JP2016519033A - ガリウム砒素基板の製造方法、ガリウム砒素基板、及びその使用方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この研磨(polishing)工程の後、高反応の純GaAs基板が露出し、必然的に酸化物がすぐに成長を開始する。続いて、液状媒体における一般的な洗浄は、酸化物が形成され、それぞれ除去する一連の工程を伴い、主として基板上の粒子の数や残留不純物または残留汚れ(しみ)の数を減少させるために行われる。
この基板の洗浄工程及びそれに続く乾燥工程時に、酸化膜(oxide layer)が形成される。この酸化膜は、基板をエピタキシャル装置に入れるまでの間に更に変化する(例えば、D.A. Allwood, S. Cox, N.J. Mason, R. Palmer, R. Young, P.J. Walker, Thin Solid Films, 412, 2002, p. 76-83参照)
本発明の課題は、次のエピタキシーに対して良好な特性を示すガリウム砒素基板を生成するための改良法を提供することにある。
1) 表面処理されたガリウム砒素基板を製造する方法であって、
a)前記ガリウム砒素基板を準備する工程と、
b)紫外線照射及び/又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理する工程と、
c)前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に少なくとも1種の液状媒体を接触させる工程と、
d)前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させる工程と、
を有する。
i)前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を、アルカリ水溶液に接触させ、任意にメガサウンドを印加すること、
ii)その後、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を水に接触させること、
を含む。
iii) 工程ii)の後に、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を、酸性水溶液に、任意に酸化剤の存在下で、接触させること、
iv) その後、更に、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面を水に接触させること、を有し、該水には、好ましくは、少なくとも最初にpH値調整添加剤が含まれている。
前記総欠陥面積は、1cm2未満であり、より好ましくは0.5cm2未満、更に好ましくは0.1cm2未満、また好ましくは0.05cm2未満、更に好ましくは0.01cm2未満、更に好ましくは0.005cm2未満、特に好ましくは0.0035cm2未満である。
前記直径は、少なくとも100mm、好ましくは150mm、より好ましくは200mmである。
前記表面処理(surface treatment)は、
紫外線照射及び/又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理すること、
前記ガリウム砒素基板の前記一表面に少なくとも1種の液状媒体を接触させること、
前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること
を含む。
ガリウム砒素基板を準備すること、紫外線及び/又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、ガリウム砒素基板の少なくとも1面に酸化処理を施すこと、ガリウム砒素基板の前記少なくとも1面を、少なくとも1種の液状媒体に接触させること、及びガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること、を備えた、表面処理されたガリウム砒素基板を製造する方法を提供する。
また、本発明において、ウェハ全面にわたるエピタキシャル膜の一貫して高い品質とそれによる高歩留りのためには、横方向表面の均質性または酸化物の均質性、即ち、酸化物の組成及び酸化物の厚さの横方向における均一性が非常に重要であることが認められた。特に、ウェハ表面の残りに比して、全く異なる、好ましくない酸化物組成又は酸化物厚みを有するGaAs表面の一部上では、酸化物の不安定な熱脱離挙動が生じて島状の酸化物が次々に残ったり、ウェハ表面の強い粗面化が生じたりする可能性があることが分かった。
