、当該微小欠陥の発生を抑制する効果がより大きいシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶をシリコンウェーハに切断する工程と、前記切断されたシリコンウェーハを平坦化し、少なくともデバイス形成面を鏡面化する工程と、前記鏡面化されたシリコンウェーハにオゾン洗浄を行い、酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜が形成されたシリコンウェーハにフッ酸洗浄を行い前記酸化膜を除去する工程と、前記酸化膜が除去されたシリコンウェーハに、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下の熱処理炉内で、１０００℃から１３００℃の熱処理温度まで炉内温度を昇温して熱処理を施す熱処理工程と、
を含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法が提供される。

本発明によれば、熱処理後に発生する微小欠陥に対して、その発生を大きく抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明者は、微小欠陥の生成について鋭意、検討を重ねた結果、熱処理前においては、当該微小欠陥は顕在化されずに、核としてウェーハ表面、又は、表層付近に存在しており、その状態で、熱処理を施すと、当該微小欠陥は当該熱処理によりその表面がエッチングされ、顕在化してしまうとの仮説をたてた。

そこで、当該熱処理の前に、当該核を微小欠陥として顕在化させてしまい、通常、当該熱処理で得られる効果、すなわち、結晶育成時において誘起されるｇｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥をウェーハ表面のデバイス活性層から除去する効果を用いて、当該微小欠陥を消去させてしまうことで、結果として、当該熱処理後において当該微小欠陥の発生を大きく抑制することができることを見出し、本発明を完成したものである。

図１は、本発明の実施の形態に係るシリコンウェーハの製造方法における工程フロー図である。

図１に示すように、チョクラルスキー法により所望の抵抗率、直径、酸素濃度、窒素濃度、及び、発生する欠陥種を、単結晶育成時のＶ（成長速度）とＧ（単結晶育成時の融点から１３００℃付近までの温度勾配）の比Ｖ／Ｇによって制御しながら、シリコン単結晶（シリコンインゴット）を育成する（１００）。

次に、育成されたシリコン単結晶を、周知の方法にてウェーハ状に加工する。例えば、シリコン単結晶に外周研削、及び、オリエンテーションフラット加工を施して円柱状シリコンブロックとした後、ワイヤソー、又は、内周刃等を用いて切り出してウェーハ状に切断する。切断したウェーハにラッピング、エッチング、研削等を施して平坦化するとともに、デバイス形成面の表面を鏡面研磨する（１０１）。

次に、鏡面研磨されたウェーハを、例えば、オゾンを含む超純水でオゾン洗浄を行う（１０２）。これによってウェーハ表面には酸化膜が形成される。

次に、酸化膜が形成されたウェーハにフッ酸洗浄を行い、酸化膜を除去する（１０３）。最後に、酸化膜が除去されたウェーハを、例えば縦型ボートに載置して縦型熱処理炉内に投入し、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下で、１０００〜１３００℃の熱処理温度まで炉内温度を昇温して熱処理を施す（１０４）。この熱処理は、１０〜６００分間行うことが好適である。

以上の方法によって、当該微小欠陥の発生が大きく抑制されたウェーハを製造することができる。

オゾン洗浄において用いられている超純水中のオゾン濃度は１〜１００ｐｐｍであることが望ましい。オゾン濃度が１ｐｐｍ未満だった場合は、当該微小欠陥発生を大きく抑制することができない。１００ｐｐｍを超える場合は、オゾン洗浄におけるウェーハ表面のエッチング力が大きくなり、ウェーハ表面がマイクロラフネスレベルで悪化してしまうため好ましくない。オゾン洗浄は、１０秒間以上行うことが好適である。

なお、オゾン洗浄における方法は、特に限定されず、例えば、前述したように、オゾンを含む超純水で行ってもよく、超純水に気体のオゾンをバブリングさせて行ってもよい。

フッ酸洗浄においては、その濃度は特に限定されず、オゾン洗浄で形成された酸化膜が除去できる程度の濃度があれば十分である。

フッ酸洗浄後、当該熱処理前に、パーティクルを除去するためにアンモニアと過酸化水素水を含む薬液（ＳＣ−１）、及び、表面の金属不純物を除去するために、塩酸と過酸化水素水を含む薬液（ＳＣ−２）にて、適時、必要に応じて洗浄工程を導入した方が好ましい。これは、フッ酸洗浄後のウェーハ表面は疎水性となっているため、パーティクル等が付着しやすい。そのため、熱処理前には、ＳＣ−１、ＳＣ−２洗浄等を施してウェーハ表面を親水性にすることが好ましい。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。

（実施例）
チョクラルスキー法による単結晶育成時において、リング状ＯＳＦ領域が形成されるように、Ｖ／Ｇを制御してシリコン単結晶を育成した。次に、このシリコン単結晶をウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７９０μｍの片面研磨ウェーハを作成した。

次に、作成したウェーハを２０ｐｐｍのオゾンが含まれる超純水に６０秒間浸漬してオゾン洗浄を行った。浸漬後、ウェーハに形成された酸化膜を、ナノスペックで測定したところ４０ｎｍの酸化膜が形成されていた。その後、酸化膜が形成されたウェーハを、濃度１％のフッ酸溶液に３０秒浸漬してフッ酸洗浄を行い、酸化膜を除去した。その後、ＳＣ−１、及び、ＳＣ−２洗浄を行って、ウェーハに付着したパーティクル、及び、金属不純物を除去した。

