(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウェハの表面を研磨した際に表面に作用する応力により形成された凸状の欠陥を適切に除去可能な半導体ウェハの洗浄方法を提供すること。【解決手段】シリコンウェハ表面１１をスラリー研磨すると、一部がシリコンウェハ内に存在し残りの部分がシリコンウェハ表面１１から凸状に盛り上がった形状の欠陥が形成されるが、これをオゾンガス２により酸化してシリコン酸化膜１０Ａおよび酸化欠陥１２Ａを形成し、この後、洗浄ガス３をシリコンウェハ表面１１に噴射してエッチングし、酸化された欠陥箇所と酸化膜を溶解除去する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの表面を研磨した際に前記表面に作用する応力により形成された凸状の欠陥を除去する半導体ウェハの洗浄方法であって、
オゾンを含む気体により前記半導体ウェハの表面および前記欠陥を酸化させて酸化膜を形成する酸化処理と、
前記酸化処理の後、フッ化水素を含む気体により前記半導体ウェハの表面をエッチングして前記酸化膜を溶解除去する気相エッチング処理と、
を備えることを特徴とする半導体ウェハの洗浄方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体ウェハの洗浄方法であって、
前記気相エッチング処理では、前記酸化膜における前記半導体ウェハの裏面側の所定膜厚部分を残すように前記酸化膜を溶解除去する
ことを特徴とする半導体ウェハの洗浄方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の半導体ウェハの洗浄方法により洗浄されたことを特徴とする半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの洗浄方法、および、半導体ウェハに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、研磨スラリーを利用して半導体シリコンウェハを研磨する方法として、例えば、１次研磨工程と、２次研磨工程と、仕上げ研磨工程と、を備えた方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
また、半導体シリコンウェハ表面の酸化膜にフッ化水素を含む水溶液を噴射して酸化膜をエッチングして洗浄除去する方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７３６８６号公報
【特許文献２】特開２００６−３５１７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１のようなスラリー研磨を行う際、スラリー中に異物が混入されていると、半導体ウェハの表面に局所的な応力が加わり、変質したシリコン（以下、変質シリコンと称す）が凸状の欠陥として発生することが確認されている。また、変質シリコンは、シリコン酸化膜よりもエッチングレートが低いことが確認されている。
この欠陥を除去するために、特許文献２に記載のような方法を用いることが考えられる。しかしながら、上記のように変質シリコンのエッチングレートがシリコン酸化膜より低いため、変質シリコンを除去可能な条件でエッチングすると、変質シリコンの欠陥のみが除去され、半導体ウェハの表面に大きな凹状の溝が形成されてしまうという問題が挙げられる。
また、フッ酸を噴霧する場合は、フッ化水素を含む気体を噴射する場合に比べて不純物の含有量が多いため、半導体シリコンウェハ表面に付着するパーティクルなどの付着物の量が多くなってしまうという問題が挙げられる。
【０００５】
本発明の目的は、半導体ウェハの表面を研磨した際に前記表面に作用する応力により形成された凸状の欠陥を適切に除去可能な半導体ウェハの洗浄方法、および、半導体ウェハを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の半導体ウェハの洗浄方法は、半導体ウェハの表面を研磨した際に前記表面に作用する応力により形成された凸状の欠陥を除去する半導体ウェハの洗浄方法であって、オゾンを含む気体により前記半導体ウェハの表面および前記欠陥を酸化させて酸化膜を形成する酸化処理と、前記酸化処理の後、フッ化水素を含む気体により前記半導体ウェハの表面をエッチングして前記酸化膜を溶解除去する気相エッチング処理と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、オゾンを含む気体により半導体ウェハの表面および欠陥を酸化するので、オゾンを含む液体により酸化する場合に比べて高濃度のオゾンを半導体ウェハの表面および欠陥に接触させることができる。このため、欠陥および欠陥以外の部分を略等しい酸化レートで酸化させることができ、半導体ウェハの表面全体に酸化膜を形成することができる。