エピタキシャル膜における結晶学的摂動が形成されるリスクは、不安定な領域(disturbed regions)で非常に大きく、それによってGaAsウェハから製造した部品の電気的機能性が影響を受けやすい。さらに、表面特性を設定するには、GaAsウェハの製造プロセスにおける最終工程、即ち、最終研磨工程及び次の洗浄工程、その中でも特に、ウェハの乾燥直前の最終洗浄工程と乾燥工程が、特別に重要であることが有利に分かった。
ここで、乾燥酸化により、基板表面上、均質な保護酸化膜を形成すると共に有機不純物を酸化破壊する。そのプロセスで、後の工程で「犠牲酸化物(sacrificial oxide)」となる均質な表面酸化膜が、横方向と共に深さ方向において、制御された方法によって形成される。特に、実際に生じる選択的に作用する酸化物形成メカニズムの防止だけでなく、前プロセスの工程によって生じた不確定な(undefined)表面状態を完全に酸化させることや、「犠牲酸化物」の形成のために湿式化学酸化させることは、特に有利である。乾燥酸化処理では、正面側の酸化物の一部がウェハ背面側方向へ成長するため、GaAs表面をより強くバルクGaAsに向けて酸化させる。
前プロセスに起因し、ウェハ表面の残りの部分と異なる表面特性を有する領域は、下記に不均質欠陥として示すが、酸化状態のウェハ表面から、例えば湿式化学プロセスによって、より容易に後から取り除くことができる。洗浄プロセスの第1工程で生成された酸化膜の品質が高いことには、以後の液状媒体との接触時、好ましくは、中性エッチング工程における弱浸食性及び粗さが必須となる。さらに、本発明では、乾燥酸化が、全表面を均質に親水化処理することに非常に適していることが分かった。これは、洗浄槽間のウェハ搬送時におけるウェハ表面の均一な濡れを考慮して特に有利である。
厚いGaAsウェハは、スピン乾燥時に、結晶方位のマーキングに適用した平面又はノッチにより、高回転速度でアンバランスが生じ、ウェハが破損するリスクが更に増大する。従って、本洗浄プロセスは、特に厚いGaAsウェハの洗浄にも効果がある。とりわけ大面積のGaAsウェハを洗浄する際には、ウェハの厚みと関係なく、本発明は更に下記の効果を発揮する。スピン乾燥では、残留水分が、GaAsウェハの縁部まで、ウェハ表面にわたって移動し、表面組成に局所的に閉じ込められた跡、いわゆるウォーターマークの原因となり得る。
マランゴニ乾燥では、常に、ウェハと、液面、好ましくは水面又は水溶液面と、周辺ガス雰囲気との間の3相境界線で速やかに乾燥が生じる。結果として、全ての基板の厚さに対してウォーターマークを防止でき、GaAs基板ウェハを均一に乾燥できる。
乾燥酸化→アルカリ洗浄→Dl水によるリンス→マランゴニ乾燥
工程ii)の後、必要に応じて酸化剤の存在下において、ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸性水溶液に接触させ、その後ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を水に接触させる。好ましくは、前記水には、少なくとも最初にpH値調整添加剤が含まれている。
i)表面の酸化膜と更にGaAs原子の最上層とにおける不均質性を除去する工程、
ii)湿式プロセス工程間での移動作業時にウェハ表面の連続した完全なぬれによって、新たな不均質性欠陥を生じさせない工程、
iii)最終リンス工程の特定の構成によって、酸性洗浄工程の酸化物跡を全て均等に除去し、GaAs表面を乾燥のために親水化する工程、及び
iv)マランゴニ乾燥によって、極めて均一なウェハ表面を得る工程、
となるように、全ての工程を対等に並べる(coordinatively aligned)。
ここでは、むしろ、酸洗浄工程後の濡れ挙動が、酸性剤と酸化剤とのバランスによって有利に決まる。上記した理由により、乾燥領域での酸化物の均質性の局所的な摂動を防止するために、GaAsウェハの良好な濡れ挙動がこの移動操作時にも求められる。実施した調査では、良好な濡れ性のためには、酸性濃度を0.25%未満にすることが望ましいことが分かった。
リンス槽の循環ループに対して酸性的に又は塩基性的に(acidically or basically)作用する物質を添加することにより、GaAsウェハ上の酸化膜が、ウェハの浸漬時に早急に均一に除去される。アンモニアの使用だけでなく、HCIを適用する場合、生じ得る不均質欠陥が防止される。
pH調整したリンス水(rinsing water)をウェハの周囲に短時間循環させた後、清浄水を供給し、新しいDl水を使ってウェハの本洗浄(actual rinsing)を開始することが望ましい。リンス工程において酸化膜を除去するために適しているのは、酸性及び塩基性的に作用する薬剤である。GaAs表面の粗さは、一連の洗浄工程前の粗さに対して、pH調整物質の好ましい濃度範囲での緩やかな摩耗エッチング中は増加することなく、少なくともRaに対して一般的に0.3±0.03nmにとどまる。
