JP4661784B2 - Soiウエーハの洗浄方法 - Google Patents

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Description

本発明はSOIウエーハの洗浄方法に関するものである。
従来の半導体シリコンウエーハの製造においては、単結晶製造装置によって製造されたシリコン単結晶棒をスライスして薄円板状のウエーハを得るスライス工程と、該スライス工程で得られたウエーハの割れや欠けを防ぐためにその外周エッジ部を面取りする面取り工程と、面取りされたウエーハをラッピングしてこれを平坦化するラッピング工程と、面取りおよびラッピングされたウエーハの表面に残留する加工歪を除去するエッチング工程と、エッチングされたウエーハの表面を研磨布に摺接させて平坦度の向上を主目的とする粗研磨を行う1次研磨工程と、1次研磨されたウエーハの該表面の数〜数十nmの波長を有する表面粗さ(いわゆるへイズ)を改善することを主目的とする仕上げ研磨工程と、仕上げ研磨されたウエーハを洗浄してウエーハに付着した研磨剤や異物を除去する最終洗浄工程が行われる。
この最終洗浄工程においては、Kernらが提唱したRCA洗浄を行うのが一般的である。このRCA洗浄は、主としてSC−1洗浄・フッ酸洗浄・SC−2洗浄より成る。まず、アンモニア:過酸化水素:水の容積配合比=1:1〜2:5〜7の洗浄液〔SC−1洗浄液又はAmmonia-Hydrogen Peroxide Mixture (APM液)と呼ばれる〕を用いて、75〜85℃で、10〜20分洗浄処理(SC−1 洗浄)を行って有機物とパーティクルを除去し、1%フッ酸水溶液〔希釈液、Diluted Hydrofluoric acid (DHF液)〕を用いて室温で数十秒の洗浄処理(HF洗浄)を行って自然酸化膜と共に金属不純物を除去し、最後に塩酸:過酸化水素:水の容積配合比=1:1〜2:6〜8の洗浄液〔SC−2洗浄液又はHydrochloric acid-Hydrogen Peroxide Mixture (HPM液)と呼ばれる〕を用いて75〜85℃で、10〜20分の洗浄処理(SC−2洗浄)を行ってシリコンに付着した金属を除去しながらクリーンな自然酸化膜を形成させるという洗浄方法である(例えば、特開2001―244260号公報参照)。
上記のような工程を経て製造された厚さ数百μmのシリコンウエーハを用いて、従来の半導体デバイスは作製されている。しかし半導体デバイスとして機能しているのは、表面のわずか1μm以下の部分であり、それ以外は支持基板となるだけで、この余分な部分に不要な電流が流れ、低消費電力化、処理速度向上の足かせとなっていた。
そこで、近年SOIウエーハ(Silicon-on-insulator)が次世代半導体技術のひとつとして注目されている。SOIウエーハは、半導体デバイスと支持基板の間に絶縁層を設け、支持基板からの影響を分離して、高速性と低消費電力を両立させている。このSOIウエーハの製造方法の一例として、単結晶シリコンからなるボンドウエーハ(SOI基板となったときSOI層を形成するウエーハ)と、ベースウエーハ(SOI基板となったとき、SOI層の支持体を形成するウエーハ)とを用意し、ボンドウエーハを熱酸化(BOX酸化)してSiO2 膜を形成し、これらボンドウエーハとベースウエーハとを直接重ね合わせ酸化性雰囲気中で熱処理することにより、前記SiO2膜を介して両者を結合した後、ボンドウエーハを所望の膜厚まで減厚し、薄膜化することによりボンドウエーハをSOI層とする方法が知られている。
また、ボンドウエーハを減厚する方法としては、以下のようなスマートカット法(商標名)が周知である。これは、ボンドウエーハの貼り合わせ面(第一主表面とする)に対し、一定深さ位置にイオン注入層(微小気泡層)が形成されるように水素あるいは希ガスをイオン注入し、貼り合わせ後に該イオン注入層にてボンドウエーハを剥離するものである。しかし、剥離後に得られるSOIウエーハはSOI層の表面に、イオン注入に伴うダメージ層が形成され、剥離面そのものの粗さも通常製品レベルのシリコンウエーハの鏡面と比べて大きくなる。このダメージ層を除去するために、剥離後のSOI層の表面を、研磨代の小さい鏡面研磨(タッチポリッシュと通称され、機械的化学的研磨が用いられる)により鏡面化することが行なわれている。
その他のSOIウエーハの製造方法としては、SIMOXと呼ばれる技術がある。これは、酸素イオンを、シリコンウエーハ内部に注入することで酸素イオン注入層を形成し、次いで、そのウエーハを加熱し、この熱処理によってウエーハのシリコンと酸素イオン注入層の酸素イオンとを反応させ、埋め込み絶縁膜を形成するものである。
このようにして製造されたSOIウエーハは最終的に洗浄工程を経て製品としてデバイスメーカーに出荷される。この洗浄工程では上記RCA洗浄が、現在でも一般的に行われている。このRCA洗浄に使用される薬液はシリコンに対してエッチング作用を有しているため、洗浄によりSOI層は若干薄くなってしまう。
しかし、SOI層は近年ますます薄膜化する傾向にあり、数十nmオーダーの厚さのSOI層を持つSOIウエーハが用いられるようになってきている。このような超薄膜の場合に許容される厚みの誤差は厳しいものでは±1nmにもなる。一般にパーティクル除去のためにはRCA洗浄によりSOI層を4nm程度以上エッチングする必要があるとされており(例えば、シリコンウェーハの洗浄と分析 p55〜p58、株式会社リアライズ社発行、参照)、このような厳しい仕様のSOIウエーハの場合、SOI層膜厚の規格から外れるという問題がある。さらに、このエッチングにより、SOI層表面の数〜数十nmの波長を有する表面粗さ(いわゆるへイズ)が悪化するという問題があった。
なお、薬液を使用しない純水のみ用いた機械式洗浄(例えばブラシ洗浄、超音波洗浄)であればエッチング作用がないためSOI層の厚さが変化することはないが、SOIウエーハ表面の汚れを十分に除去できなかった。
