JP6760245B2 - 薄膜soi層を有するsoiウェーハの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1では、SOI層の最終の膜厚調整において、HFとオゾンの混合液を用いたエッチングによる薄膜化が記載されている。また、特許文献2では、SOI層の最終の膜厚調整において、オゾン水によりSOI層表面に酸化膜を形成後、該酸化膜を除去してSOI層膜厚の薄膜化を行っている。また、特許文献3では、SOI層の最終の膜厚調整において、オゾン水+HFによるSOI層膜厚の薄膜化が記載されている。
前記薄膜SOI層として膜厚が20nm以下のSOI層を形成してSOIウェーハを作製した後、
最終薬液洗浄工程として、前記薄膜SOI層の表面に酸化膜を形成可能な洗浄薬液を用いた洗浄を行って前記薄膜SOI層の表面に1nm以上の酸化膜を形成し、
その後、該洗浄で形成した酸化膜を除去することなく、乾燥を行って製品とすることを特徴とする薄膜SOI層を有するSOIウェーハの製造方法を提供する。
また、そのための酸化膜の形成を最終薬液洗浄工程で行うので、酸化膜を形成するための熱処理等のプロセスを別途付加する必要がなく、コストアップを回避できる。
前述したように、本発明者らが洗浄後のSOI層膜厚について鋭意研究を行ったところ、SOI層の表面に形成された自然酸化膜は経過時間に依存して変化する事がわかった。
具体的には、以下のような調査を行って上記変化を見出した。
従来の製造方法で作製され、洗浄されたSOIウェーハを用意し、最終洗浄した直後と、所定時間経過後における自然酸化膜(表面酸化膜)、SOI層の膜厚を測定して調べた。SOIウェーハのSOI層、BOX層の膜厚、最終洗浄条件、膜厚測定条件は以下の通りである。
(SOIウェーハ)SOI層膜厚/BOX層膜厚=12nm/25nm
(最終洗浄条件)SC1 、80℃、5分
(測定条件) エリプソメータ、面内41点測定の平均値
図4に示すように、洗浄後の経過日数が増えるに従い、自然酸化膜の膜厚が徐々に厚くなっていくのが分かる。一方で、図5に示すように、SOI層の膜厚が徐々に薄くなっていくのが分かる。
図6においても、同様に、自然酸化膜の膜厚は徐々に厚くなっていき、SOI層の膜厚は徐々に薄くなっていった。また、例えば70日経過付近を見ると、自然酸化膜の膜厚は約0.2nm増え、SOI層膜厚は0.08nm程度減少していることが分かる。
まず、図1(工程A)に示すように、絶縁層上にSOI層が形成されたSOIウェーハを作製する。
ここで準備するSOIウェーハは、少なくとも絶縁層上に、膜厚が20nm以下のSOI層が形成されたSOI構造を有するウェーハであればよい。例えば、単結晶シリコン等の支持層上に絶縁層が形成され(埋め込み絶縁層:BOX層)、この埋め込み絶縁層上にSOI層が形成された構造を有するウェーハ等が挙げられる。
なお、後述の最終薬液洗浄工程として酸化膜を形成する洗浄を行うので、その洗浄で形成される酸化膜により減厚されるSOI層膜厚を考慮した上で、このSOIウェーハの作製段階(すなわち、最終薬液洗浄工程直前)でのSOI層膜厚調整を行う必要がある。
なお、SOI層膜厚の下限は特に限定されず、0nmより大きければ良い。膜厚が薄ければ薄いほど本発明の有効性は高い。
特には、次に行う最終薬液洗浄工程の前に、HF含有水溶液に浸漬することによって、所定膜厚のSOI層形成後に既にSOI層表面に形成されている自然酸化膜を除去してもよい。これによって、自然酸化膜の表面に付着している汚染物を自然酸化膜ごと除去することができる。
この最終薬液洗浄工程で用いる洗浄薬液としては、例えば、オゾン水、SC1(NH4OHとH2O2の混合水溶液)、SC2(HClとH2O2の混合水溶液)など、SOI層表面に酸化膜を形成可能な薬液であれば特に限定されないが、特にオゾン水であれば比較的緻密な酸化膜が形成されるので、その後の自然酸化膜成長を抑制する効果が高いという利点がある。
図2に、オゾン水による洗浄時間と該洗浄により形成された酸化膜厚(SOI層上の表面酸化膜厚)との関係を示す。予め、希フッ酸による洗浄を行い、その後にオゾン水を用いて洗浄時間を変えて洗浄した。洗浄時間として1分、2分、3分の3パターンを設定した。図2から、前述した結果が得られていることが分かる。
なお、この実験におけるSOIウェーハのSOI層、BOX層の膜厚、洗浄条件、膜厚測定条件は以下の通りである。
(SOIウェーハ)SOI層膜厚/BOX層膜厚= 12nm/25nm
(洗浄条件)
HF溶液(5wt%、3分)→オゾン水(オゾン濃度 12ppm)、25℃、1−3分
(測定条件) エリプソメータ、面内41点測定の平均値
図3に示すように、表面酸化膜の膜厚は70日程度経過しても0.03nm程度しか増えておらず、また、SOI層膜厚は0.03nm程度しか減少していないことが分かる。図6の場合(前述したように0.08nm程度)と比較して格段にSOI層膜厚の変化が抑えられている。