また、酸化処理の後、半導体ウェハの表面にフッ化水素を含む気体を噴射することで、酸化された欠陥箇所とその他の酸化膜をエッチングして溶解除去できる。よって、半導体ウェハの表面を欠陥のない略平滑な平面とすることができる。
さらに、オゾンを含む気体による酸化処理と、フッ化水素を含む気体による気相エッチング処理とで洗浄するので、洗浄処理の全てを気相で行うことができ、半導体ウェハの表面の付着物を少なくすることができる。
【０００８】
本発明の半導体ウェハの洗浄方法では、前記気相エッチング処理では、前記酸化膜における前記半導体ウェハの裏面側の所定膜厚部分を残すように前記酸化膜を溶解除去する構成が好ましい。
この発明では、気相エッチング処理の際、酸化膜を若干残留させることで、酸化されていない半導体ウェハの露出を防ぐことができる。このため、付着物の影響を受けやすい酸化されていない半導体ウェハの露出を防ぐことができ、洗浄後に半導体ウェハの表面に付着物が付着することを防止できる。
【０００９】
本発明の半導体ウェハは、上述の半導体ウェハの洗浄方法により洗浄されたことを特徴とする。
この発明では、半導体ウェハの表面に欠陥および付着物が極めて少ないので、半導体ウェハがデバイス特性に悪影響を与えるおそれをなくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１に基づいて本実施形態におけるシリコンウェハ１について説明する。図１には、本実施形態におけるシリコンウェハの模式図が示されている。
半導体シリコンウェハとしてのシリコンウェハ１のシリコンウェハ表面１１には、例えば、シリコンウェハ表面１１をスラリー研磨すると、一部がシリコンウェハ１内に存在し、残りの部分がシリコンウェハ表面１１から凸状に盛り上がった形状の欠陥１２が形成される場合がある。
この欠陥１２は、スラリー中の異物などが原因で局所的に応力が集中して、シリコンの結晶構造が変化して体積膨張することで形成される。
なお、実施形態の説明を容易にするために欠陥１２の大きさを実際より大きく表現している。
【００１１】
図２に基づいて本実施形態におけるシリコンウェハ１の洗浄方法を説明する。図２には、本実施形態における各工程のシリコンウェハの模式的な断面図が示されている。
【００１２】
（酸化処理）
図２（Ａ）に示すように、酸化処理では、オゾンを含む気体としてのオゾンガス２をシリコンウェハ１に噴射する。これにより、シリコンウェハ１のシリコンウェハ表面１１側がオゾンにより酸化されて、シリコン酸化膜１０Ａが形成される。このとき、オゾンガス２はオゾン水溶液より高濃度に調製できるため、オゾンガス２による酸化処理はオゾン水溶液にて酸化処理する場合より酸化力が強い。このため、オゾン水溶液では酸化されない欠陥１２までもが酸化されて酸化欠陥１２Ａとなる。なお、シリコンウェハ１におけるシリコン酸化膜１０Ａ以外の部分を、非酸化シリコン基板１０Ｂと称す。
【００１３】
（気相エッチング処理）
図２（Ｂ）に示すように、酸化処理の後、シリコンウェハ表面１１にフッ化水素を含む気体としての洗浄ガス３を噴射して気相エッチング処理を行う。これにより、酸化欠陥１２Ａとシリコン酸化膜１０Ａとが同時にエッチングされる。
このとき、エッチングレートは酸化欠陥１２Ａがシリコン酸化膜１０Ａより若干高いため、酸化欠陥１２Ａがシリコン酸化膜１０Ａより大きくエッチングされ溶解除去されるので、凸形状の酸化欠陥１２Ａが平面形状のシリコン酸化膜１０Ａと略同じ平面形状となり、シリコンウェハ表面１１全体は略平滑な平面となる。
なお、エッチングする際、酸化欠陥１２Ａとシリコン酸化膜１０Ａとを若干残留させることで、非酸化シリコン基板１０Ｂの露出を防ぐのが好ましい。これにより、付着物の影響を受けやすい非酸化シリコン基板１０Ｂが露出しないので、洗浄後の付着物の付着量を低減できる。
【００１４】
（実施形態の作用効果）
（１）酸化処理では、オゾンを含むオゾンガス２をシリコンウェハ１に噴射するので、オゾン水溶液を噴霧する場合に比べて、高濃度のオゾンをシリコンウェハ表面１１に接触させることができる。
このため、オゾン水溶液の噴霧では酸化されない欠陥１２をオゾンガス２噴射により酸化し、酸化欠陥１２Ａとすることができる。
