JP2013058784A - シリコンウエハ中の金属汚染低減のための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この方法は、酸化開始温度またはそれ以上の温度から制御された雰囲気中でシリコンウエハを冷却すること、ならびに前記酸化開始温度にて酸素含有雰囲気流を開始してシリコンウエハ表面の周囲に酸化的雰囲気を形成し、シリコンウエハ表面に酸化物層を生じさせ、および前記酸化物層とシリコンウエハ内側部分との間の境界に歪み層を生じさせることを含んでなる。ウエハの冷却も、シリコンウエハ内側部分から歪み層への汚染物質の原子を拡散させるように制御される。シリコンウエハは、それから清浄化されて酸化物層および歪み層が除去され、それによって歪み層へ拡散した汚染物質が除去される。
【選択図】図2
Description
従って、簡単には、本発明は、シリコンウエハ表面およびシリコンウエハ内側部分を有するシリコンウエハから、銅、ニッケルおよびそれの組合せから選ばれる汚染物質を除去するための方法に関する。この方法は、酸化開始温度からまたはそれより高い温度から、制御された雰囲気の中でシリコンウエハを冷却させることを含んでなる。前記酸化開始温度で酸素含有雰囲気の流れを開始させて、シリコンウエハ表面のまわりに酸化的雰囲気を形成し、シリコンウエハ表面に酸化物層を生成させおよび前記酸化物層とシリコンウエハ内側部分との間に歪み層(strain layer)を生成させる。シリコンウエハ内側部分から歪み層への汚染物質の原子の拡散を許容するように、シリコンウエハの冷却を制御する。ウエハを清浄化(またはクリーニング)して酸化物層および歪み層を除去し、それによって歪み層へ拡散させた前記汚染物質を除去する。
本発明に好ましい出発物質は、好ましくは、チョクラルスキー結晶成長方法の常套のバリエーションのいずれかによって成長させた単結晶シリコンインゴットからスライスされた、単結晶シリコンウエハであることが好ましい。チョクラルスキー法を用いて製造されるウエハは、一般に、約5×1017原子/cm3〜約9×1017原子/cm3の範囲の酸素濃度(換言すれば、約10ppmから約18ppm(即ち、ウエハ中において全体で1,000,000個の原子あたりで、約10〜約18個の酸素原子))(ASTM規格、F−121−80)、より一般的には、約6×1017原子/cm3〜約8.5×1017原子/cm3(即ち、約12ppm〜約17ppm)の酸素濃度を有する。酸素を含まないウエハが所望される場合、出発物質は、フローティングゾーン結晶成長方法の常套のバリエーションのいずれかによって成長させた単結晶シリコンインゴットからスライスされたものであることが好ましい。シリコンインゴットの成長、ならびに標準的なシリコンのスライシング、ラッピング、エッチング、およびポリッシング技術は、F. Shimuraの、Semiconductor Silicon Crystal Technology (Academic Press, 1989) ;ならびにSilicon Chemical Etching, (J. Grabmaier, 編集, Springer-Verlag, New York, 1982)に開示され、従来技術において知られている。また、本発明の方法は、シリコンウエハの少なくとも前方表面において鏡のような光沢を作り出す最終的なポリッシング操作の後であるが、最終的な清浄化操作の前における製造工程のいずれかの部分で、1又はそれ以上のシリコンウエハについて実施することが好ましい。
ポリッシングされたウエハは、一般にその表面に、固化の後でインゴットが冷却される際に生成した望ましくない欠陥(例えばCOPs)を有している。この欠陥はレーザー散乱検査ツール(laser scatter inspection tools)によって検出することができる。そのような欠陥は、一部では、空孔欠陥および自己格子間点欠陥として知られている真性点欠陥(intrinsic point defects)が過剰に(即ち、溶解限度を超える濃度で)存在することによって生じる。メルトから成長させたシリコン結晶は、一般に、結晶格子空孔またはシリコン自己格子間原子欠陥のいずれか一方または他方の型の真性点欠陥を過剰に有して、形成されている。シリコン内において凝集した真性点欠陥は、複雑で高度に集積された回路の製造に関して、材料の生成ポテンシャルに重大な影響を与え得る。例えば、ゲート・オキシド・インテグリティ(GOI(Gate Oxide Integrity))欠陥は、ウエハ表面におけるCOPsの濃度に相関関係を有する。