乾燥酸化→アルカリ洗浄→Dl水リンス→酸化剤による酸洗浄→スパイクによるDlリンス→マランゴニ乾燥
乾燥酸化→アルカリ洗浄→Dl水リンス→酸化剤による酸洗浄→スパイクによるDlリンス→アルカリ洗浄→Dl水リンス→マランゴニ乾燥
本発明に係るGaAs表面の均質性評価のために、パーセンタイルP1又はQ0.01を比較のために使用する。1パーセンタイル分布または分布に対する1パーセンタイルは、パーセンタイル順位P1を示し、それより下に、分布した値の総数の1%があることを意味し、偏位値Q0.01に相当する(例えば、F. Schoonjans, D. De Bacquer, P. Schmid P, “Estimation of population percentiles". Epidemiology, 22, 2011, p. 750−751参照)。照射光強度の変動を補償するために、決定したパーセンタイルを位相シフト信号の各ウェハ平均に標準化する、即ち、基板上で測定した位相シフト信号全ての演算平均によって除す。
ここで、GaAs基板表面の特性評価のため、波長405nmのレーザの偏光を用い、1/2波長板を通過した後、ミラー及び集束レンズによって、垂線(normal)に対して60°の角度(θ)で基板表面に当てる。垂直平行成分および平行偏光成分は、酸化膜の光学特性に応じて基板表面で反射し、集光レンズによって、ミラー及び1/4波長板を介して、偏光感度ビームスプリッタ上に導光される。ここで、基板表面との相互作用により異なって偏光した光成分を、検出器D1、D2で分離し分析する。
好ましい実施形態によれば、検出器信号間の強度差は、位相シフト信号として表され、該位相シフト信号(「位相シフト」)は、反射基板面の光学特性を示す。ウェハの回転と、同時に光学測定システムの半径方向移動とにより、ウェハの表面全体を螺旋状に走査できる。高速偏光解析マッピング又はスキャニングにより、光学特性の完全に高度に分解したマッピング又はイメージを、表面均質性評価のために、大面積のGaAs基板(基板マッピング)について形成することも可能である。
本発明によれば、KLA−Tencor社製のカンデラCS20と類似の光学式表面解析装置を使用可能であり、即ち、カンデラSC20に相当する測定装置を使用可能であるが、特に光学式表面解析装置カンデラCS20を使用することが好ましく(L. Bechtler, V. Velidandla, Proc. SPIE 4944, Integrated Optical Devices: Fabrication and Testing, 109, 2003; doi: 10.1117/12.468295 and F. Burkeen, Compound Semiconductor, 14 (10), 2008も参照)、とりわけカンデラCS20の位相シフトチャネルの使用が好ましい。なお、原則として、類似又は異なる偏光解析測定装置及びマッピング偏光解析器を使用可能であり、その場合、それぞれの光学装置や光路や測定原理に応じて構成可能である。
図2に、種々の最終洗浄技術に関して、一般的な偏光解析横方向基板マップ、いわゆるカンデライメージを示す。GaAsの異方性反射特性および透明な表面酸化膜の光学特性の変化は、例えばウェハの汚れ又は不均一湿式洗浄によって生じる可能性があり、膜厚及び/又は屈折率が変化した結果、局所的に異なる反射挙動を引き起こす。それにより、位相シフトが局所的に変動し、表面均質性の基準として又は酸化膜の光学的均質性の指標として、定量的に検査可能である。
本発明に係る表面均質性の特性評価には、位相シフト(「位相シフト」チャネル)を使用する。
測定原理を、図1の概略図を再度参照しつつ、より詳細に説明する。この特定の偏光解析測定形式では、ウェハ表面上に当たるレーザ光を特定の方法で偏光する。Q偏光として示すのは、それぞれ直線的に偏光される垂直及び平行入射光成分の混合形である。この理論にとらわれることなく、酸化膜表面、及び、酸化膜と基板との間の境界面での両成分の異なる反射挙動と、酸化膜内の異なる屈折挙動とにより、反射レーザ光のs成分とp成分間の光路長差が生じ、結果として両成分間に位相シフトが生じると考えられる。
この位相シフトは、両成分を光学的に分離し、両検出器の信号差として空間的に離れて検知した後に判定することができる。この理論に捉われることなく、更に、透明な表面酸化膜の光学特性の変化は、例えばウェハの汚れ又は不均一な湿式洗浄によって生じる可能性があり、膜厚及び/又は屈折率が変化した結果、局所的に異なる光屈折及び反射挙動が生じると考えられる。それにより、位相シフトの局所的な変動が生じ、この変動を、酸化膜の表面均質性又は光学均質性の指標として定量的に調べることが出来る。