以上の処理を施したウェーハを縦型ボートに載置して縦型熱処理炉内に投入し、水素雰囲気中、１２００℃まで昇温して６０分間高温熱処理を行った。

得られたウェーハの研磨面について、Surfscan SP1-TB1（ ケイ・エル・エイ− テンコール社製）にて微小欠陥の測定を行った。その測定結果を図２に示す。なお、図２に示す点線は、レーザー顕微鏡にて確認したリング状ＯＳＦ領域の位置を表している。

（比較例１）
チョクラルスキー法による単結晶育成時において、リング状ＯＳＦ領域が形成されるように、Ｖ／Ｇを制御してシリコン単結晶を育成した。次に、このシリコン単結晶をウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７９０μｍの片面研磨ウェーハを作成した。

次に、オゾン洗浄、及び、フッ酸洗浄を行わず、ＳＣ−１、及び、ＳＣ−２洗浄を行って、ウェーハに付着したパーティクル、及び、金属不純物を除去した。

以上の処理を施したウェーハを縦型ボートに載置して縦型熱処理炉内に投入し、水素雰囲気中、１２００℃まで昇温して６０分間高温熱処理を行った。

得られたウェーハの研磨面について、Surfscan SP1-TB1（ ケイ・エル・エイ− テンコール社製）にて微小欠陥の測定を行った。その測定結果を図３に示す。なお、図３に示す点線は、レーザー顕微鏡にて確認したリング状ＯＳＦ領域の位置を表している。

（比較例２）
チョクラルスキー法による単結晶育成時において、リング状ＯＳＦ領域が形成されるように、Ｖ／Ｇを制御してシリコン単結晶を育成した。次に、このシリコン単結晶をウェーハ状に切断し、面取り、ラッピング、エッチング、片面研磨を施して、直径３００ｍｍ、厚さ７９０μｍの片面研磨ウェーハを作成した。

次に、オゾン洗浄を行わず、濃度１％のフッ酸溶液に３０秒浸漬してフッ酸洗浄を行った。その後、ＳＣ−１、及び、ＳＣ−２洗浄を行って、ウェーハに付着したパーティクル、及び、金属不純物を除去した。

以上の処理を施したウェーハを縦型ボートに載置して縦型熱処理炉内に投入し、水素雰囲気中、１２００℃まで昇温して６０分間高温熱処理を行った。

得られたウェーハの研磨面について、Surfscan SP1-TB1（ ケイ・エル・エイ− テンコール社製）にて微小欠陥の測定を行った。その測定結果を図４に示す。なお、図４に示す点線は、レーザー顕微鏡にて確認したリング状ＯＳＦ領域の位置を表している。

図２から図４を見ても分かるように、比較例１（図３）では、リング状ＯＳＦ領域において微小欠陥が多数検出されていることが確認できる。なお、フッ酸洗浄を加えた比較例２（図４）では、比較例１に比べて、リング状ＯＳＦ領域において微小欠陥の発生が軽減されているものの、まだ、多数の微小欠陥が検出されていることが確認できる。

オゾン洗浄、及び、フッ酸洗浄を加えた実施例（図２）では、リング状ＯＳＦ領域における微小欠陥が１０個以下とその発生を大幅に抑制できていることが確認できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施の形態に係るシリコンウェーハの製造方法における工程フロー図。 本発明の実施例に関わる結果図。 本発明の比較例１に関わる結果図。 本発明の比較例２に関わる結果図。

符号の説明

１００・・・単結晶引上工程、１０１・・・加工工程、１０２・・・オゾン洗浄工程、
１０３・・・フッ酸洗浄工程、１０４・・・熱処理工程。

Claims (5)

1. チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶をシリコンウェーハに切断する工程と、
   前記切断されたシリコンウェーハを平坦化し、少なくともデバイス形成面を鏡面化する工程と、
   前記鏡面化されたシリコンウェーハにオゾン洗浄を行い、酸化膜を形成する工程と、
   前記酸化膜が形成されたシリコンウェーハにフッ酸洗浄を行い前記酸化膜を除去する工程と、
   前記酸化膜が除去されたシリコンウェーハに、還元性ガス、又は、不活性ガス、又は、それらの混合ガスの雰囲気下の熱処理炉内で、１０００℃から１３００℃の熱処理温度まで炉内温度を昇温して熱処理を施す熱処理工程と、
   を含むことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
2. 前記オゾン洗浄におけるオゾン濃度は、１〜１００ｐｐｍであることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
3. 前記オゾン洗浄工程は、１０秒間以上行われることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
4. 前記熱処理工程は、１０〜６００分行われることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。
5. 前記熱処理工程前に、アンモニアと過酸化水素水を含む薬液（ＳＣ−１）による洗浄、及び、塩酸と過酸化水素水を含む薬液（ＳＣ−２）による洗浄を施す洗浄工程を、さらに含むことを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの製造方法。

Images