D.Graf、M.Suhren、U.Schmilke、A.Ehlert、W.v.AmmonおよびP.Wagner.、J.Electrochem.Soc.1998,145,275;M. Tamatsuka, T. Sasaki, K. Hagimoto and G. A. Rozgonyi, Proc. 6th. lnt. Symp. On Ultralarge Scale Integration Science and Technology "ULSI Science and Technology/1997," The Electrochemical Society 1997, PV 97−3, p. 183; and T. Abe, Electrochem. Soc. Proc. 1998, PV 98−1, 157; N. Adachi, T. Hisatomi, M. Sano, H. Tsuya, J. Electrochem. Soc. 2000, 147, 350。
この出願が主として開示する事項が、本発明の方法を水素−アルゴン・アニールなどのサーマルプロセスに包含させることであるという事項によって、本発明の適用範囲の範囲を限定するものであると解釈されてはならない。本発明の方法は、ウエハ表面の酸化処理に関係するその他の比較的高温でのシリコンウエハ処理と組み合わせて実行することができる。
使用したアニーリング炉は、東芝セラミックスにより製造された高純度TSQ−10石英管および、200mmのウエハを保持する構成の125のスロットの炭化ケイ素ボートが設けられたASMモデルA412垂直型炉であった。炭化ケイ素ボートは、AGエレクトロニック・マテリアルズによって化学気相蒸着された高純度の炭化ケイ素被覆を有している。アニーリング方法を実施した後、ウエハは、詳細に上述したような、サブミクロンシステム(SubMicron Systems)湿式ベンチならびに標準的なSC1およびSC2清浄化溶液によって清浄化された。
3 前方表面
4 ウエハ基板
5 後方表面
7 仮想的中央平面
8 中心軸
Claims (41)
- シリコンウエハ表面およびシリコンウエハ内側部分を有するシリコンウエハから、銅、ニッケルおよびそれらの組み合わせの中から選ばれる汚染物質を除去するための方法であって、
酸化開始温度またはそれ以上の温度から制御された雰囲気中でシリコンウエハを冷却する工程と、
前記酸化開始温度にて酸素含有雰囲気流を開始して、シリコンウエハ表面の周囲に酸化的雰囲気を形成し、シリコンウエハ表面に酸化物層を生じさせ、および前記酸化物層とシリコンウエハ内側部分との間の境界に歪み層を生じさせる工程と、
冷却を制御して、シリコンウエハ内側部分から歪み層へ汚染物質の原子を拡散させる工程と、
シリコンウエハを清浄化して酸化物層および歪み層を除去し、それによって歪み層へ拡散した汚染物質を除去する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - 酸化開始温度が少なくとも約600℃である請求項1に記載の方法。
- 酸化開始温度が少なくとも約800℃である請求項1に記載の方法。
- 酸化開始温度が、約800℃〜約600℃の範囲にある請求項1に記載の方法。
- 酸化開始温度が約775℃である請求項1に記載の方法。
- 冷却を制御することは、酸化開始温度から約500℃〜約400℃の範囲の温度へ冷却する間、毎分約30℃より小さい冷却速度を維持することを含む請求項1に記載の方法。
- 酸化物層が少なくとも約5オングストロームの厚さを有する請求項1に記載の方法。
- 酸素含有雰囲気がシリコンウエハ表面の周囲に少なくとも約10分間流される請求項1に記載の方法。
- 酸素含有雰囲気が、約1〜約10000ppmの範囲の酸素濃度を有する請求項1に記載の方法。
- 酸化物層と歪み層を除去するための清浄化の後で、シリコンウエハが約1×1010原子/cm2より少ないバルク銅濃度を有している請求項1に記載の方法。
- 冷却を少なくとも約1100℃の温度から行う請求項1に記載の方法。
- 冷却を少なくとも約1100℃の温度から行う請求項4に記載の方法。
- シリコンウエハ表面およびシリコンウエハ内側部分を有するシリコンウエハから、銅およびニッケルの中から選ばれる汚染物質を除去するための方法であって、
シリコンウエハを少なくとも約1100℃の温度へ加熱し、および前記シリコンウエハ表面を、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびそれらの混合物からなる群から選ばれるガスを含んでなる清浄化雰囲気にさらして、前記シリコンウエハ表面からシリコン酸化物を除去し、それによって脱酸素されたシリコンウエハを得る工程と、
