JP2011243925A

JP2011243925A - シリコンウェーハ評価方法およびそれを用いたシリコンウェーハ製造方法

Info

Publication number: JP2011243925A
Application number: JP2010117396A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Nishimura; 雅史西村
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-12-01

Abstract

【課題】シリコンウェーハ端面に存在しているダメージを検出する方法を提供してデバイス工程における歩留まりを向上させる。
【解決手段】シリコンウェーハの端面に対し、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含有する水溶液からなり、且つ、水酸化アンモニウムと水との質量比がＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝１：１６〜１：４の範囲内にある処理液を接触させるウェーハ処理工程と、ウェーハ処理工程を経たシリコンウェーハの端面に対して電子線を照射し、放出される二次電子を用いてシリコンウェーハの端面を観察するウェーハ観察工程とを含むことを特徴とする、シリコンウェーハ評価方法である。また、そのシリコンウェーハ評価方法を用いたシリコンウェーハ製造方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの評価方法に関し、特に、シリコンウェーハ端面のダメージを評価する方法に関するものである。また、本発明は、該シリコンウェーハ評価方法を用いたシリコンウェーハ製造方法に関するものである。

一般に、シリコンウェーハの端面に存在する欠陥は、パーティクル等の発生原因となり、デバイス工程における歩留まりを低下させることが知られている。

そこで、従来、シリコンウェーハ端面に存在する欠陥が面取り加工等により十分に除去されていることを確認し、ウェーハ端面に存在する欠陥の数が問題の無いレベルのシリコンウェーハのみをデバイス工程へと送ることで歩留まりを向上させ得るように、シリコンウェーハ端面に存在する欠陥を検出するための様々な手法が提案されている。

具体的には、シリコンウェーハ端面に存在する欠陥を検出する装置として、例えば、シリコンウェーハ端面に向けてレーザー光等のコヒーレント光を照射する光源と、シリコンウェーハ端面で散乱した光のうち低次元の回折光を遮光する遮光手段と、残りの散乱光を検出する光検出器とを備える端部傷検査装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２８７４１２号公報

ここで、近年、半導体デバイスのシュリンク（微細化・微小化）に伴い、従来は問題とならなかったレベルのパーティクルの発生がデバイス工程の歩留まりを低下させる一因となっており、上記従来の端部傷検査装置では欠陥が検出されないシリコンウェーハであっても、デバイス工程においてシリコンウェーハ端面からパーティクル等が発生してデバイス工程の歩留まりが低下してしまうことがあった。

そのため、本発明者が、従来の検査装置では欠陥が検出されないシリコンウェーハからパーティクルが発生する原因について鋭意検討したところ、面取り加工後のシリコンウェーハの端面には、従来の検査装置では欠陥として明確に識別することができないダメージが存在しており、該ダメージに起因して、デバイス工程のシャロー・トレンチ・アイソレーション（ＳＴＩ）構造形成時などにパーティクルが発生し、歩留まりが低下していることが明らかとなった。なお、ダメージに起因するデバイス工程でのパーティクルの発生は、明らかではないが、ダメージが存在している部分は他の部分よりも表面が粗く、デバイス工程で生成した膜の密着性が悪くなるために起こっていると推察される。

そこで、本発明者は、シリコンウェーハ端面に存在しているダメージを検出する方法を提供してデバイス工程における歩留まりを向上させることを目的として鋭意研究を行った。そして、本発明者は、特定の条件で処理したシリコンウェーハの端面を特定の方法で観察することによりダメージを検出できることを見出し、本発明を完成させた。

即ち、この発明は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、本発明のシリコンウェーハ評価方法は、シリコンウェーハの端面に対し、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含有する水溶液からなり、且つ、水酸化アンモニウムと水との質量比がＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝１：１６〜１：４の範囲内にある処理液を接触させるウェーハ処理工程と、前記ウェーハ処理工程を経たシリコンウェーハの端面に対して電子線を照射し、放出される二次電子を用いてシリコンウェーハの端面を観察するウェーハ観察工程とを含むことを特徴とする。このように、シリコンウェーハの端面に、所定の組成の有する処理液を接触させると共に、該処理液を接触させた部分を特定の方法を用いて観察すれば、従来の方法では観察することのできなかったシリコンウェーハ端面のダメージを検出することができる。なお、本発明において、処理液中の水酸化アンモニウムと水との質量比は、特に限定されることなく、例えばクラボウ製ケミカライザー等の液体成分濃度計を用いて処理液の濃度（質量％）を測定し、該濃度の比を算出することにより求めることができる。