また、通常SOIウエーハを製造する場合、生産性を考慮してユーザーの要求量よりも多くのSOIウエーハを一度に製造することが行われる。したがって、過剰に製造されたSOIウエーハは、同一仕様のSOIウエーハの要求があるまで在庫として保管される。ここでウエーハの保管期間が長期になった場合は、保管中にウエーハ表面に付着した汚れを除去する目的で再洗浄を行ってから出荷される。しかし、上述したように超薄膜のSOIウエーハの場合は、RCA洗浄およびブラシ洗浄・超音波洗浄等では適切な洗浄を行うことができなかった。特にRCA洗浄をすると極薄のSOI層の厚さの規格が外れてしまい、実質上製品としての出荷が出来なくなるという問題があった。したがって、超薄膜のSOIウエーハについては製品の作り貯めが出来ず、常に製品の要求量と同じ数量だけ製造して、在庫を持たないようにしなければならなかった。また、常にユーザーの要求があってから製造を開始せざるを得ないため製品の納期の面でも問題となっていた。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、SOIウエーハのSOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減できるSOIウエーハの洗浄方法を提供することを目的としたものである。
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、絶縁体上にシリコン薄膜を形成させたSOIウエーハの洗浄方法であって、SOIウエーハに2種類以上の流体を混合して洗浄する2流体洗浄を行うことを特徴とするSOIウエーハの洗浄方法を提供する。
このようにSOIウエーハを2流体洗浄により洗浄すれば、SOI層の膜厚の減少やヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減することができる。
また、前記洗浄方法により、洗浄済みのSOIウエーハを保管後に再洗浄することが好ましい。
このように、在庫として保管しておいた洗浄済みのSOIウエーハを2流体洗浄で再洗浄すれば、既に規格内の膜厚を有するSOI層をエッチングにより過度に侵食して規格外としてしまうことがなく、また、エッチングによりSOI層のヘイズレベルを過度に悪化させることもなく、保管中にSOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減して、迅速に出荷することができる。
この場合、前記2流体洗浄の前にオゾン洗浄を行うことが好ましい。
このように、2流体洗浄の前にオゾン洗浄を行うことで、SOIウエーハ表面に付着した有機物も容易に剥離することができる。
この場合、前記オゾン洗浄におけるオゾン水の温度を50℃以上とすることが好ましい。
このように、オゾン洗浄におけるオゾン水の温度を50℃以上とすることで、洗浄力を向上させて、有機物やSOIウエーハ表面に付着したパーティクル等を一層低減することができる。
さらに、前記2流体洗浄の後にエッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことが好ましい。
このように、2流体洗浄を行った後に、エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことで、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力抑えながら、ウエーハ表面のパーティクルをより一層低減することができる。
また、前記2流体洗浄として、少なくとも前記流体としてエッチング作用のある洗浄溶液を1種類混合して、エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことが好ましい。
このように、前記2流体洗浄として、少なくとも前記流体としてエッチング作用のある洗浄溶液を1種類混合して、エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことで、機械的な力を印加して洗浄する機械的洗浄と同時に化学的洗浄を行い、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力抑えながら、ウエーハ表面のパーティクルを低減することができる。
また、前記2流体洗浄として、少なくとも前記流体としてエッチング作用のある洗浄溶液を1種類混合して、第1の化学的洗浄を行い、該2流体洗浄の後に、第2の化学的洗浄を行って、第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を1.0nm以下とすることが好ましい。
このように、前記2流体洗浄として、少なくとも前記流体としてエッチング作用のある洗浄溶液を1種類混合して、第1の化学的洗浄を行い、該2流体洗浄の後に、第2の化学的洗浄を行って、第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を1.0nm以下とすることで、機械的な力を印加して洗浄する機械的洗浄と同時に第1の化学的洗浄を行い、その後に第2の化学的洗浄を行って、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力抑えながら、ウエーハ表面のパーティクルを低減することができる。
この場合、前記化学的洗浄をアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いて行うことが好ましい。
このように、化学的洗浄をアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液による洗浄とすることで、所望エッチング代に確実にすることができるし、更にウエーハ表面のパーティクルを低減することができる。
以上説明したように、本発明によれば、SOIウエーハを2流体洗浄で洗浄することにより、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減できる。
本発明のSOIウエーハの製造方法の一例を概略的に説明するフロー図である。 本発明のSOIウエーハの洗浄に用いられる洗浄装置の一例である。
以下、本発明についてより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