脱酸素されたシリコンウエハを酸化的雰囲気にさらして、シリコンウエハ表面に酸化物層を生成させ、それによって前記酸化物層とシリコンウエハ内側部分との間の境界に歪み層を有する酸化されたシリコンウエハを生じる工程と、
酸化されたシリコンウエハの温度を制御して、シリコンウエハ内側部分から歪み層へ汚染物質を拡散させる工程と、
シリコンウエハを清浄化して、シリコンウエハから歪み層へ拡散させた汚染物質を除去し、それによって清浄化されたシリコンウエハを生じる工程と
を含むことを特徴とする方法。 - 酸化的雰囲気が、約10〜約100ppmの範囲の酸素濃度を有する請求項13に記載の方法。
- 酸化物層が少なくとも約5オングストロームの厚さを有する請求項13に記載の方法。
- 脱酸素されたシリコンウエハを約800℃を越えない酸化開始温度へ冷却する際に、酸化的雰囲気にさらす請求項13に記載の方法。
- 脱酸素されたシリコンウエハを、毎分約30℃よりも小さい速度にて冷却する請求項16に記載の方法。
- 脱酸素されたシリコンウエハを約775℃を越えない酸化開始温度へ冷却する際に、酸化的雰囲気にさらす請求項13に記載の方法。
- 脱酸素されたシリコンウエハを、毎分約10〜約20℃の範囲の速度にて冷却する請求項18に記載の方法。
- シリコンウエハを約30分〜約60分の時間で酸化的雰囲気にさらす請求項13に記載の方法。
- 酸化されたシリコンウエハの温度を制御して、シリコンウエハ内側部分から歪み層へ汚染物質を拡散させる工程は、清浄化されたシリコンウエハが約5×109原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有するのに十分な時間で、シリコンウエハの温度を約500℃未満に保持することを含む請求項13に記載の方法。
- 酸化されたシリコンウエハの温度を制御して、シリコンウエハ内側部分から歪み層へ汚染物質を拡散させる工程は、清浄化されたシリコンウエハが約1×109原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有するのに十分な時間で、シリコンウエハの温度を約500℃未満に保持することを含む請求項13に記載の方法。
- 脱酸素されたシリコンウエハを酸化的雰囲気にさらす前に、脱酸素したシリコンウエハをアニーリングして、アニールされたシリコンウエハを生じる工程を更に含み、
該シリコンウエハの脱酸素された表面を、減圧雰囲気に、または水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびそれらの組合せからなる群から選ばれるアニーリング雰囲気にさらすことによってシリコンウエハをアニーリングして、該表面に露出した凝集空孔欠陥へのシリコン原子の移動を促進し、それによって前記露出した凝集空孔欠陥の寸法を減少させることを含む請求項13記載の方法。 - アニーリング雰囲気が本質的に水素からなり、シリコンウエハの温度を少なくとも約1100℃にして、シリコンウエハの表面を該アニーリング雰囲気に少なくとも約10分間の時間でさらす請求項23に記載の方法。
- 脱酸素されたシリコンウエハが酸化的雰囲気にさらされるまで、前記アニーリングされたシリコンウエハを本質的にアルゴンからなる雰囲気にさらす請求項23に記載の方法。
- シリコンウエハ表面およびシリコンウエハ内側部分を有する複数のシリコンウエハから、銅、ニッケルおよびそれらの組み合わせの中から選ばれる汚染物質を除去するための方法であって、
酸化開始温度またはそれ以上の温度からシリコンウエハを冷却する工程であって、酸化開始温度は約800℃未満である工程と、
前記酸化開始温度にて酸素含有雰囲気流を開始して、シリコンウエハ表面の周囲に酸化的雰囲気を形成し、シリコンウエハ表面に約5オングストロームから約20オングストロームの範囲の酸化物層を生じさせ、前記酸化物層とシリコンウエハ内側部分との間の境界に歪み層を生じさせることと、
冷却を制御して、シリコンウエハ内側部分から歪み層へ汚染物質の原子を拡散させる工程と、
シリコンウエハを清浄化して酸化物層および歪み層を除去し、それによって歪み層へ拡散させた汚染物質を除去することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 酸化物層厚みの標準偏差は約2オングストロームを越えない請求項26に記載の方法。
- 酸化物層厚みの標準偏差は約1オングストロームを越えない請求項26に記載の方法。