ここで、本発明のシリコンウェーハ評価方法は、前記処理液の、水酸化アンモニウムと過酸化水素と水との質量比が、ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：２：１６〜１：１：４の範囲内にあることが好ましい。組成がＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：２：１６〜１：１：４の処理液を用いれば、ウェーハ観察工程においてシリコンウェーハ端面のダメージをより明確に検出することができるからである。なお、本発明において、処理液中の水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、水との質量比は、特に限定されることなく、例えばクラボウ製ケミカライザー等の液体成分濃度計を用いて処理液の濃度（質量％）を測定し、該濃度の比を算出することにより求めることができる。

また、本発明のシリコンウェーハ評価方法は、前記ウェーハ観察工程において、走査型電子顕微鏡を用いてシリコンウェーハの端面を観察することが好ましい。走査型電子顕微鏡を用いれば、シリコンウェーハ端面の二次電子像を容易に得て、簡便かつ視覚的にシリコンウェーハ端面を観察することができるからである。

更に、本発明のシリコンウェーハ評価方法は、前記ウェーハ処理工程において、前記シリコンウェーハの端面に接触させる前記処理液の温度を４０〜８０℃とすることが好ましい。温度が４０〜８０℃の処理液を用いれば、ウェーハ観察工程においてシリコンウェーハ端面のダメージをより明確に検出することができるからである。

また、本発明のシリコンウェーハ製造方法は、上記課題を有利に解決することを目的とするものであり、シリコンウェーハの端面に対して鏡面面取り加工を施す鏡面面取り工程を含むシリコンウェーハの製造方法において、上記シリコンウェーハ評価方法を用いてサンプルウェーハの端面を観察し、該観察結果に基づき、前記鏡面面取り工程における鏡面面取り加工時間を決定することを特徴とする。このように、本発明に係るシリコンウェーハ評価方法を用いてサンプルウェーハの端面を観察し、該観察結果に基づいて鏡面面取り加工時間を決定すれば、シリコンウェーハ端面に存在するダメージが十分に少ないシリコンウェーハを製造することができる。従って、シリコンウェーハ端面に存在するダメージに起因してデバイス工程でパーティクルが発生してしまう可能性が低いシリコンウェーハを製造し、デバイス工程における歩留まりを向上することができる。なお、本発明において、「サンプルウェーハ」とは、観察結果に基づいて決定された加工時間で鏡面面取り加工を施されるシリコンウェーハと同一のインゴットからスライスされ、同一の処理を施されたシリコンウェーハ、或いは、同一のインゴットからスライスされ、同一の処理を施された後に、更に任意時間の鏡面面取り加工を施されたシリコンウェーハである。

本発明のシリコンウェーハ評価方法によれば、シリコンウェーハ端面に存在しているダメージを検出することができる。また、本発明のシリコンウェーハ製造方法によれば、シリコンウェーハ端面に存在するダメージが十分に少ないシリコンウェーハを製造することができる。

本発明のシリコンウェーハ評価方法に従い、シリコンウェーハ端面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した際のＳＥＭ画像を示し、（ａ）は鏡面面取り加工前のシリコンウェーハ端面の一部のＳＥＭ画像であり、（ｂ）は鏡面面取り加工後のシリコンウェーハ端面の図１（ａ）と同じ位置のＳＥＭ画像である。ダメージが検出された部分をＣＤＥ（ＣｈｅｍｉｃａｌＤｒｙＥｔｃｈｉｎｇ）処理した後のシリコンウェーハ端面のＳＥＭ画像である。本発明のシリコンウェーハ製造方法に従うフローチャートを示し、（ａ）は本発明のシリコンウェーハ製造方法の一例のフローチャートであり、（ｂ）は本発明のシリコンウェーハ製造方法の他の例のフローチャートである。処理液を接触させていないシリコンウェーハの端面をＳＥＭで観察した際のＳＥＭ画像である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。本発明のシリコンウェーハ評価方法は、レーザー光などを用いた従来の評価方法では検出することができなかったシリコンウェーハ端面のダメージを検出するために、シリコンウェーハの端面を、特定の処理液で処理した後に特定の方法を用いて観察することを特徴とするものである。

ここで、本発明のシリコンウェーハ評価方法に用いる処理液は、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含有する水溶液からなり、且つ、水酸化アンモニウムと水との質量比がＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝１：１６〜１：４の範囲内にあることが必要である。

