JP2013175736A - 平滑なウェハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】満足すべき短波長および長波長の表面粗さを有するウェハをもたらす方法を提供する。
【解決手段】ウェハのおもて面を粗研磨することであって、１０μｍ×１０μｍのスキャンサイズで測定する場合、該研磨工程は、ウェハのおもて面の粗さを１．３Å以下に減少させないこと；および不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含んで成る雰囲気において、少なくとも１０５０℃の温度で少なくとも５分間の時間、粗研磨したウェハを熱的にアニールする。
【選択図】なし
【解決手段】ウェハのおもて面を粗研磨することであって、１０μｍ×１０μｍのスキャンサイズで測定する場合、該研磨工程は、ウェハのおもて面の粗さを１．３Å以下に減少させないこと；および不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含んで成る雰囲気において、少なくとも１０５０℃の温度で少なくとも５分間の時間、粗研磨したウェハを熱的にアニールする。
【選択図】なし
Description
本発明はシリコンウェハの処理に関し、特にウェハの研磨および熱アニールの組み合わせによって、シリコンウェハの表面粗さを減少させるための方法に関する。
ほとんど全てのマイクロ電子デバイスは、シリコン基板上または半導体“チップ”上に形成される。デバイスメーカーは、シリコンウェハからチップを切り出すことによって基板を製造する。シリコンウェハサプライヤーは通常、チョクラルスキー法を用いて製造される単結晶シリコンインゴットから、ウェハをスライスすることによってウェハを製造する。チョクラルスキー法は、溶融多結晶シリコンと接触させた種結晶を引き上げることによって、溶融多結晶シリコンから単結晶シリコンを引き出すことを含んでいる。
益々複雑化する半導体デバイスを製造するために、デバイスメーカーはより平滑なウェハを必要としている。多くの用途が“グレード１”ウェハを必要としている。一般的にグレード１ウェハは、約１μｍ×約１μｍのスキャンサイズで測定する場合、１．５Å未満の表面粗さを有し、約６５ｎｍ以上のサイズの局所光散乱体を１つのウェハあたり約１００未満有する。
表面粗さは、しばしば原子間力顕微鏡で測定される。原子間力顕微鏡は、プローブと試料との間の引力または反発力を測定し、それを距離と相関させることによって操作する。表面粗さは、しばしば統計パラメータとして表わされ、それは一般的に平均線からの高さの偏差の算術平均（Ｒａ）または二乗平均平方根（ＲＭＳもしくはＲｑ）平均である。本明細書で用いる場合、他に断らなければ、表面粗さを二乗平均平方根（ＲＭＳ）として表す。表面粗さ測定の意味は、原子間力顕微鏡のスキャンサイズによって変わる。約１μｍ×約１μｍまたはそれより小さいスキャンサイズは、一般的に短波長の粗さに対応し、一方約１０μｍ×約１０μｍまたはそれより大きいスキャンサイズは、一般的に長波長の粗さに対応する。
グレード１の表面粗さの規格に到達するために、多くのシリコンウェハメーカーは、ウェハを“粗”研磨し、次に“仕上げ”研磨（“鏡面”研磨と同義）を行なう。図１および図２において“粗”と印す線から分かるように、約１μｍ×約１μｍ〜約１００μｍ×約１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、粗研磨はウェハの表面粗さを約１．５Åに、より一般的には約１．９Åに減少させる。約０．１μｍ×約０．１μｍ〜約１μｍ×約１μｍのスキャンサイズで測定する場合、粗研磨は、より短波長において表面粗さを約２Å未満に減少させることができる。粗研磨は仕上げ研磨と比べてより強力な化学作用を用いて、ウェハの表面から約１μｍ〜約２０μｍの材料を、より一般的には約５μｍ〜約１５μｍの材料を取り除く。
図１および図２から分かるように、約１μｍ×約１μｍ〜約３０μｍ×約３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、仕上げ研磨は、ウェハの表面粗さを粗研磨で得られた高さから約１．７Å〜約１．０Åに減少させる。仕上げ研磨は粗研磨より希釈された化学作用を用いて、表面層から僅かに約０．５μｍまたはそれより少ない材料を取り除く。
仕上げ研磨は一般的にコストがかかり、多くの処理時間を必要とする。仕上げ研磨を減らすまたは無くしながらも、満足すべき短波長および長波長の表面粗さを有するウェハをもたらす方法へのニーズが存在する。
発明の概要