また、オゾンガス２による気相での酸化処理を行うので、オゾン水溶液による液相での酸化処理に比べて付着物による汚染のおそれをなくすことができる。
気相エッチング処理では、洗浄ガス３を噴射してエッチングを行う。この場合、エッチングレートは酸化欠陥１２Ａがシリコン酸化膜１０Ａより若干高いため、酸化欠陥１２Ａがシリコン酸化膜１０Ａより大きくエッチングされ溶解除去されるので、凸形状の酸化欠陥１２Ａを平面形状のシリコン酸化膜１０Ａと略同じ平面形状とすることができる。よって、シリコンウェハ表面１１全体を略平滑な平面とすることができる。
また、洗浄ガス３による気相エッチング処理を行うので、フッ酸による液相エッチング処理に比べて付着物による汚染のおそれをなくすことができる。
【００１５】
（２）気相エッチング処理の際、酸化欠陥１２Ａとシリコン酸化膜１０Ａとを若干残留させることで、非酸化シリコン基板１０Ｂの露出を防ぐことができる。このため、付着物の影響を受けやすい非酸化シリコン基板１０Ｂの露出を防ぐことができ、洗浄後にシリコンウェハ表面１１に付着物が付着することを防止できる。
【００１６】
（３）シリコンウェハ表面１１は、オゾンガス２により気相で酸化処理され、その後、洗浄ガス３により気相エッチング処理されるので、液相での洗浄処理がない。このため、シリコンウェハ表面１１に付着物をほとんど付着させることなく洗浄することができる。
【００１７】
（４）シリコンウェハ１は、シリコンウェハ表面１１に付着物の少ない略平滑な表面形状を形成するので、シリコンウェハ１がデバイス特性に悪影響を与えるおそれをなくすことができる。
【００１８】
（実施形態の変形例）
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
【００１９】
すなわち、本実施形態では、オゾンガス２により酸化するとしたが、これに限らず、酸化欠陥１２Ａとシリコン酸化膜１０Ａとを形成できる気体であればいずれでもよい。
【００２０】
本実施形態では、フッ化水素を含む洗浄ガス３によりエッチングするとしたが、これに限らず、酸化欠陥１２Ａとシリコン酸化膜１０Ａとをエッチングでき、かつ、酸化欠陥１２Ａのほうがシリコン酸化膜１０Ａより若干高いエッチングレートとなる気体であればいずれでもよい。
【００２１】
本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【実施例】
【００２２】
本実施形態の効果を説明するための実施例および比較例について説明する。
［実験方法］
【００２３】
〔比較例１〕
酸化処理は、温度２３℃、濃度１５ｐｐｍのオゾン水溶液をシリコンウェハ表面１１に流量１リットル／分で１５秒間噴霧することで行った。
また、液相エッチング処理は、温度２３℃、濃度１ｗｔ％のフッ酸をシリコンウェハ表面１１に流量１リットル／分で３秒間噴霧することで行った。
【００２４】
〔比較例２〕
比較例１と同様の酸化処理を行った。
また、液相エッチング処理は、温度２３℃、濃度１ｗｔ％のフッ酸をシリコンウェハ表面１１に流量１リットル／分で６０秒間噴霧することで行った。
【００２５】
〔比較例３〕
酸化処理は、温度２６℃、濃度１２０ｍｇ/ｍ３のオゾンガス２をシリコンウェハ表面１１に噴射圧力１０６ｋＰａで４０秒間噴射することで行った。
また、液相エッチング処理は、比較例２と同様に行った。
【００２６】
〔実施例１〕
比較例１と同様の酸化処理を行った。
また、気相エッチング処理は、窒素ガスに濃度２３ｇ/ｍ３のフッ化水素を含む混合ガスを洗浄ガス３としてシリコンウェハ表面１１に噴射圧力１０１ｋＰａで６０秒間噴射することで行った。
【００２７】
［実験結果］
図３には、洗浄後のシリコンウェハ表面における単位面積当たりの表面形状の割合が示されている。
図３について説明すると、Ｒｉｄｇｅ（リッジ）はシリコンウェハ表面１１の変質シリコンで構成される欠陥１２のことであり、Ｓｃｒａｔｃｈ（スクラッチ）はシリコンウェハ表面１１の欠陥１２の箇所がエッチングされて欠陥１２が凹状に形成されたものであり、消滅は略平滑な平面のことである。
縦軸は、研磨直後のリッジ個数全体を１００％として、それらのリッジがリッジ、スクラッチおよび消滅のそれぞれに変化した個数の割合を示している。横軸には、比較例１、比較例２および実施例１の方法で洗浄したものを示している。
【００２８】
これより、比較例１では、約９８％がリッジのまま存在している。そして比較例２では、液相エッチング時間が３秒から６０秒まで延長されることで、欠陥１２が凹状になり、リッジがスクラッチへと移行している。その結果、比較例２はリッジが約３５％とスクラッチが約６０％となっている。