これは、原理的には明らかではないが、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、シリコンウェーハの端面に高濃度の水酸化アンモニウムと、過酸化水素とを含有する水溶液を接触させることで、シリコンウェーハ端面のダメージが存在する部分が水酸化アンモニウムでエッチングされると共に、該エッチングされた部分が過酸化水素で酸化され、シリコンウェーハ端面のダメージが検出可能になると推察されているからである。

従って、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、水酸化アンモニウムの濃度が低すぎるとダメージが存在する部分をエッチングすることができず、一方、水酸化アンモニウムの濃度が高すぎるとダメージが存在する部分以外の部分もエッチングされてしまうので、処理液中の水酸化アンモニウムと水との質量比をＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝１：１６〜１：４の範囲内にする必要がある。また、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、水酸化アンモニウムによりエッチングした部分を酸化する必要があるので、処理液中に過酸化水素を含有させる必要がある。

ここで、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、処理液の組成を、水酸化アンモニウムと、過酸化水素と、水との質量比がＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：２：１６〜１：１：４の範囲内となるようにすることが好ましい。過酸化水素の濃度を上記範囲内とすれば、水酸化アンモニウムでエッチングされた部分を適度に酸化してシリコンウェーハ端面のダメージをより正確に検出することができるからである。

そして、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、例えば、処理液中にシリコンウェーハを浸漬し、或いは、シリコンウェーハの端面のみに処理液を付着させることにより、シリコンウェーハの端面に対して処理液を接触させ、シリコンウェーハ端面を処理することができる（ウェーハ処理工程）。なお、コストを低減する観点からは、処理液中へのシリコンウェーハの浸漬は、既存の洗浄設備の洗浄槽を用いて行うことが好ましい。

ここで、シリコンウェーハ端面に対して接触させる処理液の温度は、４０〜８０℃とすることが好ましい。処理液の温度を４０℃以上とすれば、ダメージが存在する部分の水酸化アンモニウムによるエッチングおよび過酸化水素による酸化を促進し、シリコンウェーハ端面のダメージを更に正確に検出することができるからである。一方、処理液の温度を８０℃超とすると、シリコンウェーハ端面が荒れてしまい、シミが検出できなくなる可能性があるからである。

また、シリコンウェーハの端面に対して処理液を接触させる際には、処理液を超音波振動させておくことが好ましい。超音波振動させた処理液にシリコンウェーハの端面を接触させれば、ダメージが存在する部分の水酸化アンモニウムによるエッチングおよび過酸化水素による酸化を促進し、シリコンウェーハ端面のダメージをより正確に検出することができるからである。なお、処理液に対して与える超音波振動は、周波数が４３０ＫＨｚ〜２ＭＨｚであることが好ましく、出力が３００〜６００Ｗであることが好ましい。周波数が４３０ＫＨｚ未満の場合、エッチングおよび酸化の促進効果が十分に得られないおそれがあり、一方、周波数を２ＭＨｚ超としても、エッチングおよび酸化の促進効果は殆ど増加しないからである。また、出力が３００Ｗ未満の場合、エッチングおよび酸化の促進効果が十分に得られないおそれがあり、一方、出力を６００Ｗ超としても、エッチングおよび酸化の促進効果は殆ど増加しないからである。

そして、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、シリコンウェーハの端面の観察（ウェーハ観察工程）は、シリコンウェーハの端面に対して処理液を接触させた後、任意に水洗および乾燥を行ったシリコンウェーハに対して行うことができる。因みに、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、高濃度の水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含有する高粘度の水溶液を処理液として用いているので、シリコンウェーハの端面に対して処理液を接触させた直後に水洗を行った場合でも、シリコンウェーハ端面のダメージが存在している部分に処理液が残存し、ダメージが存在する部分のエッチングおよび酸化は進行すると考えられる。

ここで、本発明のシリコンウェーハ評価方法では、シリコンウェーハの端面を観察する手段として、シリコンウェーハの端面に対して電子線を照射し、その際に放出される二次電子を用いてシリコンウェーハの端面の状態を観察する手段を用いる必要がある。具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、オージェ電子分光分析装置などを用いる必要がある。なお、上記処理液で処理されたシリコンウェーハ端面のダメージは、原理的には明らかではないが、二次電子を用いた観察手段のみでしか検出することができないので、本発明のシリコンウェーハ評価方法ではシリコンウェーハの端面を観察する手段として二次電子を用いた観察手段を用いる必要がある。

因みに、ＳＥＭを用いてシリコンウェーハの端面を観察した場合には、ダメージが存在している部分が、図１（ａ）に示すようにシミとして視覚的に観察される。ここで、「シミ」とは、ダメージが無い他の部分とコントラストが異なるものを指し、例えば、任意に追加の鏡面面取り加工を短時間実施した後に、処理液を用いてシリコンウェーハの端面を２回処理してもコントラストが異なる部分が生じなければ、シミは存在しないと判断することができる。なお、「シミ」には、従来の方法で検出されていたキズやパーティクル（拡大・縮小するとピントが合う、形状が明確なもの）等は含まれない。