そして、乾燥工程(図1(工程C))を経て、製品として出荷する(図1(工程D))。乾燥方法自体は特に限定されるものではなく、風乾、スピン乾燥等、形成された酸化膜が除去されずに残存させたまま乾燥できる方法であれば良い。乾燥後には、その製品SOIウェーハを出荷ボックスに梱包してクライアントへ出荷する。
しかも、最終薬液洗浄工程中に洗浄薬液で酸化膜を形成することができるので、熱処理工程などの酸化膜を形成するための工程をわざわざ別途に設ける必要もない。それらのプロセスを設ける場合に比べて手間や時間、費用を削減することができる。
したがって、SOI膜厚がより確実に精度高く管理されたSOIウェーハを、コストをかけずにクライアントに提供することができる。
(実施例1)
直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶ウェーハを用い、イオン注入剥離法により、SOI層膜厚/BOX層膜厚=12nm/25nmのSOIウェーハを作製した。そして、最終薬液洗浄工程としてオゾン水による洗浄(オゾン濃度12ppm、3分)を行い、SOI層表面に約1.3nmの酸化膜を形成した。
その後、純水によるリンスを施し、乾燥させた。このとき、SOI層表面の酸化膜は上記膜厚のまま、除去されずに残っていた。これを製品SOIウェーハとし、ウェーハ収納ボックスにSOIウェーハを収納し、クリーンルーム内に70日間放置した。その後にSOI層膜厚を測定し、最終薬液洗浄工程直後の上記膜厚と比較した。
直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶ウェーハを用い、イオン注入剥離法により、SOI層膜厚/BOX層膜厚=12nm/25nmのSOIウェーハを作製した。そして、最終薬液洗浄工程としてSC1による洗浄(80℃、5分)を行った。SOI層表面には、約0.9nmの酸化膜が形成されていた。
その後、純水によるリンスを施し、乾燥させた。このとき、SOI層表面の酸化膜は上記膜厚のまま、除去されずに残っていた。これを製品SOIウェーハとし、ウェーハ収納ボックスにSOIウェーハを収納し、クリーンルーム内に70日間放置した。その後にSOI層膜厚を測定し、最終薬液洗浄工程直後の上記膜厚と比較した。
直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶ウェーハを用い、イオン注入剥離法により、SOI層膜厚/BOX層膜厚=20nm/25nmのSOIウェーハを作製した。そして、最終薬液洗浄工程としてオゾン水による洗浄(オゾン濃度12ppm、1分)を行い、SOI層表面に約1.1nmの酸化膜を形成した。
その後、純水によるリンスを施し、乾燥させた。このとき、SOI層表面の酸化膜は上記膜厚のまま、除去されずに残っていた。これを製品SOIウェーハとし、ウェーハ収納ボックスにSOIウェーハを収納し、クリーンルーム内に70日間放置した。その後にSOI層膜厚を測定し、最終薬液洗浄工程直後の上記膜厚と比較した。
直径300mm、結晶方位<100>のシリコン単結晶ウェーハを用い、イオン注入剥離法により、SOI層膜厚/BOX層膜厚=20nm/25nmのSOIウェーハを作製した。そして、最終薬液洗浄工程としてSC1による洗浄(80℃、5分)を行った。SOI層表面には、約0.9nmの酸化膜が形成されていた。
その後、純水によるリンスを施し、乾燥させた。このとき、SOI層表面の酸化膜は上記膜厚のまま、除去されずに残っていた。これを製品SOIウェーハとし、ウェーハ収納ボックスにSOIウェーハを収納し、クリーンルーム内に70日間放置した。その後にSOI層膜厚を測定し、最終薬液洗浄工程直後の上記膜厚と比較した。
以上の実施例1、2、比較例1、2の各種条件、測定結果を表1にまとめた。
このように本発明によれば、最終薬液洗浄工程直後から長時間経過した後に形成されるSOI層表面の自然酸化膜の成長を抑制できるため、長期間経過後のSOI層膜厚の減厚を、従来(最終工程直後の自然酸化膜の膜厚が1nmよりも薄い場合)に比べて半分以下に低減することができた。
Claims (3)
- 薄膜SOI層を有するSOIウェーハの製造方法であって、
前記薄膜SOI層として膜厚が20nm以下のSOI層を形成してSOIウェーハを作製した後、
最終薬液洗浄工程として、前記薄膜SOI層の表面に酸化膜を形成可能な洗浄薬液を用いた洗浄を行って前記薄膜SOI層の表面に1nm以上の酸化膜を形成し、
その後、該洗浄で形成した酸化膜を除去することなく、乾燥を行って製品とし、該製品のSOIウェーハを出荷ボックスに梱包してクライアントへ出荷することを特徴とする薄膜SOI層を有するSOIウェーハの製造方法。 - 前記酸化膜を形成可能な洗浄薬液をオゾン水とすることを特徴とする請求項1に記載の薄膜SOI層を有するSOIウェーハの製造方法。
- 前記形成する薄膜SOI層の膜厚を15nm以下とすることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の薄膜SOI層を有するSOIウェーハの製造方法。
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