本発明の１つの要旨は、おもて面および裏面を有する半導体ウェハの表面粗さを減少させる方法を対象とする。その方法は、ウェハのおもて面を研磨することを含むが、約１μｍ×約１μｍ〜約１００μｍ×約１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、研磨工程はウェハのおもて面の粗さを約１．５Å以下に減少させない。不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、少なくとも約１０５０℃の温度で少なくとも約５分間の時間、その研磨したウェハを熱的にアニールする。
本発明の１つの要旨は、おもて面および裏面を有する半導体ウェハの表面粗さを減少させる方法を対象とする。その方法は、ウェハのおもて面を研磨することを含むが、約１μｍ×約１μｍ〜約１００μｍ×約１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、研磨工程はウェハのおもて面の粗さを約１．５Å以下に減少させない。不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、少なくとも約１０５０℃の温度で少なくとも約５分間の時間、その研磨したウェハを熱的にアニールする。
更なる要旨は、おもて面および裏面を有する半導体ウェハの表面粗さを減少させる方法を対象とする。その方法は、ウェハのおもて面を研磨することを含むが、約１０μｍ×約１０μｍのスキャンサイズで測定する場合、研磨工程はウェハのおもて面の粗さを約１．３Å以下に減少させない。不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、少なくとも約１０５０℃の温度で少なくとも約５分間の時間、その研磨したウェハを熱的にアニールする。
もう１つの要旨は、半導体ウェハの表面粗さを減少させる方法を対象とする。その方法は、ウェハのおもて面を研磨することを含むが、約１μｍ×約１μｍ〜約１００μｍ×約１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、研磨工程はウェハのおもて面の粗さを約１．５Å以下に減少させない。その研磨したウェハを熱的にアニールして、約１μｍ×約１μｍ〜約３０μｍ×約３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、ウェハのおもて面の粗さを約１．５Å以下に減少させる。
本発明の更なる要旨は、半導体ウェハの表面粗さを減少させる方法を対象とする。ウェハは、ウェハのおもて面に少なくとも約１０μｍの厚さの実質的にボイドのない領域を含む。その方法は、ウェハのおもて面を研磨することを含むが、約１μｍ×約１μｍ〜約１００μｍ×約１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、研磨工程はウェハのおもて面の粗さを約１．５Å以下に減少させない。不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、少なくとも約１１５０℃の温度で少なくとも約１０分間の時間、その研磨したウェハを熱的にアニールする。
本発明の上述の要旨に関して記載した特徴に関して種々の改良点が存在する。同様に、本発明の上述の要旨に、更なる特徴を組み込むこともできる。これらの改良点および付加的な特徴は、個々にまたはいずれかの組み合わせで存在してよい。例えば、本発明の例示する態様のいずれかに関して以下に記載する種々の特徴を、本発明の上述の要旨のいずれかにも、単独でまたはいずれかの組み合わせで組み込むことができる。
詳細な説明
本発明の幾つかの態様では、半導体ウェハの表面を粗研磨および熱的にアニールして、仕上げ研磨せずにグレード１品質のウェハを製造する。幾つかの態様では、図１および図２を参照して、半導体ウェハの表面を研磨するが、“粗”と示す粗さより小さい粗さにはしない。次に、ウェハを熱的にアニールして、限定するわけではなく例えば、図１に “粗＆アニール”と印す粗さまで、また、図２に“粗＆１２００Ｃ／Ａｒ”および／または“粗＆１２００Ｃ／２５％Ｈ２”と印す粗さまで、表面粗さを減少させる。
本発明の幾つかの態様では、半導体ウェハの表面を粗研磨および熱的にアニールして、仕上げ研磨せずにグレード１品質のウェハを製造する。幾つかの態様では、図１および図２を参照して、半導体ウェハの表面を研磨するが、“粗”と示す粗さより小さい粗さにはしない。次に、ウェハを熱的にアニールして、限定するわけではなく例えば、図１に “粗＆アニール”と印す粗さまで、また、図２に“粗＆１２００Ｃ／Ａｒ”および／または“粗＆１２００Ｃ／２５％Ｈ２”と印す粗さまで、表面粗さを減少させる。
図１および図２において“粗”と印した線で示すように、約１μｍ×約１μｍ〜約１００μｍ×約１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、粗研磨はウェハの粗さを約１．５Å以下に、一般的には約１．９Å以下に減少させない。約１０μｍ×約１０μｍのスキャンサイズにおいて、粗研磨したウェハの表面粗さは、約１．３Å以下に減少させない。