- 酸化物層厚みの標準偏差は約0.1オングストロームを越えない請求項26に記載の方法。
- 酸化開始温度は約775℃を越えない請求項26に記載の方法。
- 酸化開始温度は約750℃を越えない請求項26に記載の方法。
- 酸素含有雰囲気の酸素濃度は約1000ppmより小さい請求項26に記載の方法。
- 酸化的雰囲気の酸素濃度は約10〜約100ppmである請求項26に記載の方法。
- 清浄化した後、各シリコンウエハは約1×1010原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有し、および約0.12μmより大きいLPDの濃度であって、約1欠陥/cm2より小さいLPDの濃度を有する請求項26に記載の方法。
- 清浄化した後、各シリコンウエハは約5×109原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有し、および約0.12μmより大きいLPDの濃度であって、約0.05欠陥/cm2より小さいLPDの濃度を有する請求項26に記載の方法。
- 清浄化した後、各シリコンウエハは約1×109原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有し、および約0.12μmより大きいLPDの濃度であって、約0.005欠陥/cm2より小さいLPDの濃度を有する請求項26に記載の方法。
- シリコンウエハ表面およびシリコンウエハ内側部分を有するシリコンウエハから、銅、ニッケルおよびそれらの組合せから選ばれる汚染物質を除去する方法であって、
シリコンウエハを、アルゴンを含む加熱−冷却雰囲気にさらしながら、シリコンウエハの温度を少なくとも約1100℃であるアニーリング温度へ上昇させる工程と、
前記シリコンウエハがアニーリング温度にある間に、前記シリコンウエハを、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンおよびそれらの混合物からなる群から選ばれるアニーリング雰囲気に約30分〜約90分の時間でさらすことによって、シリコンウエハをアニーリングして、前記シリコンウエハ表面からシリコン酸化物を除去し、シリコンウエハ表面に露出した凝集空孔欠陥へのシリコン原子の移動を促進し、それによって前記露出した凝集空孔欠陥の寸法を減少させる工程と、
シリコンウエハを加熱−冷却雰囲気にさらしながら、シリコンウエハの温度をアニーリング温度から約800℃を越えない酸化開始温度へ降下させる工程と、
前記シリコンウエハの温度を酸化開始温度から降下させながら、前記シリコンウエハを約10ppm〜約100ppmの濃度の酸素を含んでなる酸化的雰囲気にさらして、該シリコンウエハ表面に酸化物層を形成し且つ前記酸化物層とシリコンウエハ内側部分との間の境界に歪み層を形成する工程と、
シリコンウエハの温度降下を制御して、シリコンウエハ内側部分から歪み層へ汚染物質の原子を拡散させる工程と、
前記シリコンウエハを清浄化して、該シリコンウエハから歪み層へ拡散させた汚染物質を除去する工程と、
を含むことを特徴とする方法。 - アニーリング温度が約1200℃〜約1250℃であり、ウエハを約60分間アニーリング雰囲気にさらし、酸化開始温度は約775℃を越えず、シリコンウエハ温度が酸化開始温度から約500℃を越えない温度へ約10〜約30℃/分の速度でシリコンウエハ温度が降下するようにシリコンウエハの温度降下を制御することを含む請求項37に記載の方法。
- 清浄化した後、シリコンウエハは約1×1010原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有し、および約0.12μmLSEより大きいLPDの濃度であって、約1欠陥/cm2より小さいLPDの濃度を有する請求項37に記載の方法。
- 清浄化した後、シリコンウエハは約5×109原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有し、および約0.12μmLSEより大きいLPDの濃度であって、約0.05欠陥/cm2より小さいLPDの濃度を有する請求項37に記載の方法。
- 清浄化した後、シリコンウエハは約1×109原子/cm2より小さいバルク銅濃度を有し、および約0.12μmLSEより大きいLPDの濃度であって、約0.005欠陥/cm2より小さいLPDの濃度を有する請求項37に記載の方法。
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