測定時に形成されたマッピングにおいて、膜特性の局所的な差を強度(intensity)差として図示する。測定方法の高分解能と高感度とにより、光学表面特性が非常に正確に描かれ、この図は、ここで記載され定義される偏光解析器を使う以外では得られない、又は、少なくとも通常は得られない。
例えば螺旋状又は円形状に記録されるデータトラックについて、二重のプロフィール(two-fold profile)を、下記数式に従うレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用い、適切な周波数による前記離散的複素フーリエ変換によってモデル化する(例えば、J. J. More, in G. A. Watson (ed.): Numerical Analysis, Dundee 1977, Lecture Notes Math. 630, 1978, p.105-116参照)。
(数式) f(ψ)=a0+a2cos(4πψ+α)
上記数式において、ψは関数変数であり、αは角度オフセット、a0は絶対オフセット、a2はモデル関数の振幅である。
図3は、円形トラック(トレース)の一般的な測定信号曲線(未加工データ)、即ち、位置座標関数である測定円に沿った曲線であり、「バックグラウンド」線により、レーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用いたフーリエ変換によるモデル化が可能な測定信号の結晶学的に生じる一部を表す。ここで、上述のコサイン関数を使うレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズムを用いた適切な周波数による離散的複素フーリエ変換を使い、円形に記録した各データトラックに関する二重プロフィールをモデル化することにより、長波で結晶学的に生じたバックグラウンド振動を表面特性に起因する測定信号の一部から分離できる。
GaAs表面の均質性評価のために使用可能な、位相シフト信号のウェハ平均に標準化した光反射の位相シフトの単一偏差(single deviation)の1パーセンタイルそれぞれに基づいて、図7(実施例1,2及び比較例1,2も参照)から、今までの通常の技術により、上記したように、−0.0065未満の1パーセンタイルを示す表面均質性を有するウェハが製造されることがわかる。本発明に係るウェハと比較ウェハとの差は著しく、再現可能である。
一般的に、また、ここで詳細に明らかにするように、本発明に係るウェハは、比較ウェハとは対照的に、−0.0065より大きい値、より好ましくは−0.0060より大きい値、更に好ましくは−0.0055より大きい値、更に好ましくは−0.0050より大きい値、更に好ましくは−0.0045より大きい値、特に好ましくは−0.0040より大きい値を示す。更に、−0.0030より大きい値、好ましくは−0.0020より大きい値、より好ましくは−0.0010より大きい値であって、0.0000を除く0.0000までの値が考慮される。
図8に、種々の最終洗浄技術に関して、一般的なバックグラウンド補正カンデライメージのいわゆる欠陥マップを示す。この欠陥マップは、欠陥の分類に役立つ。このため、測定装置カンデラCS20の分析ソフトウェアを上記のように使用して、位相シフトの強度差を、強さと面積拡張に関して分類し数える。このような欠陥の合計は、基板又はウェハの均質性の指標となる。従来の通常技術によって製造した基板又はウェハについては、直径150mmの基板又はウェハを基準として、欠陥数が6000を超え、及び/又は、欠陥面積が2cm2を超える。
本発明の方法によって製造可能な本発明の基板又はウェハでは、直径150mmの基板又はウェハを基準として、欠陥数が6000未満、好ましくは5000未満、より好ましくは4000未満、更に好ましくは3000未満、更に好ましくは2000未満、更に好ましくは1000未満、更に好ましくは500未満、更に好ましくは300未満、更に好ましくは250未満、更に好ましくは200未満、更に好ましくは150未満、特に好ましくは100未満であり、及び/又は、欠陥面積が2cm2未満、好ましくは1cm2未満、より好ましくは0.5cm2未満、更に好ましくは0.1cm2未満、更に好ましくは0.05cm2未満、更に好ましくは0.01cm2未満、更に好ましくは0.005cm2未満、特に好ましくは0.0035cm2未満である。