SOIウエーハの洗浄には、通常のシリコンウエーハと同様にエッチング作用を持つRCA洗浄が一般的に用いられている。この場合、パーティクル除去のためにはRCA洗浄によりSOIウエーハのSOI層を4nm程度以上エッチングする必要があるとされている(例えば、シリコンウェーハの洗浄と分析 p55〜p58、株式会社リアライズ社発行、参照)。しかし、近年SOIウエーハのSOI層は一層薄膜化する傾向にあり、100nm以下、特には数十nmオーダーの厚さ(例えば30nm以下)のSOI層を持つSOIウエーハにこのようなRCA洗浄を行うと、SOI層膜厚の規格から外れたり、ヘイズレベルが悪化するという問題があった。そこで本発明者らは検討を重ねた結果、SOIウエーハを2流体洗浄により洗浄すれば、SOI層膜厚の減少やヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減できることを見出し、本発明を完成させた。
このような本発明に係るSOIウエーハの洗浄方法を、水素イオン剥離法でSOIウエーハを製造する際に用いる場合を例として、図1を参照して以下に説明する。
まず、SOIウエーハの基台となるベースウエーハとSOI層となるボンドウエーハを準備する。これらはいずれも鏡面研磨されたシリコン単結晶ウエーハとすることができる。そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボンドウエーハを熱酸化(BOX酸化)し、その表面に後に埋込み酸化膜となる約0.02μm〜2.0μm厚程度の酸化膜を形成する。このボンドウエーハの表面に対して水素イオンまたは希ガスイオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層(封入層)を形成させる(ここでは水素イオンとする)。この注入温度は25〜450℃が好ましい。この時の注入エネルギーを調整することにより剥離後のSOI層の厚さを所望の厚さにすることができる。
水素イオン注入したボンドウエーハの水素イオン注入面に、ベースウエーハを酸化膜を介して重ね合せて密着させる。この工程では常温の清浄な雰囲気下で2枚のウエーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する(室温貼り合せ)。
次に、不活性ガス雰囲気下約500℃以上の温度で熱処理(剥離熱処理)を加えることにより、結晶の再配列と気泡の凝集とによってボンドウエーハを封入層より剥離してSOIウエーハ(SOI層+埋込み酸化膜+ベースウエーハ)を得る。この時のSOI層の厚さは規格に応じて決定されるが70nm〜250nmとされる。
以上の室温貼り合せ工程および剥離熱処理工程で密着させたウエーハ同士の結合力では、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、結合熱処理としてSOIウエーハに高温の熱処理を施し結合強度を十分なものとする。この熱処理は例えば不活性ガス雰囲気下、1050℃〜1200℃で30分から2時間の範囲で行うことが好ましい。なお、剥離熱処理と結合熱処理を連続的に行ったり、また、剥離熱処理と結合熱処理を同時に兼ねるものとして行ってもよい。
次に、研磨剤を用いてタッチポリッシュと呼ばれる研磨代の極めて少ない鏡面研磨(例えば、取り代150nm以下)を行い、SOI層の表面である劈開面に存在する結晶欠陥層の除去と表面粗さの低減を行う。
次に仕上げ洗浄としてSOIウエーハを2流体洗浄する。図2に仕上げ洗浄で用いられる洗浄装置の一例を示す。この装置を用いれば2種以上の流体を混合して、その混合流体をウエーハ表面に噴射して不純物の除去を行うことができる。たとえば、二酸化炭素(CO)が添加された超純水5と、窒素ガス(N2)4を2流体洗浄ノズル2で混合し、このノズルをウエーハの半径方向にスキャンさせながら、回転するSOIウエーハ1の表面に噴射する。このように二酸化炭素が添加された超純水を洗浄液として使用すれば、半導体ウエーハの処理面と洗浄液との摩擦により発生する静電気を抑制することができる。また、気体として用いるガスとしては不活性ガスである窒素(N2)が好適であるが、その他、空気やアルゴン(Ar)等も用いることができる。
本発明は、このようにSOIウエーハを2流体洗浄で洗浄することで、SOI層の膜厚の減少とヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減するという特徴を有する。
この場合、2流体洗浄の前にオゾン洗浄を行ってもよい。このオゾン洗浄は、有機物の除去にも効果的である。オゾン洗浄では、数十ppmのオゾンを含んだ純水6をノズル3から回転するウエーハ1に向かって噴射する。このときノズル3はウエーハの半径方向にスキャンさせる。このようにオゾン洗浄を行うことで、ウエーハ表面に付着した有機物等の汚染物を効果的に除去することができる。また、このときオゾン水の温度を50℃以上とすると、洗浄力が向上してより効果的に汚染物を除去できるので好ましい。
また、2流体洗浄の後にエッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行ってもよい。化学的洗浄とは、SOIウエーハ表面に付着しているパーティクル・有機物・研磨剤・金属不純物等を化学的に溶解・分解除去することをいう。このようにエッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行えば、SOI層の膜厚の減少とヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面のパーティクルを一層低減することができる。ここでエッチング代を1.0nmより大きくした場合には、SOI層が過剰にエッチングされてしまいSOI層の厚さが規格から外れたり、また、SOIウエーハのヘイズレベルが悪化するという問題が生じる。
この化学的洗浄で用いる洗浄溶液として、アンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いることができる。このような洗浄溶液を用いることで、所望エッチング代に確実にすることができるし、更にウエーハ表面のパーティクルを低減することができる。
