JP5029234B2

JP5029234B2 - エピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP5029234B2
Application number: JP2007228716A
Authority: JP
Inventors: 信司中原; 正人坂井; 敬幸土肥
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: JP2008088051A; US20080057324A1; US9340900B2

Description

本発明は、エピタキシャルウェーハおよびその製造方法に関するものである。

シリコンウェーハを用いて製造されるデバイス基板は、デバイスのコスト低減化を図る等の理由から微細化される傾向にある。それに伴って、ウェーハの、表面ラフネス及び、フラットネスに対する要求も年々厳しくなり、ＬＰＤ（Light Point Defect）についても、サイズの縮小と個数の低減が一段と求められている。

従来から使用されているシリコン基板は、（１００）結晶（主表面が（１００）面となるシリコンウェーハ：｛１００｝ウェーハが採取される結晶）のエピタキシャルウェーハを用いて製造したものが主流である。しかし近年、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、他ＭＯＳ構造デバイスであるＭＰＵ、ロジックアレイ等に使用するのに好適な次世代の基板として、（１１０）結晶（主表面が（１１０）面となるシリコンウェーハ：｛１１０｝ウェーハが採取される結晶）のエピタキシャルウェーハを用いて製造した基板が注目されている（例えば特許文献１）。特に、８インチ以上の両面研磨｛１１０｝基板において、コスト低減とデバイス特性の向上を両立すべく検討が加えられている。

（１００）結晶のエピタキシャルウェーハは、平坦度（表面ラフネス）に優れ、ＬＰＤの最小検出感度が１００ｎｍ以下である。しかし、（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハは、（１００）結晶のエピタキシャルウェーハに比べて、表面ラフネスが劣る。そのため、ＬＰＤ検出サイズの限界値が大きくなるので、小サイズのＬＰＤは検出できない。ＬＰＤが主表面に多くある場合には、デバイス作製時のリーク不良という問題がある。（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハが（１００）結晶のエピタキシャルウェーハに比べて、表面ラフネスが劣り、ＬＰＤの検出限界サイズが大きくなる理由は、原子配列等の物性上の相違に起因するものと考えられる。

ウェーハの表面ラフネスを基板と同程度に改善するための方法としては、例えば特許文献２に記載されているように、エピタキシャル成長後に主表面を鏡面加工して、エピタキシャル成長により発生したクラウン等の欠陥を除去し、塵埃の発生を防止する方法が知られている。

上記の方法は、ＬＰＤのサイズが１００ｎｍ以下での製品品質が要求される場合において、エピタキシャル成長後の表面の状態により、研磨後のLPDの状態、表面ラフネス及びフラットネスの品質が変化することがある。
特に、（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハの場合には、エピタキシャル後の表面ラフネスが（１００）結晶より劣っているため、エピタキシャル成長後に鏡面加工を行なっても、表面ラフネスおよびフラットネスを十分に向上させることはできない。

レーザ光を用いてウェーハ主表面に存在するＬＰＤを計測する場合、表面ラフネスの良否がＬＰＤ計測時の検出ノイズに大きく影響する。具体的には、表面ラフネスが劣るほどＬＰＤ計測時の検出ノイズが大きくなる。そのため、従来の（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハは、表面表面ラフネスが劣るため、せいぜい１００ｎｍ程度までのサイズのＬＰＤしか計測することができないのが現状である。これでは、ＬＰＤのサイズ１００ｎｍ以下が要求される、次世代の（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハ主表面に存在するＬＰＤを正確に検出することは困難である。

エピタキシャル層の形成後の研磨量を多くすると、ウェーハ面の厚さの分布が不均一となり、フラットネスを悪化させるため好ましくない。他方、エピタキシャル層形成後の研磨量が少ないと、表面ラフネスが大きく、ＬＰＤの検出限界サイズが１００ｎｍより大きくなり、サイズの小さいＬＰＤは計測できない。
特開２００１−２５３７９７号公報特公平８−１７１６３号公報

本発明の目的は、エピタキシャル成長工程と表面研磨工程の間に、ウェーハの主表面を特定の処理液で低温酸化膜形成処理する工程を具えることにより、ＬＰＤの検出限界サイズの縮小化を図ることができるエピタキシャルウェーハの製造方法、およびこの方法により製造したエピタキシャルウェーハを提供することにある。