本発明に係るガリウム砒素基板の直径は、少なくとも150mmであることが好ましい。本発明に従って提供されるガリウム砒素基板製品には仕上げ(最終プロセス)が施される。換言すれば、少なくとも表面仕上げ、好ましくは研磨及び表面仕上げが施される。表面最終処理には、特に、紫外線照射及び/又はオゾンガスによって、乾燥状態において、ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理すること、ガリウム砒素基板の該少なくとも一表面に少なくとも1種の液状媒体を接触させること、そして該ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること、が含まれる。GaAs表面を研磨する場合、一般に知られる方法を実施可能である。ここで、最終表面処理については、本発明に係る方法の詳細な記載を参照されたい。
(i)標準厚さと比較して、相対的に薄い又は相対的に厚い膜厚を有する。
(ii)従来の最終処理とは違って、本発明に係る表面最終処理によってのみ得られる特性を有する。
(iii)光学式表面分析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングによって判定可能な差を有する。
本願の更なる説明及び定義を参照されたい。
質および方法
カンデラ偏光解析(エリプソメトリ): 基板又はウェハの表面特性(ウェハ上の酸化物表面の特性)を、光学式表面分析装置(OSA)を用いて最終洗浄後に特性評価する。
表面特性の均質性の特性評価のために、KLA−Tencor社のカンデラCS20の位相シフト測定(「位相シフト」チャネル)を使用する。測定原理及び測定構成は、ここに参照する光学表面分析装置による偏光解析横方向基板マッピングと関連して既に上記に説明した(図1も参照)。光が斜めに入射するため、レーザにより、ウェハ上で、半径方向に略5μm、それに対して直角方向に略4μmの大きさの楕円状領域を照射する。前記CS20による測定の結果、レーザ反射光のs成分とp成分と間の位相シフトの変動を、GaAsウェハの表面均質性のための指標として用いる。測定によって形成したマッピングにおいて、膜特性の局所的な差を強度差として表す。
バックグラウンドにおいて、GaAs自体での光反射の異方性から生じる一般的な二重明暗変化を識別できる。この変化は、比較的ゆっくり変化するか、比較的低い「周波数(frequency)」を示す。加えて、ストライプ構造だけでなく明領域及び暗領域を、バックグランド信号と対比して確認できると共に、不均質性又は欠陥と関連付けることができる。強度とバックグラウンドからの偏差の数とにより、表面の均質性が特性評価される。
カンデラ測定に使用するパラメータを、表2(測定のいわゆる「レシピ(recipe)パラメータ」、「走査レシピ(scan recipe)」を示す)と表3(「ウェハ装置」を示す)に示す。
「走査面積」欄のパラメータは、測定により走査するウェハ面積を示し、表3に大きさが150mmウェハの例を示す。測定固定具(chuck)の回転速度を「速度」パラメータによって設定する。「サンプリング平均」パラメータにより、測定値の再現性(replication measurements)を定義することができ、それに基づき測定結果が判定される。「ステップサイズ(step size)」パラメータにより、「総トラック数」パラメータにおけるトラック数となる半径方向測定分解能を設定する。「エンコーダ乗算器」パラメータを用い、方位分解能を設定する。設定値「16x」は、トラックごとに16384個の測定点に相当する。「走査分解能」欄の下方行にある半径方向及び方位分解能は、「ステップサイズ」と「エンコーダ乗算器」の設定値から得られる。
方法の感度の一層の改善のために、異方性反射によって生じるバックグラウンドの二重強度振動に合わせて補正又は調整すると良い。螺旋状又は円形状に記録されたデータトラックについて、下記等式に従うレーベンバーグ・マルカート・アルゴリズム(J.J. More参照)を用い、適切な周波数による離散的複素フーリエ変換によって二重プロフィール(two-fold profile)をモデル化する。
f(ψ)= a0+a2cos(4πψ+α)
上記式において、ψは関数変数、αは角度オフセット、a0は絶対オフセット、a2はモデル関数の振幅である(図3も参照)。
データトラックのバックグラウンド補正測定信号を図4に示す。バックグラウンド補正マッピングは、表面特性の均質性の偏差の特性評価を邪魔するおそれがある二重対称(図5参照)を示すことはなくなる。
基板表面の均質性の判定のために、理想とする均質な表面(残留バックグラウンド補正マッピング)からの信号変化全てをヒストグラムで表すことが出来る(図6参照)。この分布は、一般に、ガウシアン正規分布に相当しないので、よく使われる標準偏差を均質性の基準として使用できない。むしろ、適切なパーセンタイルを定義し算出する方が良い。GaAs表面の均質性評価のために、パーセンタイルP1又は偏位値Q0.01(例えば、F. Schoonjans, D.De Bacquer, P. Schmid P, “Estimation of population percentiles", Epidemiology, 22, 2011, p.750-751参照)を比較のために使用した。励起強度が変動する可能性があるので、パーセンタイルを位相シフト信号のウェハ平均に標準化する。