一般的に粗研磨は、約０．１μｍ×約０．１μｍ〜約１μｍ×約１μｍのスキャンサイズで測定する場合、約２Å未満の短波長の表面粗さを有するウェハにする。一般的に粗研磨は、ウェハの表面から約１μｍ〜約２０μｍ、より一般的には約５μｍ〜約１５μｍの材料の表面厚みを取り除く。
図１で“粗＆アニール”と印す線、ならびに図２で“粗＆１２００Ｃ／Ａｒ”および“粗＆１２００Ｃ／２５％Ｈ２”と印す線によって示すように、約１μｍ×約１μｍ〜約３０μｍ×約３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールは粗さを約１．９Å未満に減少させることができる。他の態様では、同じ波長における表面粗さを約１．５Å未満に、約０．６Å〜約１．９Åの間に、約０．６Å〜約１．５Åの間に、約０．７Å〜約１．５Åの間に減少させ、更にもう１つの態様では約０．９Åに減少させる。
一般的には、ウェハを研磨した後、熱アニールを実施する。熱的にアニールしたウェハを研磨する場合、研磨工程は、熱アニールによって再構築された原子の層を除去し、その結果、研磨条件に応じて、幾つかの波長の表面粗さを増加させる可能性がある。
本発明の１つの態様に基づいて、ウェハを粗研磨し、不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、約１０５０℃〜約１３５０℃の温度で熱的にアニールする。もう１つの態様に基づいて、ウェハを粗研磨し、不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、約１１５０℃〜約１２５０℃の温度で、ある態様では約１２００℃〜約１２５０℃の温度で熱的にアニールする。
本明細書で用いる場合、“不活性ガス”はシリコンに対して非反応性のガスである。限定するわけではないが、適当な不活性ガスには希ガスが含まれる。本明細書の目的の場合、水素は、ウェハの表面で僅かにエッチングをもたらす可能性があるので、不活性ガスとは見なされない。しかしながら、水素は、本発明の態様のアニール処理にとって適当な雰囲気である。雰囲気は、水素および／または不活性ガスが任意の体積パーセントである水素および不活性ガスの混合物または不活性ガスのみの混合物を含んでよい。アニール雰囲気は、例えば２５体積％のアルゴンおよび７５体積％の水素を含んでよい。
運転コストを最小限に抑えるために、限定するわけではないが、一般的に、アルゴンを含む雰囲気においてウェハをアニールするが、この態様の範囲から逸脱せずに、ウェハを他の雰囲気においてアニールすることができる。約１μｍ×約１μｍ〜約３０μｍ×約３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、ウェハの表面粗さを約１．９Å以下に減少させるために、少なくとも約１０５０℃の温度で少なくとも約５分間の時間ウェハを保持する。他の態様では、少なくとも１０５０℃の温度で少なくとも約１０分間の時間ウェハを保持する。
不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含む雰囲気において、１１５０℃の温度で少なくとも１０分間の時間ウェハの温度を維持してよく、ウェハの表面粗さを減少させて、ウェハの表面に少なくとも約１０μｍの厚さの実質的にボイドのない領域を作る。もう１つの態様では、ウェハの温度を１２００℃の温度で少なくとも約１０分間の時間維持して、ウェハ表面に少なくとも約１０μｍの厚さの実質的にボイドのない領域を作る。もう１つの態様では、ウェハの温度を１２００℃の温度で少なくとも約１時間の時間維持して、少なくとも約１０μｍの厚さの実質的にボイドのない領域を作る。ボイドのない領域を作るための処理で用いるのに適する“不活性ガス”には、上述のガス、即ち、例えば希ガスが含まれるシリコンに対して非反応性のガスが含まれる。
スクラッチ、粗さおよび表面欠陥によって生じ、直径が約４５ｎｍより大きい、ウェハ表面にある局所光散乱体（ＬＬＳ）を、熱アニールはウェハあたり約２５以下に減少させる。局所光散乱体は、ウェハ上の粒子によって、結晶の欠陥によって、表面の粗さによっておよびスクラッチによって生じることがある。結晶の欠陥には、空孔（ピット）および酸素析出物が含まれる。本発明の幾つかの態様は、スクラッチ、粗さおよび表面欠陥によって生じたウェハ表面の局所光散乱体を減少させる。特に、約１０５０℃以上の温度で少なくとも約５分間ウェハを加熱することによって、スクラッチ、粗さおよび表面欠陥によって生じ、約４５ｎｍより大きい、ウェハ表面にある局所光散乱体を、ウェハあたり約２５以下に減少させる。粒子によって生じるＬＬＳは、それほど減少しない。