この洗浄溶液の組成比率は特に限定されないが、RCA洗浄で用いられる通常のSC-1洗浄がアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:5〜7のものを用いるのに対して、1:1:10〜200のものを好適に使用することができる。
この洗浄溶液を満たした洗浄溶液槽にSOIウエーハを浸漬させることにより、アンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いた洗浄を行う。このとき、エッチング代が1.0nm以下になるように洗浄時間を調整する。
以上のようにして仕上げ洗浄が行われる。
なお、上記洗浄工程では、2流体洗浄と化学的洗浄を別々に行う場合について説明したが、上記2流体洗浄として、少なくとも前記流体としてエッチング作用のある洗浄溶液を1種類混合して、エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行ってもよい。たとえば、上記2流体洗浄において超純水の代わりにエッチング作用のある洗浄溶液を用いて、エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことができる。この場合に用いる洗浄溶液は特に限定されないが、たとえば上記で述べたアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いることができ、アンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:10〜200のものが好ましい。
また、上記洗浄工程における2流体洗浄として、少なくとも前記流体としてエッチング作用のある洗浄溶液を1種類混合して、第1の化学的洗浄を行い、該2流体洗浄の後に、第2の化学的洗浄を行って、第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を1.0nm以下としてもよい。たとえば、上記2流体洗浄において超純水の代わりにエッチング作用のある洗浄溶液を用いて、第1の化学的洗浄を行い、該2流体洗浄の後に、第2の化学的洗浄を行って、第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を1.0nm以下とすることができる。第1および第2の化学的洗浄で用いる洗浄溶液は特に限定されないが、たとえば上記で述べたアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いることができ、アンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:10〜200のものが好ましい。
以上のようにして仕上げ洗浄が行われた後、SOIウエーハは出荷用BOXに収納されてユーザーに出荷される。
しかし、過剰に製造されたSOIウエーハについては、すぐには出荷されずに在庫となってしまう。そして新たに注文があった時点で、再度ウエーハの洗浄を行って出荷することになる。このように在庫として保管されていたSOIウエーハは、すでに規格内の膜厚のSOI層を有しており、出荷前の再洗浄によりSOI層の膜厚が過度に減少して規格外となるようなことがあってはならない。したがって、このような出荷前の再洗浄において、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面の不純物等を十分に低減できる本発明の洗浄方法は好適に用いられる。この再洗浄の具体的方法は前記仕上げ洗浄の時と同様の方法を採用し得る。この時、2流体洗浄の他、前記オゾン洗浄・エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄も採用し得る。
この場合特に、この再洗浄の対象が超薄膜のSOIウエーハである場合は、特にSOI層膜厚を減少させないことが重要になってくるため、本発明の洗浄方法が更に好適に用いられる。従来のRCA洗浄や超音波洗浄・ブラシ洗浄等では超薄膜のSOIウエーハを適切に再洗浄できなかったため、製品の作り貯めが出来ず、常に製品の要求量と同じ数量だけ製造して、在庫を持たないようにしなければならなかった。しかし、本発明の洗浄方法を用いることで、超薄膜のSOIウエーハを作り貯めして保管しておき、ユーザーからの要求に応じて再洗浄を行って迅速に出荷することができるようになった。
尚、本発明の2流体洗浄を、この再洗浄工程のみで採用するのも有効である。すなわち、SOIウエーハの製造工程における仕上げ洗浄は従来通りRCA洗浄等で行い、規格内のSOIウエーハを製造し、在庫となって再洗浄する必要が生じたものに本発明の2流体洗浄を施す。この場合に、規格内のSOIウエーハを規格外にすることなく好適に洗浄できる。仕上げ洗浄に従来のRCA洗浄を行う場合は、たとえば、アンモニア:過酸化水素:水の容積配合比=1:1〜2:5〜7の洗浄液〔SC−1洗浄液又はAmmonia-Hydrogen Peroxide Mixture (APM液)〕を用いて、75〜85℃、10〜20分の洗浄処理(SC−1 洗浄)を行った後、1%フッ酸水溶液〔希釈液、Diluted Hydrofluoric acid (DHF液)〕を用いて室温で数十秒の洗浄処理(HF洗浄)を行い、最後に塩酸:過酸化水素:水の容積配合比=1:1〜2:6〜8の洗浄液〔SC−2洗浄液又はHydrochloric acid-Hydrogen Peroxide Mixture (HPM液)〕を用いて、75〜85℃、10〜20分の洗浄処理(SC−2洗浄)を行うようにすればよい。
この場合、RCA洗浄はエッチング作用があるため、洗浄後のSOI層の厚さが規格内となるように予めSOI層の厚さを厚く作製しておく必要がある。
以下に、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
チョクラルスキー法で作製された直径300mm、p型、方位{100}、抵抗率10Ω・cmのシリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意した。
このボンドウエーハの表面に1.0μmの酸化膜を形成し、このボンドウエーハの表面に対して水素イオンを注入して封入層を形成した。