本発明は、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
両面研磨された｛１１０｝ウェーハであるシリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコンをエピタキシャル成長させる工程と、
前記ウェーハの主表面をオゾンおよび／または過酸化水素水とされる酸化剤を含む処理液で１００℃以下の温度で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、膜厚０．５〜３．０ｎｍの範囲である酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理工程と、
表面研磨量を０．１〜１．０μｍの範囲とするように前記主表面を鏡面研磨する表面研磨工程とを具えることにより上記課題を解決した。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、上記のいずれか記載の製造方法によりレーザ光を計測に使用するＬＰＤ検査装置で計測ノイズが大きくなりすぎない表面ラフネスとして、主表面上で検出されるＬＰＤの最小サイズを６５ｎｍ以下とすることが可能である。
本発明のエピタキシャルウェーハの製造方法は、エピタキシャルウェーハの製造方法であって、シリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコンをエピタキシャル成長させる工程と、前記ウェーハの主表面を特定の処理液で１００℃以下の温度で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、所定膜厚の酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理工程と、前記主表面を鏡面研磨する表面研磨工程とを具えることを特徴とする。
本発明は、前記酸化膜の所定膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ（５〜３０オングストローム）の範囲であることができる。
本発明の前記特定の処理液は、酸化剤を含む液であることができる。
本発明は、前記酸化剤がオゾンおよび／または過酸化水素水であることができる。
本発明は、前記ウェーハ平坦化前処理工程に先立ち、ふっ酸含有溶液で自然酸化膜を除去する工程をさらに具えることができる。
本発明は、前記シリコン単結晶ウェーハは、両面研磨された｛１１０｝ウェーハであることができる。
本発明は、前記表面研磨工程は、ウェーハの主表面のみまたは表裏面の双方に鏡面研磨を施す工程であることができる。
本発明は、前記表面研磨工程に先立ち、ウェーハのエッジ部表面を鏡面研磨するエッジ研磨工程をさらに具えることができる。
本発明は、前記ウェーハ平坦化前処理工程は、前記エピタキシャル成長工程と前記エッジ研磨工程の間と、前記エッジ研磨工程と前記表面研磨工程の間のうちの少なくとも一方で行なうことができる。
本発明のエピタキシャルウェーハは、上記のいずれかに記載の製造方法により製造したエピタキシャルウェーハであって、主表面上で検出されるＬＰＤ（ＬｉｇｈｔＰｏｉｎｔＤｅｆｅｃｔ）の最小検出サイズ（検出限界サイズ）が１００ｎｍ以下であることができる。
本発明のエピタキシャルウェーハは、上記のいずれかに記載の製造方法により製造したエピタキシャルウェーハであって、主表面上に存在するＬＰＤの検出サイズ（検出されるＬＰＤのサイズ）が１００ｎｍ以下であることができる。

この発明は、エピタキシャル成長工程と表面研磨工程の間に、前記ウェーハの主表面を特定の処理液で１００℃以下の低温で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、所定膜厚の酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理工程をさらに具える。これにより、ＬＰＤの検出限界サイズを縮小できるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能になった。

また、この発明の方法により製造したエピタキシャルウェーハは、（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハである場合も、主表面上に存在して検出されるＬＰＤのサイズが１００ｎｍ以下であるので、レーザ光を用いてウェーハ主表面に存在するＬＰＤを計測するウェーハ表面検査装置で、ＬＰＤのサイズや個数を十分に正確に計測することができる。

以下、本発明に係るエピタキシャルウェーハの製造方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、従来の製造方法によってエピタキシャルウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。

従来のエピタキシャルウェーハの製造方法は、例えば図１に示すように、シリコン単結晶インゴットをスライシングしてウェーハを形成した後、スライシングしたウェーハの主表面を化学的にエッチングし、その後、化学研磨により表面鏡面加工を施す。次いで、水素雰囲気中で、例えば１１５０℃で加熱したウェーハ主表面に、４塩化けい素、モノシラン（ＳｉＨ_４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）のようなシリコン化合物とキャリアガスの混合物を導入し、分解したシリコン原子を用いて、シリコンウェーハ上に例えば２〜３０μｍ厚の単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させる。その後、単結晶シリコン層を形成したウェーハの主表面を再度、化学研磨により表面鏡面加工することによりエピタキシャルウェーハを製造する。