図7において、このデータを比較として示す。ここで、箱ひげ図を使用する。これまでの通常の最終洗浄技術により、上記したように表面均質性が−0.0065未満の1パーセンタイルのウェハを製造する。ここにおいて、本発明によって製造したウェハは、−0.0065より大きい値を示し、好ましくは−0.0060より大きく、より好ましくは−0.0055より大きく、更に好ましくは−0.0050より大きく、更に好ましくは−0.0045より大きく、また−0.0040より大きい値、好ましくは−0.0030より大きく、より好ましくは−0.0020より大きく、特に好ましくは−0.0010より大きく、0.0000までの値を考慮してもよい。
バックグラウンド補正マッピングを、カンデラCS20の分析ソフトウェアの欠陥分類によって特性評価してもよい。このマッピングは、不均質性又は欠陥に対応付けることが可能な明暗領域およびストライプ構造を示す。強度とバックグラウンドからの偏差の数とにより、表面の均質性を特性評価する。強度差を、それぞれの強さと面積拡張に対して分類し数える。分析する信号と分析する欠陥を定義するための特定パラメータを選択する。
本例での定義については、表1及び表2,3を参照。負及び正の強度変動(偏差)を閾値0.05%から考慮に入れる。カーネル長さは平均化領域を示し、カーネルタイプは平均化の種類を示す。
閾値の正負超過量が、「放射状傷」や「円形状傷」のもとで定義される距離基準を満たす場合、個々の欠陥として数えられ、ウェハ全体で合計される。これに関して、傷パラメータは、正または負の超過量を別々の欠陥として数えるために示す必要がある測定点の最小距離を特定する。1000μm2を超える場合のみ、欠陥として数えられる。かかる欠陥の合計は、ウェハの均質性の指標となる(図8参照)。
これまでの通常の技術により製造されたウェハの場合、直径150mmのウェハ又は基板を基準として、欠陥数は6000より多く、又は、欠陥面積は2cm2より大きくなる。本発明により製造したウェハは、欠陥数が、6000より少なく、好ましくは5000より少なく、より好ましくは4000より小さく、更に好ましくは3000より小さく、更に好ましくは2000より小さく、更に好ましくは1000より小さく、更に好ましくは500より小さく、更に好ましくは300より小さく、更に好ましくは250より小さく、更に好ましくは200より小さく、更に好ましくは150より小さく、特に好ましくは100より小さく、及び/又は、欠陥面積が、2cm2より小さく、好ましくは1cm2未満、より好ましくは0.5cm2未満、更に好ましくは0.1cm2未満、更に好ましくは0.05cm2未満、更に好ましくは0.01cm2未満、更に好ましくは0.005cm2未満、特に好ましくは0.0035cm2未満である(図9参照)。
本発明の内容における粗さ測定には、白色光干渉分光法を使用した。白色光干渉分光法では、干渉像がカメラにより記録される。その干渉像は、測定対象からの光と参照ミラーからの反射光の重ね合わせにより生じるものである。トポグラフィー測定には、対象物のz位置を細かい段階(step)で調整し、各位置で干渉像を記録する。イメージスタックを得て、そこから高さデータを算出する。コヒーレンス長が短い白色光源を使うことによって、干渉分光測定法では周知のように、非常に良好な高さ分解能で表面像が撮像される。
本発明の内容における粗さ測定には、Zygo社のNew View 5022S装置を使用した。この測定は、20x倍の対物レンズ(objective)を備えた装置により実施した。測定範囲(measuring field)は180×130μmであった。所定粗さRaは、所定測定範囲の大きさにおける最大高さと最小高さとの差である。
本発明の異なる実施形態よれば、乾燥酸化と湿式洗浄との合間にエッチング摩耗を判定するために、化学的耐性を有する粘着テープをGaAsウェハの前面に付着させた。洗浄プロセス後、この特定のテープを残らないように剥がし、形成した段差(formed step)の高さを、上記方法に従い、白色光干渉分光法によって5箇所で測定した。
直前の研磨工程後のGaAsウェハを、0.5%NH4OH水溶液を使って塩基洗浄し、金属汚れを除去するために、5%HF水溶液を使って酸洗浄する。続いて、ブラシ洗浄プロセスによってウェハ表面から粒子を除去する。GaAsウェハの洗浄工程は、脱イオン水を使うリンス(rinsing)とスピン乾燥による乾燥によって終了する。
