(57)【要約】【課題】半導体ウエーハの製造時における研磨や洗浄を効果的に行なうために半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを定量的に評価する半導体ウエーハの評価方法及び前記評価方法を用いた半導体ウエーハの製造方法を提供する。【解決手段】半導体ウエーハの評価方法であって、少なくとも、半導体ウエーハの表面形状を測定し、該測定したウエーハの表面形状をパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルにおいて、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度を求め、該求めたパワースペクトル密度によって前記半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価することを特徴とする半導体ウエーハの評価方法及び前記方法により前記ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価し、該評価結果に応じて、研磨条件及び／又は洗浄条件を調整することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。【選択図】図１
2006278513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハの評価方法であって、少なくとも、半導体ウエーハの表面形状を測定し、該測定したウエーハの表面形状をパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルにおいて、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度を求め、該求めたパワースペクトル密度によって前記半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価することを特徴とする半導体ウエーハの評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の評価方法であって、前記半導体ウエーハの表面形状を、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することを特徴とする評価方法。
【請求項３】
少なくとも、半導体インゴットをスライスして得られたウエーハを研磨した後に洗浄する半導体ウエーハの製造方法であって、請求項１又は請求項２に記載の方法により前記ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価し、該評価結果に応じて、研磨条件及び／又は洗浄条件を調整することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の製造方法であって、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて前記研磨条件を調整し及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて前記洗浄条件を調整することを特徴とする製造方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の製造方法であって、少なくとも空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度が１×１０−４ｎｍ３以下になるように研磨条件及び洗浄条件の調整を行なうことを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハの評価方法及び製造方法に関するものであり、より詳しくは半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスの評価方法及び前記評価方法を用いた半導体ウエーハの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のデバイスの高集積化、高精度化によりシリコンウエーハへの要求品質はますます高度化しており、特にシリコンウエーハ表面の平坦度や表面粗さを改善することは、デバイスの電気特性を向上するために必要となっている。
【０００３】
すなわち、ウエーハ表面におけるマイクロラフネスが、デバイスの電気特性に影響を与えていることが分かってきており、例えば、マイクロラフネスが大きければ酸化膜耐圧は低下し、更にゲート酸化膜下チャンネルではマイクロラフネスが大きくなると電子の散乱が起こり電子の移動度は小さくなること等が知られている。特に、ウエーハ表面における空間波長が０．０１〜５μｍ程度の凹凸であるヘイズについては、デバイスの電気特性の信頼性試験、特に酸化膜の経時絶縁破壊特性（ＴＤＤＢ）に影響を与えることが分かっている。
【０００４】
従って、今後のデバイスの電気特性を向上させるためには、シリコンウエーハのヘイズ等のマイクロラフネスを改善する必要があり、これらの改善方法が開示されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
一方、ウエーハ表面における空間波長が数ｍｍ〜２０ｍｍ程度の凹凸であるうねりについても、デバイス作製工程におけるフォトリソグラフィーや素子分離等において問題となる。これに対して、ウエーハ裏面の表面形状を測定し、そこからパワースペクトル密度を求め、その空間波長１０ｍｍのパワースペクトル密度を１０μｍ３以下とすることが開示されている（特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５３６６１８号公報