なお、ＳＥＭを用いた際にダメージが存在している部分がシミとして観察される理由は定かではないが、ダメージが存在する部分は酸化されており、導電性が無くなっているために、該ダメージが存在する部分が帯電し、所謂チャージアップを起こしてシミとして観察されていると推察される。

また、オージェ電子分光分析装置を用いてシリコンウェーハの端面を観察した場合には、ダメージが存在する部分は酸化されているので、ダメージが存在する部分に酸素（Ｏ）の高いピークが検出される。

よって、本発明のシリコンウェーハ評価方法によれば、従来の評価方法では検出することができなかったシリコンウェーハ端面のダメージを検出することができる。そして、本発明のシリコンウェーハ評価方法は、例えば以下のようにして、シリコンウェーハ製造工程において鏡面面取り加工時間を決定する際に用いることができる。

具体的には、本発明のシリコンウェーハ評価方法を用いたシリコンウェーハ製造方法の一例では、図３（ａ）に示すように、同一のインゴットからスライスされ、同一の処理（研削、研磨、面取り加工等）を施された、ポリッシュドウェーハ、アニールウェーハまたはエピタキシャルウェーハ等のシリコンウェーハ（同一ロットのシリコンウェーハ）から、サンプルウェーハを一枚選択し、該サンプルウェーハの端面に存在するダメージを本発明に係るシリコンウェーハ評価方法を用いて観察することにより、サンプルウェーハ以外のシリコンウェーハの鏡面面取り加工時間を決定することができる。

即ち、この一例のシリコンウェーハ製造方法では、まず、サンプルウェーハを上述した処理液中に浸漬し（Ｓ１１）、次に、処理液中から引き上げたサンプルウェーハを純水で洗浄し、その後乾燥する（Ｓ１２）。そして、処理液で処理したサンプルウェーハの端面をＳＥＭで観察し（Ｓ１３）、サンプルウェーハの端面に存在しているダメージの量を評価する。ここで、サンプルウェーハは、他の同一ロットのシリコンウェーハと同一のインゴットからスライスされたものであり、他の同一ロットのシリコンウェーハと同一の処理を施されているので、他の同一ロットのシリコンウェーハの端面には、サンプルウェーハと殆ど同じ量のダメージが存在している。従って、この一例のシリコンウェーハ製造方法では、サンプルウェーハで検出されたダメージの量に応じて、シリコンウェーハ端面のダメージを除去するのに十分な鏡面面取り加工時間を決定し（Ｓ１４）、サンプルウェーハ以外のシリコンウェーハを、決定した鏡面面取り加工時間で鏡面面取り加工（Ｓ１５）することにより、デバイス工程でパーティクルが発生し難いシリコンウェーハを製造することができ、デバイス工程の歩留まりを向上することができる。なお、ダメージを除去するのに十分な鏡面面取り加工時間は、例えば、シリコンウェーハ端面のダメージの量と、鏡面面取り加工時間と、デバイス工程でのパーティクルの発生の有無との関係を予め実験して調べておくことにより求めることができる。因みに、一般に、シリコンウェーハ端面のダメージの量は、鏡面面取り加工時間が長いほど、低減する。