測定及び欠陥分析のための上記処方を用いた測定装置カンデラSC20による表面均質性の測定において、GaAsウェハ表面洗浄のための従来のプロセスの後、横方向に分解したバックグラウンド補正測定信号の変化が見られた。その位相シフト信号のウェハ平均に標準化した1パーセンタイル分布は、−0.0065より小さく、また、150mmのGaAsウェハを基準サイズとして、欠陥数が6000より多く、表面上の総欠陥面積が2cm2より大きいことが分かる(図6〜9参照)。
比較例1に記載した従来の洗浄・乾燥の後、GaAsウェハを酸化プロセスに供する。その酸化は、ウェハを例えば1分間ゆっくり回転させつつ、ウェハ表面の全領域に短波長紫外線光(波長220〜480nm、出力20〜40mW/cm2)を照射することによって行う。次いで、ウェハを作業ラックに載置して、メガサウンドの作用下において、0.5%NH3溶液内で塩基洗浄を行う。その後、オーバーフロー内ですすいだ後、作業ラックから取り外し、2500rpmのスピン乾燥によって乾燥させる。
このように洗浄した基板の表面欠陥を、測定装置カンデラCS20によって測定したところ、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した1パーセンタイル分布が−0.0065より小さく横方向分解バックグラウンド補正測定信号が変化し、基準とする150mmウェハの表面上で、個別の欠陥が6000より多く、総欠陥面積が2cm2より大きい(図6〜9参照)。
比較例1の従来洗浄工程後、GaAsウェハを、比較例2のように、更に、乾燥酸化工程、NH4OH洗浄工程、Dl水リンスに供する。但し、比較例2と異なり、ウェハをスピン乾燥による乾燥を行わず、マランゴニ乾燥させる。
測定装置カンデラCS20による表面欠陥の測定の結果、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した1パーセンタイル分布が−0.0065より大きく横方向分解バックグラウンド補正測定信号が変化し、更に、100個未満の個別の欠陥と2cm2より小さい総欠陥面積が150mmウェハのGaAs表面に生じ、それによって、本洗浄プロセスは、比較例1の従来の洗浄工程や比較例2の改善した洗浄工程であるが従来の乾燥工程によるものと比較しても、優れていることが分かる(図6〜9参照)。
比較例2と同様な従来の方法によってGaAsウェハの洗浄を最初に実施する。次いで、比較例2又は実施例1と同様に、乾燥酸化と、次のDl水リンスによる塩基洗浄とを実施する。本発明の実施形態におけるDl水を用いたリンス後に、溶液に溶解したオゾンと組み合わせて別の酸洗浄を行う。更に、酸洗浄工程後のDl水を用いたリンスにおいて、リンス時に不均質な酸化膜が形成されることを有利に防止するために、酸又は塩基を添加する。酸洗浄工程で0.2%HCIと50ppmオゾンをプロセス時間3分の間使用し、その後、少量の25%NH3溶液を加えたDl水によりリンスを行う。
マランゴニ乾燥後に実施する測定装置カンデラCS20による表面均質性の測定の結果、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した1パーセンタイル分布が−0.0065より大きく横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が生じる。
更に、150mmGaAsウェハ表面において欠陥が100個未満であり、総欠陥面積が2cm2未満であることが分かる(図6〜9参照)。
オゾン,過酸化水素の代わりに、実施例2に係る処理を、酸洗浄工程の酸化剤として用いると、マランゴニ乾燥後のカンデラ測定の結果、4000を超える欠陥が生じている。
Claims (17)
- 表面処理したガリウム砒素基板を製造する方法であって、
a)ガリウム砒素基板を準備する工程と、
b)紫外線照射及び/又はオゾンガスを使って、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理する工程と、
c)前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、少なくとも1種の液状媒体を接触させる工程と、
d)前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥する工程と、
を含むことを特徴とするガリウム砒素基板。 - 工程c)は、
i)前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、アルカリ水溶液を接触させ、任意にメガサウンドを印加すること、
ii)その後、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、水を接触させること、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 工程c)において、