本発明の態様に基づくウェハの研磨を、粗さを減少させるために当業者に既知のいずれの研磨方法を用いても達成することができ、例えば、化学機械平坦化（ＣＭＰ）によって達成することができる。一般的にＣＭＰは、研磨剤スラリーへのウェハの浸漬およびポリマーパッドによるウェハの研磨を含む。化学的手段および機械的手段の組み合わせによって、ウェハの表面は滑らかになる。一般的に、化学的および熱的に安定した状態に達するまで、また、ウェハが目標とする形状および平坦度に達するまで研磨を行なう。粗研磨は、Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ（例えば、ＡＣ２０００ ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ドイツ、レンツブルグ）、不二越（日本、東京都）またはスピードファム（日本、神奈川県）から市販されている両面研磨機で実施することができる。シリコン研磨用のストックリムーバルパッドは、Ｐｓｉｌｏｑｕｅｓｔ（フロリダ州オーランド）またはＲｏｈｍ＆Ｈａｓｓ（ペンシルバニア州フィラデルフィア）から入手することができ、シリカベースのスラリーは、Ｒｏｈｍ＆Ｈａｓｓ，Ｃａｂｏｔ（マサチューセッツ州ボストン）、Ｎａｌｃｏ（イリノイ州ネパービル）、Ｂａｙｅｒ ＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ（ドイツ、レーバークーゼン）またはＤＡ ＮａｎｏＭａｔｅｒｉａｌｓ（アリゾナ州テンペ）から入手することができる。
例えば箱形炉、管状炉、垂直炉および水平炉を含む当業者に既知のいずれかの加熱装置を用いて、当業者に既知のいずれかのアニール方法に基づき、本発明の態様が具体的に関係する高温アニール処理を実施することができる。
本発明の１つの態様では、高温アニール処理を垂直炉で実施する。ウェハが炉を通過する際、ウェハを垂直ウェハボートで支持することができる。適当なウェハボートには、米国特許第７，０３３，１６８号に記載されるものが含まれ、（この内容を参照することによって本明細書に組み込まれる）、それを高純度石英または炭化ケイ素材料で作ることができる。約１１７５℃以上の温度は石英で作られたウェハボートを変形させる可能性があるため、ウェハボートが石英で作られている場合においては、一般的に約１１７５℃以下の温度で高温アニールを実施する。
本発明の方法をウェハの一方の面に、あるいはその代わりにウェハのおもて面および裏面に適用することができる。例えば、両面研磨機（ＤＳＰ）によって、上述の粗研磨をウェハの両面に適用することができる。ウェハを両面研磨して熱的にアニールする場合、おもて面および裏面の双方に対して、ウェハは同様の表面粗さ特性を有する。例えば、両面研磨したウェハを熱アニールすると、約１μｍ×約１μｍ〜約３０μｍ×約３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、ウェハのおもて面および裏面の表面粗さは約１．９Å以下に減少する。
粗研磨；粗研磨および熱アニール；粗研磨および仕上げ研磨；ならびに粗研磨、仕上げ研磨および熱アニールしたウェハの表面粗さの比較
チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスした４５枚のウェハを両面研磨し（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００Ｐ２；ドイツ、レンツブルグ）、サブグループに分けた。両面研磨した２２枚のウェハを、アルゴン中において１２００℃で１時間アニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。両面研磨した２３枚のウェハを仕上げ研磨した（Ｌａｐｍａｓｔｅｒ ＬＧＰ−７０８ＸＪ；イリノイ州マウントプロスペクト）。仕上げ研磨した２３枚のウェハ全てを、アルゴン中において１２００℃で１時間アニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。
チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスした４５枚のウェハを両面研磨し（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００Ｐ２；ドイツ、レンツブルグ）、サブグループに分けた。両面研磨した２２枚のウェハを、アルゴン中において１２００℃で１時間アニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。両面研磨した２３枚のウェハを仕上げ研磨した（Ｌａｐｍａｓｔｅｒ ＬＧＰ−７０８ＸＪ；イリノイ州マウントプロスペクト）。仕上げ研磨した２３枚のウェハ全てを、アルゴン中において１２００℃で１時間アニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。