しかし、このような従来の方法では、エピタキシャル成長後の表面状態により、研磨後のＬＰＤの品質が左右され、良好な製品を得ることができない。

そこで、本発明者らは、ＬＰＤの検出サイズを縮小するため鋭意検討を行ったところ、エピタキシャル成長工程と表面研磨工程の間に、前記ウェーハの主表面を特定の処理液、好適には、オゾンおよび／または過酸化水素水のような酸化剤を含む液で１００℃以下の低温で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、所定膜厚の酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理を行い、（ここでは、上記の処理工程をウェーハ平坦化前処理工程という）その後、表面研磨加工を行うことにより、ウェーハ主表面に存在するＬＰＤの検出サイズを縮小化できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明に従うエピタキシャルウェーハの製造方法は、シリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコンをエピタキシャル成長させる工程と、該主表面を鏡面研磨する表面研磨工程とを具えるエピタキシャルウェーハの製造方法であって、前記エピタキシャル成長工程と前記表面研磨工程の間に、前記ウェーハの主表面を特定の処理液で１００℃以下の温度で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、所定膜厚の酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理工程をさらに具える。

上記ウェーハ平坦化前処理工程において、ウェーハが１００℃以下の低温で処理されるのは下記の理由による。１００℃を超える温度での処理では、処理前にウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去する効果も大きく向上しない。このため高温熱処理による、酸化工程を行うことは好ましくない。そこで、ウェーハ平坦化前処理工程における処理温度を１００℃以下とした。

図２は、この発明にかかる製造方法によってエピタキシャルウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。

図２に示すエピタキシャルウェーハの製造方法では、シリコン単結晶インゴットをスライシングして所定厚さのウェーハを形成した後、スライシングしたウェーハの主表面を化学的にエッチングし、その後、化学研磨により表面鏡面加工を施す。次いで、水素雰囲気中で、１０００℃〜１１８０℃、例えば１１００℃で加熱したウェーハ主表面に、シリコン化合物とキャリアガスの混合物を導入し、分解したシリコン原子によってシリコン単結晶層をシリコンウェーハ上にエピタキシャル成長させ、例えば１〜５μｍ未満の厚さの単結晶シリコン層を形成する。前記シリコン化合物としては、４塩化けい素、モノシラン（ＳｉＨ_４）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、ジクロルシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）のようなシリコン化合物を使用できる。次いで、ウェーハ平坦化前処理工程を行なって所定膜厚の酸化膜を形成し、その後、ウェーハの主表面を再度、化学研磨により表面鏡面加工を行なうことにより、エピタキシャルウェーハを製造することができる。

図３は、本発明の他の実施形態を示したものである。
この例では、前記表面研磨工程に先立ち、ウェーハのエッジ部表面を鏡面研磨するエッジ研磨工程をさらに具える。この実施形態は、特に高精度化の観点から、ウェーハのエッジ領域におけるエピタキシャル層の膜厚異常を是正する必要がある場合に好適である。

図４は、本発明の別の実施形態を示したものであって、前記ウェーハ平坦化前処理工程は、前記エピタキシャル成長工程と前記エッジ研磨工程の間と、前記エッジ研磨工程と前記表面研磨工程の間の双方に行なう例を示す。この実施形態は、表面ラフネスをより向上させる必要がある場合に好適である。

図５は、本発明の他の実施形態を示したものであって、エピタキシャル成長後に行なう表面研磨工程を、ウェーハの表裏面の双方に鏡面研磨を施す工程とする実施形態である。この実施形態は、特に高精度化の観点から、エピタキシャル成長時のシリコン化合物ガスのようなプロセスガスのウェーハ裏面への回り込みを是正する必要がある場合に好適である。

図２〜図５の方法では、必要に応じて各工程間で洗浄を行なうことができる。また、エピタキシャル成長後に行なう表面研磨工程での表面研磨量は、表面研磨手法（主表面研磨のみ、両面（主表面と裏面）研磨のみ、両面（主表面と裏面）研磨と主表面研磨の両方）によって、程度の差が生じる。いずれの表面研磨手法を用いる場合も、表面研磨量は０．１〜１．０μｍの範囲とすることが好ましい。前記研磨量が０．１μｍ未満では、ウェーハ平坦化前処理工程で形成した酸化膜を完全に除去するのが難しい。表面研磨量が1.0μｍを超えると、研磨量が多すぎるため、十分なフラットネスが得られず、また、生産性を低下させる。