NH3または有機アミンの水溶液、あるいはNH3の水溶液であるアルカリ水溶液を用いる
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 工程c)は、
iii)前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に、酸性水溶液を接触させ、任意には酸化剤の存在下で、接触させる工程と、
iv)その後、更に、前記ガリウム砒素基板の前記少なくとも一表面に水を接触させる工程とを含み、該水には、少なくとも最初にpH値調整添加剤が含まれている、
ことを特徴とする請求項2または3に記載の方法。 - 前記酸性水溶液は、HCI又はHF水溶液であり、前記酸性水溶液中の前記任意の酸化剤は、オゾン又はH2O2である
ことを特徴とする請求項4に記載の方法。 - 工程c)において、工程iv)の後に、更に前記工程i)及び工程ii)に従う工程が実施されることを特徴とする請求項4または5に記載の方法。
- 表面処理した複数のガリウム砒素基板を製造する方法であって、
請求項1乃至請求項6の一つに記載の方法において、前記工程b)〜d)のそれぞれに、複数のガリウム砒素基板を同時に供することを特徴とする方法。 - ガリウム砒素基板であって、少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングに、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化を示し、該信号は、位相シフト信号の基板平均に対して標準化した1パーセンタイル分布が、−0.0065より大きいことを特徴とするガリウム砒素基板。
- 少なくとも一表面が、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおいて、150mmの基板直径を基準として、欠陥数が6000未満、及び/又は、総欠陥面積が2cm2未満であるガリウム砒素基板であって、
欠陥を、1000μm2より大きく、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける平均測定信号からの偏位が少なくとも±0.05%である連続した面積として定義することを特徴するガリウム砒素基板。 - 請求項1乃至請求項6の一つに記載の方法によって製造されることを特徴とするガリウム砒素基板。
- 請求項8乃至請求項10の一つに記載のガリウム砒素基板であって、基板直径は、少なくとも100mm、好ましくは少なくとも150mm、より好ましくは少なくとも200mmであることを特徴するガリウム砒素基板。
- 少なくとも150mmの直径を有し、研磨及び表面処理が施されたガリウム砒素基板であって、
前記表面処理は、
紫外線照射及び/又はオゾンガスを用い、乾燥状態において、前記ガリウム砒素基板の少なくとも一表面を酸化処理すること、
前記ガリウム砒素基板の前記一表面に少なくとも1種の液状媒体を接触させること、
前記ガリウム砒素基板をマランゴニ乾燥させること
を備えることを特徴するガリウム砒素基板。 - 研磨及び表面仕上げを施したガリウム砒素基板であって、
略600μm以下、又は、略800μm以上の厚みを有することを特徴とするガリウム砒素基板。 - 前記少なくとも一表面は、製造後6ケ月以内では、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、実質的に低下しない、好ましくは低下しない
ことを特徴とする請求項8乃至請求項13の一つに記載のガリウム砒素基板。 - 請求項1乃至請求項7の一つに記載の方法によって製造される複数のガリウム砒素基板であって、
それぞれの前記少なくとも一表面について、光学式表面解析装置を使った偏光解析横方向基板マッピングにおける、横方向分解バックグラウンド補正測定信号の変化が、基板同士で、互いに実質的に同じ、好ましくは同じである
ことを特徴とするガリウム砒素基板。 - エピタキシャル結晶成長のために、任意には保管(storage)後において、または、ガリウム砒素基板の準備後であってエピタキシャル成長前において、前処理をすることなく、請求項8乃至請求項14の一つに記載のガリウム砒素基板を使用する
ことを特徴とするガリウム砒素基板の使用方法。 - 光学式表面解析装置、あるいは光学式表面解析装置カンデラCS20を、偏光解析横方向基板マッピングを用いて、ガリウム砒素基板の表面特性の均質性に関する光学式非接触定量的特性評価を行うことを特徴とする光学式表面解析装置の使用方法。
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