ＡＦＭ（Ｖｅｅｃｏ ＮＡＮＯＳＣＯＰＥ III；ニューヨーク州ウッドベリー）を用いて、種々の処理ステージを経たウェハの表面粗さを分析した。分析したウェハは、粗研磨のみ行なったウェハ（“粗”）、粗研磨および仕上げ研磨のみ行なったウェハ（“粗＆仕上げ”）、粗研磨および仕上げ研磨ならびにアニールを行なったウェハ（“粗＆仕上げ＆アニール”）、ならびに粗研磨およびアニールのみを行なったウェハ（“粗＆アニール”）を含む。シリコンチップ（ＡＰＰＬＩＥＤ ＮＡＮＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ）を用い、ＡＦＭをＴａｐｐｉｎｇ ｍｏｄｅで操作した。ウェハの中心部の画像を６視野（０．１μｍ×０．１μｍ、０．３μｍ×０．３μｍ、１μｍ×１μｍ、１０μｍ×１０μｍ、３０μｍ×３０μｍおよび１００μｍ×１００μｍ）で撮影した。ライン分解能は２５６ピクセル、ラインあたりのスキャンレートは１．０Ｈｚ（１００μｍ×１００μｍスキャンで０．５Ｈｚ）を用いた。各画像を平滑化処理し、標準温度および圧力で粗さを測定した。
粗研磨、粗研磨および熱アニール、ならびに粗研磨および仕上げ研磨したウェハの表面粗さの比較
チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスしたウェハを両面研磨し（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００ ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ドイツ、レンツブルグ）、サブグループに分けた。２枚のウェハは、アルゴンが７５体積％および水素が２５体積％の雰囲気において１２００℃で１時間アニールし（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）、２枚は１００％アルゴンの雰囲気において１２００℃で１時間アニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。１枚のウェハは、熱的にアニールをしなかった。図２を参照すると、各ウェハの表面粗さ（ＲＭＳ）を２ヶ所で、６つの異なるスキャンサイズで測定し、各サブグループ（粗研磨およびアルゴン雰囲気において熱的にアニールしたウェハ（“粗＆１２００Ｃ／Ａｒ”）、粗研磨およびアルゴンが７５％水素が２５％の雰囲気において熱的にアニールしたウェハ（“粗＆１２００Ｃ／２５％Ｈ２”）、粗研磨は行なったが、熱的なアニールは行なわなかったウェハ（“粗”））の平均値を求めた。図２は、粗研磨および仕上げ研磨は行なったが、熱的なアニールは行なわなかったウェハ（“仕上げ”）からの以前に得た表面粗さのデータも含んでいる。
チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスしたウェハを両面研磨し（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００ ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ドイツ、レンツブルグ）、サブグループに分けた。２枚のウェハは、アルゴンが７５体積％および水素が２５体積％の雰囲気において１２００℃で１時間アニールし（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）、２枚は１００％アルゴンの雰囲気において１２００℃で１時間アニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。１枚のウェハは、熱的にアニールをしなかった。図２を参照すると、各ウェハの表面粗さ（ＲＭＳ）を２ヶ所で、６つの異なるスキャンサイズで測定し、各サブグループ（粗研磨およびアルゴン雰囲気において熱的にアニールしたウェハ（“粗＆１２００Ｃ／Ａｒ”）、粗研磨およびアルゴンが７５％水素が２５％の雰囲気において熱的にアニールしたウェハ（“粗＆１２００Ｃ／２５％Ｈ２”）、粗研磨は行なったが、熱的なアニールは行なわなかったウェハ（“粗”））の平均値を求めた。図２は、粗研磨および仕上げ研磨は行なったが、熱的なアニールは行なわなかったウェハ（“仕上げ”）からの以前に得た表面粗さのデータも含んでいる。
図１および図２から分かるように、一般的に粗研磨ウェハは、仕上げ研磨ウェハと比べて、長波長の表面粗さを減少させない。粗研磨したウェハを熱的にアニールすると、この長波長の粗さを大きく減少させ、それによって、これらの波長においてウェハを平滑にする。
図２から分かるように、アニールする雰囲気の選択は、粗研磨およびアニールしたウェハの表面粗さにあまり影響を与えない。
仕上げ研磨をせず、粗研磨および熱的にアニールしたウェハの表面粗さの比較
チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスしたウェハを両面研磨した（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００ ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ドイツ、レンツブルグ）。チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスした第２のウェハを両面研磨および仕上げ研磨した（Ｌａｐｍａｓｔｅｒ；イリノイ州マウントプロスペクト）。仕上げ研磨中に、表面層から０．１μｍより多くの材料を取り除いた。
チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスしたウェハを両面研磨した（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００ ｐｏｌｉｓｈｅｒ；ドイツ、レンツブルグ）。チョクラルスキー法で製造した単結晶インゴットからスライスした第２のウェハを両面研磨および仕上げ研磨した（Ｌａｐｍａｓｔｅｒ；イリノイ州マウントプロスペクト）。仕上げ研磨中に、表面層から０．１μｍより多くの材料を取り除いた。
双方のウェハを垂直炉（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）でアニールした。アニール処理のサイクル時間は９時間で、温度を１２００℃で約１時間保持した。１００％アルゴン雰囲気において、ウェハをアニールした。
双方のウェハは、＜１１０＞方向から０．１０°〜１．０°の間で変位した面方位を有した。この方位はアニールにとって好ましく、洗浄後、ウェハを粒子について調べることができる。しかしながら、任意の面方位を用いることができる。
ＡＦＭ（Ｖｅｅｃｏ ＮＡＮＯＳＣＯＰＥ III；ニューヨーク州ウッドベリー）を用いて、表面粗さを分析した。ＰＯＩＮＴＰＲＯＢＥシリコンチップを用い、ＡＦＭをＴＡＰＰＩＮＧＭＯＤＥで操作した。ウェハの中心部の画像を３視野撮影した（０．１μｍ×０．１μｍ、１０μｍ×１０μｍおよび１００μｍ×１００μｍ）。ライン分解能は２５６ピクセル、ラインあたりのスキャンレートは１．０Ｈｚ（１００μｍ×１００μｍスキャンあたり０．５Ｈｚ）を用いた。各画像を平滑化処理し、標準温度および圧力下で粗さを測定した。
図３は、粗研磨、仕上げ研磨および熱的にアニールしたウェハを、３つの異なるスキャンサイズで測定した場合の平均表面粗さ（ＲＭＳおよびＲａ）を示す。図４は、粗研磨および熱的にアニールしたウェハを、３つの異なるスキャンサイズで測定する場合の平均表面粗さ（ＲＭＳおよびＲａ）を示す。図３を図４と比較すると分かるように、仕上げ研磨をせず、粗研磨および熱的に焼きなましたウェハは、粗研磨、仕上げ研磨および熱的にアニールしたウェハと比べて、各スキャンサイズにおいて類似の表面粗さを有する。
仕上げ研磨をせず、粗研磨および熱的にアニールしたウェハのＬＬＳおよびナノトポロジーの比較
数セットのウェハを粗研磨し（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００Ｐ２；ドイツ、レンツブルグ）、数セットを粗研磨および仕上げ研磨した（ＬａｐｍａｓｔｅｒＬＧＰ−７０８ＸＪ；イリノイ州マウントプロスペクト）。
数セットのウェハを粗研磨し（Ｐｅｔｅｒ Ｗｏｌｔｅｒｓ ＡＣ２０００Ｐ２；ドイツ、レンツブルグ）、数セットを粗研磨および仕上げ研磨した（ＬａｐｍａｓｔｅｒＬＧＰ−７０８ＸＪ；イリノイ州マウントプロスペクト）。
全てのウェハを熱的にアニールした（ＡＳＭ Ｍｏｄｅｌ Ａ４１２；オランダ、ビルソーブン）。アニール処理のサイクル時間は９時間で、温度を１２００℃で約１時間保持した。１００％アルゴン雰囲気において、ウェハをアニールした。
表面検査装置（Ｔｅｎｃｏｒ６２２０またはＴｅｎｃｏｒＳＰ−１；カリフォルニア州サンノゼ）によって、表面欠陥を光点欠陥（ｌｐｄｓ）として検出した。白色光位相シフト干渉計（ＡＤＥ Ｎａｎｏｍａｐｐｅｒ；マサチューセッツ州ウェストウッド）によって、ナノトポロジーを測定した。
下記の表１は、粗研磨して熱的にアニールしたウェハのうち、仕上げ研磨を行なったものおよび行なっていないものの局所光散乱体の減少に関する特性を示す。
[表１]
表１：粗研磨して熱的にアニールしたウェハのうち、仕上げ研磨を行なったものと行なっていないものとの間のＬＬＳ特性の比較
表１から分かるように、粗研磨および熱的にアニールしたウェハは、粗研磨、仕上げ研磨および熱的にアニールしたウェハと比較すると、ウェハの表面に類似の数のＬＬＳを含んでいた。
下記の表２は、粗研磨して熱的にアニールしたウェハのうち、仕上げ研磨を行なったものと行なっていないもののナノトポロジー特性を示す。
[表２]
表２：粗研磨して熱的にアニールしたウェハのうち、仕上げ研磨を行なったものと行なっていないものとの間のナノトポロジーの比較
表２から分かるように、粗研磨および熱的にアニールしたウェハは、粗研磨、仕上げ研磨および熱的にアニールしたウェハと比較して、優れたナノトポロジー特性を有していた。