なお、本発明のシリコンウェーハ評価方法を用いたシリコンウェーハ製造方法は、上記一例に限定されることはなく、適宜変更を加えることができる。具体的には、本発明のシリコンウェーハ評価方法を用いたシリコンウェーハ製造方法の他の例では、図３（ｂ）に示すように、サンプルウェーハに対し、まず、任意の時間の鏡面面取り加工を施し（Ｓ２１）、次に、鏡面面取り加工を施したサンプルウェーハを、処理液中に浸漬し（Ｓ２２）、洗浄・乾燥（Ｓ２３）した後に、サンプルウェーハの端面をＳＥＭで観察（Ｓ２４）することにより、所定時間の鏡面面取り加工を行った後のサンプルウェーハに残っているダメージの量に基づいて、鏡面面取り加工時間を決定（Ｓ２５）し、サンプルウェーハ以外のシリコンウェーハを、決定した鏡面面取り加工時間で鏡面面取り加工（Ｓ２６）しても良い。なお、この他の例のシリコンウェーハ製造方法では、鏡面面取り加工時間の決定は、図３（ｂ）中に破線で示すように、サンプルウェーハのウェーハ端面のダメージの量が十分低減されるまでＳ２１〜Ｓ２４を繰り返すことにより行っても良い。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
まず、面取り加工を施したポリッシュドウェーハの端面を、何ら処理することなくＳＥＭ（日立製作所製）で観察した。得られたＳＥＭ画像を図４に示す。なお、図４では、ウェーハ端面にシミなどは検出されなかった。因みに、図４は、ウェーハを４５°傾けた状態で撮影したものである。
次に、ＳＥＭで端面を観察したポリッシュドウェーハを、温度６５℃の処理液（ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：８）に２０分間浸漬した後に、純水で洗浄し、乾燥した。そして、ウェーハの端面をＳＥＭで観察したところ、シミが観察された。得られたＳＥＭ画像を図１（ａ）に示す。なお、図１（ａ）は、図４と同一位置のＳＥＭ画像である。
その後、ポリッシュドウェーハの端面に対し、ケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）処理を施した。そして、ＣＤＥ処理後のウェーハの端面をＳＥＭで観察したところ、図１（ａ）でシミが検出された場所と同一の場所にピットが形成されていた。得られたＳＥＭ画像を図２に示す。
最後に、ＣＤＥ処理を施したポリッシュドウェーハに対し、鏡面面取り加工を施した。その後、鏡面面取り加工を施したウェーハを、温度６５℃の処理液（ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：８）に２０分間浸漬した後に、純水で洗浄し、乾燥した。そして、ウェーハの端面をＳＥＭで観察したが、シミは検出されなかった。得られたＳＥＭ画像を図１（ｂ）に示す。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）と同一位置のＳＥＭ画像である。

（比較例１）
実施例１で使用したポリッシュドウェーハの端面を、処理液に浸漬する前に、従来のレーザー式端面検査装置（レイテックス社製エッジスキャン）で観察したが、何も検出されなかった。

図１（ａ）および図２より、本発明のシリコンウェーハ評価方法においてシミが検出された部分には、ダメージが存在していることが分かる。また、実施例１および比較例１より、本発明のシリコンウェーハ評価方法によれば、従来の方法では検出することができなかった、シリコンウェーハ端面に存在するダメージを検出できることが分かる。更に、図１（ａ）および図１（ｂ）より、シリコンウェーハ端面に存在するダメージは、鏡面面取り加工を施すことにより除去できることが分かる。

（実施例２）
図３（ａ）に示すフローに従いシリコンウェーハを製造し、製造したシリコンウェーハをデバイス工程へと送った。その結果、デバイス工程では不良が発生しなかった。

（比較例２）
鏡面面取り加工時間を、従来のレーザー式端面検査装置で欠陥が発見されなくなるまでの時間とした以外は、実施例２と同様にしてシリコンウェーハを製造し、製造したシリコンウェーハをデバイス工程へと送った。その結果、デバイス工程では不良が発生した。

実施例２および比較例２より、本発明のシリコンウェーハ製造方法によれば、デバイス工程での歩留まりを向上し得るシリコンウェーハを提供できることが分かる。

Claims

シリコンウェーハの端面に対し、水酸化アンモニウムおよび過酸化水素を含有する水溶液からなり、且つ、水酸化アンモニウムと水との質量比がＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ＝１：１６〜１：４の範囲内にある処理液を接触させるウェーハ処理工程と、
前記ウェーハ処理工程を経たシリコンウェーハの端面に対して電子線を照射し、放出される二次電子を用いてシリコンウェーハの端面を観察するウェーハ観察工程と、
を含むことを特徴とする、シリコンウェーハ評価方法。
前記処理液の、水酸化アンモニウムと過酸化水素と水との質量比が、ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：２：１６〜１：１：４の範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載のシリコンウェーハ評価方法。
前記ウェーハ観察工程において、走査型電子顕微鏡を用いてシリコンウェーハの端面を観察することを特徴とする、請求項１または２に記載のシリコンウェーハ評価方法。
前記ウェーハ処理工程において、前記シリコンウェーハの端面に接触させる前記処理液の温度を４０〜８０℃とすることを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のシリコンウェーハ評価方法。
シリコンウェーハの端面に対して鏡面面取り加工を施す鏡面面取り工程を含むシリコンウェーハの製造方法において、
請求項１〜４の何れかに記載のシリコンウェーハ評価方法を用いてサンプルウェーハの端面を観察し、該観察結果に基づき、前記鏡面面取り工程における鏡面面取り加工時間を決定することを特徴とする、シリコンウェーハ製造方法。