次にボンドウエーハのイオン注入した面とベースウエーハとを室温で密着させた。
次に、窒素雰囲気下で500℃、30分間の剥離熱処理を加えて、ボンドウエーハを剥離・薄膜化した。
その後、酸化性雰囲気下で1100℃、2時間の結合熱処理を加えてSOI層を強固に結合した。
次に、研磨代を60nm程度としてタッチポリッシュを行い、SOI層を研磨した。
最後に、水洗の後、図2に示す洗浄装置を用いて2流体洗浄を行った。二酸化炭素(CO)が添加された超純水5を0.2L/min・0.5MPaで、窒素(N2)ガス4を235L/mim・0.4MPaで、ノズル2に供給して混合し、この混合した流体を1800rpmで回転するウエーハ1に向かって噴射した。このときノズル2とウエーハ1の距離は20mmとし、ノズル2の角度は90°とした。また、ノズル2はウエーハの半径方向に1往復が30秒になるようにスキャンさせた。この仕上げ洗浄を終えて、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は30nmであった。
(実施例2)
実施例1と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、図2に示す洗浄装置を用いてオゾン洗浄と2流体洗浄を行った。オゾン洗浄では、ノズル3から20ppmのオゾンを含んだ純水6を流量1.2L/minで、60rpmで回転するウエーハ1に向かって噴射した。このときオゾン水6の温度は常温、ノズル3とウエーハ1の距離は30mmとし、ノズル3の角度は75°とした。また、ノズル3はウエーハの半径方向に1往復が30秒になるようにスキャンさせた。続く2流体洗浄は、実施例1と同条件で行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は30nmであった。
(実施例3)
実施例2と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、オゾン洗浄で用いるオゾン水の温度を40℃とした以外は実施例2と同条件でオゾン洗浄と2流体洗浄を行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は30nmであった。
(実施例4)
実施例2と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、オゾン洗浄で用いるオゾン水の温度を50℃とした以外は実施例2と同条件でオゾン洗浄と2流体洗浄を行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は30nmであった。
(実施例5)
実施例4と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、実施例4と同条件でオゾン洗浄と2流体洗浄を行い、その後でアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いた化学的洗浄を行った。この化学的洗浄では、浄水槽にアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を満たして、これにウエーハを浸漬させた。このとき、エッチング代は0.2nmとなるように調整して、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29.8nmであった。
(実施例6)
実施例5と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、化学的洗浄のエッチング代を1.0nmとした以外は、実施例5と同条件でオゾン洗浄・2流体洗浄・化学的洗浄を行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29nmであった。
(実施例7)
実施例1と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、2流体洗浄を行い、続いて化学的洗浄を行った。2流体洗浄は、実施例1と同条件で行った。その後でアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いた化学的洗浄を行った。この化学的洗浄では、浄水槽にアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を満たして、これにウエーハを浸漬させた。このとき、エッチング代は0.2nmとなるように調整して、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29.8nmであった。
(実施例8)
実施例7と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、化学的洗浄のエッチング代を1.0nmとした以外は、実施例7と同条件で2流体洗浄・化学的洗浄を行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29nmであった。
(実施例9)
実施例1と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、2流体洗浄を行った。この2流体洗浄では、実施例1の超純水の代わりにアンモニア水:過酸化水素水:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を使用し、化学的洗浄を行った。このときエッチング代は0.2nmとなるように調整して、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29.8nmであった。
(実施例10)
実施例9と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、エッチング代を1.0nmとした以外は、実施例9と同条件で2流体洗浄(化学的洗浄)を行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29nmであった。
(実施例11)