本発明の要素またはその好ましい態様を説明する際、“１つ”、“その”および“該”なる用語（冠詞）は、１つまたはそれより多くの要素が存在することを意味するように意図している。“含んで成る”、“含む”および“有する”なる用語は、列挙した要素以外に追加の要素が存在してもよいことも含むことを意味するように意図している。
上記のことを考慮すると、本発明の幾つかの目的は達成され、また、他の有利な結果が得られることが理解されるだろう。
本発明の範囲から逸脱せずに、上述の方法において種々の変更を行なうことができるので、先の記載に含まれ、また、添付図面に示す全ての事項は、例示的なものであって、限定的な意味ではないと解釈されるべきである。
Claims (14)
- おもて面および裏面を有する半導体ウェハの表面粗さを減少させる方法であって、該方法は：
ウェハのおもて面を粗研磨することであって、１０μｍ×１０μｍのスキャンサイズで測定する場合、該研磨工程は、ウェハのおもて面の粗さを１．３Å以下に減少させないこと；および
不活性ガス、水素またはそれらの混合物を含んで成る雰囲気において、少なくとも１０５０℃の温度で少なくとも５分間の時間、粗研磨したウェハを熱的にアニールすること
を含む方法。 - １μｍ×１μｍ〜１００μｍ×１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、粗研磨工程はウェハのおもて面の粗さを１．５Å以下に減少させない、請求項１に記載の方法。
- ウェハを１３５０℃以下の温度で熱的にアニールする、請求項１または請求項２に記載の方法。
- 少なくとも１２００℃の温度で少なくとも１時間の時間、ウェハを熱的にアニールして、ウェハのおもて面に、少なくとも１０μｍの厚さのボイドのない領域を形成する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の方法。
- ウェハを少なくとも１０５０℃の温度で少なくとも１０分間熱的にアニールする、請求項１または請求項２に記載の方法。
- １μｍ×１μｍ〜３０μｍ×３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールは、ウェハのおもて面の粗さを１．９Å以下に減少させる、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の方法。
- １μｍ×１μｍ〜３０μｍ×３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールは、ウェハのおもて面の粗さを１．５Å以下に減少させる、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
- １μｍ×１μｍ〜３０μｍ×３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールは、ウェハのおもて面の粗さを０．６Å〜１．９Åの間に減少させる、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
- １μｍ×１μｍ〜３０μｍ×３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールは、ウェハのおもて面の粗さを０．６Å〜１．５Åの間に減少させる、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
- １μｍ×１μｍ〜３０μｍ×３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールは、ウェハのおもて面の粗さを０．７Å〜１．５Åの間に減少させる、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の方法。
- １μｍ×１μｍ〜１００μｍ×１００μｍのスキャンサイズで測定する場合、粗研磨工程は、ウェハのおもて面の粗さを１．９Å以下に減少させない、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の方法。
- 粗研磨工程は、ウェハのおもて面の表面の厚さを１μｍ〜２０μｍ除去する、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の方法。
- 粗研磨工程はウェハの裏面を研磨することを含み、１μｍ×１μｍ〜３０μｍ×３０μｍのスキャンサイズで測定する場合、熱アニールはウェハの裏面の粗さを１．９Å以下に減少させる、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ウェハは、粗研磨工程の後に仕上げ研磨されることがない請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
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