【００２９】
実施例１と比較例３とでは、オゾンガス２によりシリコンウェハ表面１１を酸化処理してシリコン酸化膜１０Ａと酸化欠陥１２Ａとを形成し、その後、気相エッチング処理を行いシリコン酸化膜１０Ａと酸化欠陥１２Ａとをエッチングして溶解除去している。その結果、スクラッチが発生せずにリッジから消滅へと移行していることがわかった。
また、高濃度オゾンガス２によりシリコン酸化膜１０Ａと酸化欠陥１２Ａとが形成されるので、気相エッチング処理により、大部分のリッジが消滅へと移行していることがわかった。
これより、実施例１と比較例３との洗浄方法は、シリコンウェハ表面１１のリッジを除去することができ、その大部分を略平滑な平面とすることができることが確認できた。
【００３０】
図４には、洗浄後にシリコンウェハ表面に付着している付着物の量が相対的な割合で示されている。
図４について説明すると、縦軸は比較例２の洗浄を行った一例におけるシリコンウェハ表面１１に付着している付着物（金属粒子など）量を１００％とした場合の割合を示している。
これによると、比較例１については、付着物量が比較例２の２０％以下となっていることから、液相エッチング処理を長時間行ったものは非常に付着物量が多くなることがわかった。
また、比較例３は、比較例２の付着物量と略同等であった。このことから、付着物量は、液相エッチング処理の処理時間によって大きく影響を受けることがわかった。
一方、実施例１では、酸化処理と気相エッチング処理とがともに気相での処理となるため、非常に付着物量が少なく、比較例２のわずか９％程度である。
これより、シリコンウェハ１の洗浄は液相エッチング洗浄より気相エッチング洗浄のほうが好ましいことがわかった。
【００３１】
図５には、（Ａ）洗浄前後のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）の粒径が６０ｎｍ以上の場合の洗浄後の粒径が示され、（Ｂ）洗浄前後のＬＰＤの粒径が３５〜６０ｎｍの場合の洗浄後の粒径が示されている。
図５について説明すると、横軸は洗浄前の欠陥箇所の粒径を示し、縦軸は洗浄後の欠陥箇所の粒径を示している。
これによると、図５（Ａ），（Ｂ）ともに実施例１（比較例３も同等）、比較例２、比較例１の順に洗浄後の欠陥箇所の粒径が小さくなっていることがわかった。よって、実施例１（比較例３も同等）、比較例２、比較例１の順に欠陥箇所を除去若しくは縮小できる能力が高いことがわかった。
また、比較例１，２に比べて実施例１（比較例３も同等）は大幅に洗浄後粒径が縮小していることから、実施例１（比較例３も同等）による洗浄方法は、卓越した欠陥除去能力を有していることが確認できた。
よって、付着物量、欠陥除去等を踏まえると実施例１の洗浄方法が最も好ましいことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の洗浄方法は、半導体ウェハの表面の欠陥を除去する洗浄方法であるため、半導体ウェハの洗浄装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態におけるシリコンウェハの模式図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は断面図。
【図２】前記実施形態における各工程のシリコンウェハの模式的な断面図であり、（Ａ）は酸化処理後、（Ｂ）は液相エッチング処理後を示す。
【図３】本発明の実施例における洗浄後のシリコンウェハ表面における単位面積当たりの各種表面形状の割合を示すグラフ。
【図４】前記実施例における洗浄後にシリコンウェハ表面に付着している付着物の量を相対的な割合で示すグラフ。
【図５】前記実施例における洗浄前後のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）の粒径を示すグラフであり、（Ａ）は洗浄前のＬＰＤの粒径が６０ｎｍ以上の場合、（Ｂ）は洗浄前のＬＰＤの粒径が３５〜６０ｎｍの場合を示す。
【符号の説明】
【００３４】
１…シリコンウェハ（半導体ウェハ、半導体シリコンウェハ）
２…オゾンガス（オゾンを含む気体）
３…洗浄ガス（フッ化水素を含む気体）
１０Ａ…シリコン酸化膜（酸化膜）
１０Ｂ…非酸化シリコン基板
１１…シリコンウェハ表面（表面）
１２…欠陥
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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