【特許文献２】特許第３３５８５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、半導体ウエーハの製造時における研磨や洗浄を効果的に行なうために半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを定量的に評価する半導体ウエーハの評価方法及び前記評価方法を用いた半導体ウエーハの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明は、半導体ウエーハの評価方法であって、少なくとも、半導体ウエーハの表面形状を測定し、該測定したウエーハの表面形状をパワースペクトルに変換し、このパワースペクトルにおいて、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度を求め、該求めたパワースペクトル密度によって前記半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価することを特徴とする半導体ウエーハの評価方法を提供する（請求項１）。
【０００９】
このように、半導体ウエーハの表面形状を測定し、これをパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルにおいて、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度を求め、これによって半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価すれば、特にウエーハの研磨、洗浄条件の影響が現れ易い空間波長において、パワースペクトル密度により、研磨や洗浄を効果的に行なうためのマイクロラフネスの定量的な評価が可能となる。
【００１０】
この場合、前記半導体ウエーハの表面形状を、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することができる（請求項２）。
このように、半導体ウエーハの表面形状を、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することにより、従来の測定装置を用いて容易に測定を行なうことができ、これをパワースペクトルに変換し、そのパワースペクトル密度により、信頼性の高いマイクロラフネスの評価が可能となる。
【００１１】
また、本発明は、少なくとも、半導体インゴットをスライスして得られたウエーハを研磨した後に洗浄する半導体ウエーハの製造方法であって、上記のいずれかの方法により前記ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価し、該評価結果に応じて、研磨条件及び／又は洗浄条件を調整することを特徴とする半導体ウエーハの製造方法を提供する（請求項３）。
【００１２】
このように、上記のいずれかの方法によりウエーハ表面のマイクロラフネスを評価し、その評価結果に応じて、研磨条件及び／又は洗浄条件を調整すれば、特にウエーハの研磨、洗浄条件の影響が現れ易い空間波長における定量的な評価結果に応じて、ウエーハ表面のマイクロラフネスを向上させるために最適な研磨条件及び／又は洗浄条件に調整して、効果的に研磨及び／又は洗浄を行なって高品質の半導体ウエーハを製造することが可能となる。
【００１３】
この場合、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて前記研磨条件を調整し及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて前記洗浄条件を調整することが好ましい（請求項４）。
このように、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて研磨条件を調整し及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて洗浄条件を調整すれば、各空間波長におけるパワースペクトル密度を効果的に減少させることができ、ウエーハ表面のマイクロラフネスを効果的に向上させることが可能となる。
【００１４】
また、少なくとも空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度が１×１０−４ｎｍ３以下になるように研磨条件及び洗浄条件の調整を行なうことが好ましい（請求項５）。
このように、少なくとも空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度が１×１０−４ｎｍ３以下になるように研磨条件及び洗浄条件の調整を行なえば、ウエーハ表面のマイクロラフネスが十分に小さくなり、近年のデバイスの高集積化、高精度化により要求される電気特性を達成するのに十分なマイクロラフネスの表面を有する半導体ウエーハを製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に従い、半導体ウエーハの表面形状を測定し、これをパワースペクトルに変換し、該パワースペクトルにおいて、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度と及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度を求め、これによって半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価すれば、特にウエーハの研磨、洗浄条件の影響が現れ易い空間波長において、パワースペクトル密度によりマイクロラフネスの定量的な評価が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明に係る半導体ウエーハの評価方法の一例を示す工程図である。
まず、半導体ウエーハを用意する（工程Ａ）。
この半導体ウエーハは、例えばＣＺ法やＦＺ法で育成された、シリコンや他の化合物半導体等の半導体インゴットをスライスし、従来法により面取り、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄等の工程を適宜行なって得られたものであるが、特に限定はされない。
【００１８】