前記酸化膜の所定膜厚は、０．５〜３．０ｎｍ（５〜３０オングストローム）の範囲であることが好ましい。前記酸化膜の所定膜厚が０．５ｎｍ（５オングストローム）よりも薄いと、研磨にてパーティクルによるキズが発生しやすくなる。キズをなくすため、研磨時間を短くすると、酸化膜形成による表面ラフネスの向上効果が十分に得られない。前記酸化膜の所定膜厚が３．０ｎｍ（３０オングストローム）よりも厚いと、酸化膜の研磨レートはシリコンより遅いため、研磨時間を長くする必要があり、面内の研磨レートのバラツキと酸化膜厚のバラツキによりフラットネスが劣化し、更に研磨処理に時間がかかるため望ましくない。

前記特定の処理液は、オゾンおよび／または過酸化水素水のような酸化剤を含む液であることが好ましい。

前記酸化膜の膜厚は、例えば、洗浄処理液の成分濃度、洗浄時間／温度によって調整することができる。オゾンならば５ｐｐｍ〜４０ｐｐｍを含んだ超純水にて、１０度〜３０度の水温で、１０秒〜２０分の処理するのが好ましい。

酸化膜の研磨レートはシリコンより遅く、研磨処理時間がかかる点から、前記ウェーハ平坦化前処理工程に先立ち、ふっ酸含有溶液で自然酸化膜を除去する工程をさらに具えることがより好適である。

なお、この発明の製造方法を用いてエピタキシャルウェーハを製造した場合、｛１００｝ウェーハや｛１１１｝ウェーハであっても、ＬＰＤの検出サイズの縮小化の効果は認められるが、特に、｛１１０｝ウェーハの場合に、ＬＰＤの検出サイズの縮小化に顕著な効果がある。

上述した本発明の製造方法により製造したエピタキシャルウェーハでは、波長が３００〜４００ｎｍのレーザー光を用いたＬＰＤ計測装置による計測で、主表面上に存在するＬＰＤの検出されるサイズを１００ｎｍ以下とすることができる。主表面に存在するＬＰＤのサイズは、６５ｎｍ以下とすることが好ましい。

本発明の製造方法により製造したエピタキシャルウェーハは平坦度にすぐれるので、波長が３００〜４００ｎｍのレーザー光を用いたＬＰＤ計測装置による計測で、検出されるＬＰＤのサイズの下限値（検出限界）を１００ｎｍ以下とすることができる。検出されるＬＰＤサイズの下限値は５０ｎｍ以下であることが好ましい。

これにより、本発明の製造方法により製造した（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハは、検出されるＬＰＤのサイズが１００ｎｍ以下、より好適には６５ｎｍ以下と小さくでき、表面ラフネスが優れているので、レーザ光を用いてウェーハ主表面に存在するＬＰＤを計測する場合であっても、ウェーハ主表面に存在するＬＰＤを正確に検出することができる。さらに、（１１０）結晶で＜１１０＞軸を傾けた面である基板を用いて、この発明の製造方法を適用することがさらに好ましい。

実施例は、直径３０５ｍｍのシリコン単結晶インゴットをスライシングして９００μｍ厚さの（１１０）ウェーハを形成した。スライシングしたウェーハの主表面を、アルカリ用液を用いて化学的にエッチングし、その後、コロイダルシリカを用いた化学研磨により表面と裏面を鏡面加工を施した。次いで、水素雰囲気中で、１１３０℃で加熱したウェーハ主表面に、５体積％のトリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）を導入し、分解したシリコン原子により、シリコンウェーハ上に単結晶シリコン層をエピタキシャル成長させ、３μｍ厚の単結晶シリコン層を形成した。次いで、温度１０〜２０℃の５ｐｐｍのオゾン水溶液に１〜１０分間ウェーハを浸漬するウェーハ平坦化前処理工程を行なって膜厚１０オングストロームの酸化膜を形成し、その後、ウェーハの主表面を、０．２μｍの研磨量でコロイダルシリカを用いた化学研磨により化学研磨により表面鏡面加工を行なうことによりエピタキシャルウェーハを製造した。

比較のため、ウェーハ平坦化前処理工程を行なわないこと以外は実施例と同様な方法でエピタキシャルウェーハを製造した。

上記各供試ウェーハの主表面に存在するＬＰＤは、図６に示すようなレーザ光を計測に使用するＬＰＤ検査装置１により計測した。測定では、光源６よりでた波長が３００〜４００ｎｍのレーザー光を反射させ、ウェーハに照射し、ウェーハを回転させながら半径方向に移動させることにより、ウェーハー上の照射部位を移動させ、広角の反射光をミラー集光系５で広角受光器７に導入し、狭角の反射光をレンズ集光系３、４で狭角受光器８に導入し、ＬＰＤのサイズおよび個数を測定した。その計測結果を図７に示す。