実施例1と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、2流体洗浄(第1の化学的洗浄)および第2の化学的洗浄を行った。この2流体洗浄では、超純水の代わりにアンモニア水:過酸化水素水:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を使用した以外は実施例1と同条件で2流体洗浄(第1の化学的洗浄)を行った。その後、第2の化学的洗浄として、浄水槽にアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を満たして、これにウエーハを浸漬させた。このとき第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を0.2nmとなるように調整して、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29.8nmであった。
(実施例12)
実施例11と同様にして、シリコンウエーハをベースウエーハおよびボンドウエーハとして用意し、このボンドウエーハをBOX酸化して水素イオンを注入し、このボンドウエーハとベースウエーハを室温で貼り合せた後、剥離熱処理・結合熱処理・タッチポリッシュを行った。最後に仕上げ洗浄として、総エッチング代を1.0nmとした以外は、実施例11と同条件で2流体洗浄(第1の化学的洗浄)および第2の化学的洗浄を行い、SOIウエーハ製造工程を完了した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚は29nmであった。
(実施例13)
実施例1で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、図2に示す洗浄装置を用いて2流体洗浄により再洗浄を行った。二酸化炭素(CO)が添加された超純水5を0.2L/min・0.5MPaで、窒素(N2)ガス4を235L/mim・0.4MPaで、ノズル2に供給して混合し、この混合した流体を1800rpmで回転するウエーハ1に向かって噴射した。このときノズル2とウエーハ1の距離は20mmとし、ノズル2の角度は90°とした。また、ノズル2はウエーハの半径方向に1往復が30秒になるようにスキャンさせた。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化はなかった。
(実施例14)
実施例2で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、図2に示す洗浄装置を用いてオゾン洗浄と2流体洗浄により再洗浄を行った。オゾン洗浄では、ノズル3から20ppmのオゾンを含んだ純水6を流量1.2L/minで、60rpmで回転するウエーハ1に向かって噴射した。このときオゾン水6の温度は常温、ノズル3とウエーハ1の距離は30mmとし、ノズル3の角度は75°とした。また、ノズル3はウエーハの半径方向に1往復が30秒になるようにスキャンさせた。続く2流体洗浄は、実施例13と同条件で行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化はなかった。
(実施例15)
実施例3で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、オゾン洗浄で用いるオゾン水の温度を40℃とした以外は実施例14と同条件でオゾン洗浄と2流体洗浄を行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化はなかった。
(実施例16)
実施例4で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、オゾン洗浄で用いるオゾン水の温度を50℃とした以外は実施例14と同条件でオゾン洗浄と2流体洗浄を行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化はなかった。
(実施例17)
実施例5で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、実施例16と同条件でオゾン洗浄と2流体洗浄を行い、その後でアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いた化学的洗浄を行った。この化学的洗浄では、浄水槽にアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を満たして、これにウエーハを浸漬させた。このとき、エッチング代は0.2nmとなるように調整した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−0.2nmであった。
(実施例18)
実施例6で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、化学的洗浄のエッチング代を1.0nmとした以外は、実施例17と同条件でオゾン洗浄・2流体洗浄・化学的洗浄を行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−1.0nmであった。
(実施例19)
実施例7で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、実施例13と同条件で2流体洗浄を行い、その後でアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いた化学的洗浄を行った。この化学的洗浄では、浄水槽にアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を満たして、これにウエーハを浸漬させた。このとき、エッチング代は0.2nmとなるように調整した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−0.2nmであった。
(実施例20)