図７（ａ），および図７（ｂ）の結果に示されるように、ウェーハ平坦化前処理を行なわない従来例では、検出されるＬＰＤのサイズが８０ｎｍ以上であるのに対し、本発明（実施例）では、検出されるＬＰＤのサイズは６５ｎｍ以下であった。
また、レーザ光を計測に用いるＬＰＤ検査装置１による計測では、従来例は、ＬＰＤのサイズが８０ｎｍよりも小さい場合には、計測ノイズが大きくなりすぎて測定できないのに対し、実施例では、ＬＰＤのサイズが約４５ｎｍまでは精度よく検出および計測できた。これは、本発明の製造方法により製造した（１１０）ウェーハ（｛１１０｝ウェーハ）の表面ラフネスが良好であることに起因するものと考えられる。

この発明において、エピタキシャル成長工程と表面研磨工程の間に、前記ウェーハの主表面を特定の処理液で１００℃以下の低温で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、所定膜厚の酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理工程をさらに具えることにより、表面ラフネスを向上し、ＬＰＤの検出サイズを縮小化でき、ＬＰＤの付着を低減できるエピタキシャルウェーハの製造方法を提供することが可能になった。

また、この発明の方法により製造したエピタキシャルウェーハは、（１１０）結晶のエピタキシャルウェーハである場合も、主表面上に存在するＬＰＤの検出サイズが１００ｎｍ以下であるので、レーザ光を用いてウェーハ主表面に存在するＬＰＤを計測するウェーハ表面検査装置で十分にＬＰＤのサイズや個数を正確に検出および計測することができる。

以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

図１は、従来の製造方法によってエピタキシャルウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。図２は、本発明の製造方法の実施形態によってエピタキシャルウェーハを製造する工程を説明するためのフローチャートである。図３は、本発明の製造方法の他の実施形態を示すフローチャートである。図４は、本発明の製造方法の他の実施形態を示すフローチャートである。図５は、本発明の製造方法の他の実施形態を示すフローチャートである。図６は、実施例でウェーハ主表面のＬＰＤを計測するＬＰＤ検査装置の原理を説明ための図である。図７は、（110）ウェーハにおけるＬＰＤのサイズと個数の計測結果を示すグラフであり、図７（ａ）はウェーハ平坦化前処理を行なわない場合（従来例：比較例）、図７（ｂ）はウェーハ平坦化前処理を行った場合（実施例）である。

符号の説明

１ＬＰＤ検査装置
２ウェーハ
３、４レンズ集光系
５ミラー集光系

Claims

エピタキシャルウェーハの製造方法であって、
両面研磨された｛１１０｝ウェーハであるシリコン単結晶ウェーハの主表面上にシリコンをエピタキシャル成長させる工程と、
前記ウェーハの主表面をオゾンおよび／または過酸化水素水とされる酸化剤を含む処理液で１００℃以下の温度で処理し、前記ウェーハの主表面上に付着したパーティクルを除去しつつ、膜厚０．５〜３．０ｎｍの範囲である酸化膜を形成するウェーハ平坦化前処理工程と、
表面研磨量を０．１〜１．０μｍの範囲とするように前記主表面を鏡面研磨する表面研磨工程とを具えるエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記ウェーハ平坦化前処理工程に先立ち、ふっ酸含有溶液で自然酸化膜を除去する工程をさらに具える請求項１記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記表面研磨工程は、ウェーハの主表面のみまたは主表面と裏面の双方に鏡面研磨を施す工程である請求項１または２記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記表面研磨工程に先立ち、ウェーハのエッジ部表面を鏡面研磨するエッジ研磨工程をさらに具える請求項１〜３のいずれか１項記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
前記ウェーハ平坦化前処理工程は、前記エピタキシャル成長工程と前記エッジ研磨工程の間と、前記エッジ研磨工程と前記表面研磨工程の間のうちの少なくとも一方で行なう請求項４記載のエピタキシャルウェーハの製造方法。
請求項１〜５のいずれか１項記載の製造方法によりレーザ光を計測に使用するＬＰＤ検査装置で計測ノイズが大きくなりすぎない表面ラフネスとして、主表面上で検出されるＬＰＤの最小サイズを６５ｎｍ以下とすることを特徴とするエピタキシャルウェーハの製造方法。