実施例8で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、化学的洗浄のエッチング代を1.0nmとした以外は、実施例19と同条件で2流体洗浄・化学的洗浄を行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−1.0nmであった。
(実施例21)
実施例9で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、2流体洗浄(化学的洗浄)を行った。この2流体洗浄では、実施例13の超純水の代わりにアンモニア水:過酸化水素水:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を使用し、2流体洗浄(化学的洗浄)を行った。このとき、エッチング代は0.2nmとなるように調整した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−0.2nmであった。
(実施例22)
実施例10で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、2流体洗浄(化学的洗浄)のエッチング代を1.0nmとした以外は、実施例21と同条件で2流体洗浄(化学的洗浄)を行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−1.0nmであった。
(実施例23)
実施例11で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、2流体洗浄(第1の化学的洗浄)および第2の化学的洗浄を行った。この2流体洗浄では、超純水の代わりにアンモニア水:過酸化水素水:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を使用した以外は実施例13と同条件で2流体洗浄(第1の化学的洗浄)を行った。その後、第2の化学的洗浄として、浄水槽にアンモニア:過酸化水素:水の組成比率が1:1:100である洗浄溶液を満たして、これにウエーハを浸漬させた。このとき第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を0.2nmとなるように調整した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−0.2nmであった。
(実施例24)
実施例12で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として、総エッチング代を1.0nmとした以外は、実施例23と同条件で2流体洗浄(第1の化学的洗浄)および第2の化学的洗浄を行った。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−1.0nmであった。
(比較例1)
サンプルとして実施例4により得たSOIウエーハを用い、これを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として次のようなRCA洗浄を施した。アンモニア:過酸化水素:水の容積配合比=1:1:5のSC−1洗浄液を用いて75℃で10分洗浄した後、1%フッ酸水溶液を用いて室温で20秒洗浄し、最後に塩酸:過酸化水素:水の容積配合比=1:1:6のSC−2洗浄液を用いて75℃で10分洗浄した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化は−4.0nmであった。
(比較例2)
サンプルとして実施例4により得たSOIウエーハを用い、これを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として純水を用いた超音波洗浄を施した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化はなかった。
(比較例3)
サンプルとして実施例4により得たSOIウエーハを用い、これを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄として純水を用いたブラシ洗浄を施した。
その後、膜厚測定および表面の傷や汚れの検査を行った。SOI層の膜厚の変化はなかった。
(評価方法)
以上の実施例および比較例で得られたSOIウエーハにおける、SOI層の膜厚は光学的膜厚測定器(商品名:ナノスペック;ナノメトリクス社製)で測定した。また、ヘイズレベルおよびパーティクル数については、KLA TENCOR社製の表面検査装置(商品名:SP1)のDWOモードで測定した。こうして得られた結果を表1および表2に示す。
Figure 0004661784
Figure 0004661784
表1の結果から、実施例1〜12についてはいずれもSOI層の膜厚の規格を満足した。また、ヘイズレベルおよびパーティクルレベルも良好であった。
また、実施例1と実施例2〜4の結果から、2流体洗浄に加えてオゾン洗浄を用いた実施例2〜4ではパーティクルレベルが改善されており、2流体洗浄に加えてオゾン洗浄を行うことがパーティクルレベルの低減に有効であることが確認できた。
さらに実施例2〜4の結果から、オゾン洗浄におけるオゾン水の温度を50℃とすることで、パーティクルレベルがより改善されることが確認できた。
実施例5および6では、化学的洗浄のエッチング代をそれぞれ0.2nm・1.0nmとして、オゾン洗浄・2流体洗浄・化学的洗浄を行った。実施例5および6は、SOI層の膜厚の規格を満足し、ヘイズレベルは良好で、パーティクルレベルは実施例1〜4に比べてより改善されており、オゾン洗浄・2流体洗浄・化学的洗浄を行うことがパーティクルの低減に一層効果的であることが確認できた。
実施例7および8では、化学的洗浄のエッチング代をそれぞれ0.2nm・1.0nmとして、2流体洗浄・化学的洗浄を行った。実施例7および8は、SOI層の膜厚の規格を満足し、ヘイズレベルは良好で、パーティクルレベルは実施例1〜4に比べてより改善されており、2流体洗浄・化学的洗浄を行うことがパーティクルの低減に一層効果的であることが確認できた。
実施例9および10では、2流体洗浄の超純水の代わりにエッチング作用のある洗浄溶液を使用し、エッチング代をそれぞれ0.2nm・1.0nmとして、2流体洗浄(化学的洗浄)を行った。実施例9および10は、SOI層の膜厚の規格を満足し、ヘイズレベルは良好で、パーティクルレベルは実施例1に比べてより改善されており、2流体洗浄(化学的洗浄)を行うことがパーティクルの低減に一層効果的であることが確認できた。
実施例11および12では、2流体洗浄の超純水の代わりにエッチング作用のある洗浄溶液を使用して、2流体洗浄(第1の化学的洗浄)を行い、さらに、第2の化学的洗浄を行った。第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代は実施例11および12において、それぞれ0.2nm・1.0nmとした。実施例11および12は、SOI層の膜厚の規格を満足し、ヘイズレベルは良好で、パーティクルレベルは実施例1に比べてより改善されており、2流体洗浄(第1の化学的洗浄)および第2の化学的洗浄を行うことがパーティクルの低減に一層効果的であることが確認できた。
以上実施例1〜12の結果から、本発明のSOIウエーハの洗浄方法を用いることで、SOI層の膜厚の規格を満足でき、ヘイズレベル・パーティクルレベルともに良好なSOIウエーハを製造できることが確認できた。
前記実施例1〜12で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、それぞれ同条件で再洗浄を行ったのが実施例13〜24である。
実施例13〜24についてはいずれもSOI層の膜厚の規格を満足し、ヘイズレベルおよびパーティクルレベルも良好であった。
また、実施例13〜16では、SOI層の膜厚は減少せず、ヘイズレベルも悪化せず、それぞれ製造時に近いパーティクルレベルにまで復元することができた。また、2流体洗浄の前にオゾン洗浄を行った実施例14〜16は、2流体洗浄のみの実施例13に比べてパーティクルレベルの改善がみられ、さらに、実施例14〜16の中でもオゾン洗浄のオゾン水の温度を50℃とした実施例16でパーティクルレベルの一層の改善が見られた。
さらに、オゾン洗浄・2流体洗浄・化学的洗浄を行った実施例17および実施例18では、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力おさえて、パーティクルレベルをより一層改善することができた。
また、2流体洗浄・化学的洗浄を行った実施例19〜24では、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力おさえて、パーティクルレベルをより一層改善することができた。
以上実施例13〜24の結果から、在庫として保管していたSOIウエーハを出荷前に再洗浄する際においても、本発明のSOIウエーハの洗浄方法が、SOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を極力おさえながら、SOIウエーハ表面に付着した不純物等を十分に低減でき、効果的であることが確認できた。
比較例1においては、前記実施例4で製造したSOIウエーハを6ヶ月間在庫として保管した後、再洗浄としてRCA洗浄を行ったが、エッチング作用によりSOI層の膜厚が4nm減少して規格外となってしまった。また、ヘイズレベルも30ppbと非常に悪い値となった。
比較例2,3でSOIウエーハの再洗浄に用いた超音波洗浄およびブラシ洗浄は、いずれもエッチング作用を有しないためSOI層の膜厚の減少およびヘイズレベルの悪化を引起さなかったものの、洗浄力が不十分でパーティクルレベルが不良となった。
以上の結果から明らかなように、本発明の洗浄方法を用いれば、SOI層の膜厚の減少を極力おさえヘイズレベルを悪化させることなく、SOIウエーハ表面の不純物等を十分に低減できる。
また、このような特徴を有する洗浄方法であるので、製造後に在庫として保管しておいたSOIウエーハの出荷前の再洗浄に特に好適に用いることができる。
尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (8)

  1. 絶縁体上にシリコン薄膜を形成させたSOIウエーハの洗浄方法であって、SOIウエーハに二酸化炭素が添加された液体と窒素又は空気をノズルで混合して噴射することで洗浄する2流体洗浄を行い、該2流体洗浄の後にエッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことを特徴とするSOIウエーハの洗浄方法。
  2. 請求項1の洗浄方法により、洗浄済みのSOIウエーハを保管後に再洗浄することを特徴とする請求項1に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
  3. 前記2流体洗浄の前にオゾン洗浄を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
  4. 前記オゾン洗浄におけるオゾン水の温度を50℃以上とすることを特徴とする請求項3に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
  5. 前記2流体洗浄として、前記液体をエッチング作用のある洗浄液とし、エッチング代を1.0nm以下とする化学的洗浄を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
  6. 前記2流体洗浄として、前記液体をエッチング作用のある洗浄液とし、第1の化学的洗浄を行い、該2流体洗浄の後に、第2の化学的洗浄を行って、第1および第2の化学的洗浄による総エッチング代を1.0nm以下とすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
  7. 前記液体を、純水とすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
  8. 前記化学的洗浄をアンモニア水と過酸化水素水および水の混合水溶液を用いて行うことを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載のSOIウエーハの洗浄方法。
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