なお、従来の研磨工程では、エッチング工程等の後のウエーハ表面の平坦度を上げるために行う一次研磨（粗研磨）と、ヘイズを低減して鏡面を得ると共に、粗研磨で発生したスクラッチを除去するための仕上げ研磨とを行なうことができる。粗研磨においては、研磨布としてポリエステルフェルト（組織はランダムな構造）にポリウレタンを含侵させたアスカーＣ強度で８０程度の比較的硬質なものを用い、研磨剤としてアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有したものを用いることができる。一方仕上げ研磨においては、研磨布として軟質な発泡ウレタンよりなるスエード調の人工皮革からなるものを用い、研磨剤としてアルカリベースの水溶液にコロイダルシリカを含有したものを用いることができる。
【００１９】
また、洗浄工程では、従来の薬品によるウエーハ表面の異物除去、純水によるリンスの組み合わせからなるＲＣＡ洗浄等の洗浄工程を用いることができる。例えばＲＣＡ洗浄の代表的な工程手順は次のように行なわれる。すなわち、１）ＳＣ−１洗浄（アンモニア：過酸化水素水：水＝１：１：５〜７）、２）純水リンス、３）フッ酸洗浄、４）、純水リンス、５）ＳＣ−２洗浄（塩酸：過酸化水素水：水＝１：１〜２：６〜８）、６）純水リンス、７）スピンドライ、である。純水リンス工程は複数回繰り返す場合もある。
【００２０】
次に、このように用意した半導体ウエーハの表面形状を測定する（工程Ｂ）。
この表面形状の測定方法は特に限定されないが、原子間力顕微鏡法、触針法、光干渉法、位相シフト干渉法、光散乱トポグラフィ法のいずれかで測定することができる。原子間力顕微鏡法で測定する場合には、例えば日立建機ファインテック社製の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いることができる。またその他の方法であっても、表面形状を測定できればよく、従来の測定装置を用いて容易に測定を行なうことができる。測定エリアとしては、例えば１μｍ×１μｍとできるが、特に限定はされない。
【００２１】
次に、このように測定した表面形状をパワースペクトルに変換する（工程Ｃ）。
この場合、例えば測定した表面形状のデータを、イメージメトロロジ社製のソフトウェア「ＳＰＩＰ」によりフーリエ変換を用いて処理し、この処理により出力されたデータに２πｄ／Ｎ（Ｎはデータ数、ｄはサンプリング間隔）を掛けることにより、パワースペクトルに変換することができる。データ数は例えば１００〜１０００、サンプリング間隔は例えば０．０１μｍとできるが、特に限定はされない。
【００２２】
次に、このようにして得られたパワースペクトルにおいて、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度及び／又は空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度を求め、求めたパワースペクトル密度によって半導体ウエーハ表面のマイクロラフネスを評価する（工程Ｄ）。
パワースペクトルにおいてこれらの空間波長の近傍は、特にウエーハの製造工程における研磨、洗浄条件の影響が現れ易い波長であり、これらの波長でのパワースペクトル密度を求めれば、研磨や洗浄を効果的に行なうための、半導体ウエーハの表面のマイクロラフネスの定量的な評価が可能となる。
【００２３】
すなわち、従来のマイクロラフネスを表す平均粗さ（Ｒａ）等の一般的なパラメータでは、マイクロラフネスの高さの情報しか含まれないので、表面状態が異なるウエーハであっても、それがパラメータに現れにくかった。一方、例えば従来のパーティクルカウンター等でヘイズ値を測る方法では、同一のウエーハを測定した場合でも、測定器毎に測定値の差が大きくなる場合があり、相対的評価しかできず定量化が難しかった。しかし本発明に係る評価方法であれば、表面形状をパワースペクトルに変換し、所定の空間波長においてパワースペクトル密度を比較評価することができるので、表面状態が異なるウエーハであれば明確にパワースペクトル密度の差となって現れるし、絶対的評価ができるので定量的な評価が可能となる。
【００２４】
次に、本発明に係る半導体ウエーハの製造方法について説明する。本発明に係る半導体ウエーハの製造方法は、少なくとも、半導体インゴットをスライスして得られたウエーハを研磨した後に洗浄する半導体ウエーハの製造方法であって、上記のいずれかの方法によりウエーハ表面のマイクロラフネスを評価し、該評価結果に応じて、研磨条件及び／又は洗浄条件を調整することを特徴とするものである。
【００２５】
すなわち、上記のいずれかの方法によりウエーハ表面のマイクロラフネスを評価すれば、特に研磨、洗浄条件の影響が現れ易い所定の空間波長におけるパワースペクトル密度により定量的に評価を行なうことができるので、この評価結果に応じて、研磨条件及び／又は洗浄条件を調整すれば、ウエーハ表面のマイクロラフネスを向上させるために最適な研磨条件及び／又は洗浄条件として半導体ウエーハを製造できる。
【００２６】
特に、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて研磨条件を調整し、空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度の評価結果に応じて洗浄条件を調整することが好ましい。研磨条件の影響は特に空間波長１μｍでのパワースペクトル密度に現れ易く、また洗浄条件の影響は特に空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度に現れ易いからである。従って、各空間波長でのパワースペクトル密度の評価結果に応じて研磨、洗浄条件を調整すれば、各空間波長におけるパワースペクトル密度を効果的に減少させることができ、ウエーハ表面のマイクロラフネスを効果的に向上させることが可能となる。研磨条件の調整と洗浄条件の調整は、いずれも行うことができるが、いずれか一方のみを行なってもよい。
【００２７】
研磨条件の調整としては、例えば研磨布の表面粗さの調整や、研磨剤のｐＨの調整等が挙げられる。また、洗浄条件の調整としては、例えばＲＣＡ洗浄から２流体洗浄への変更、洗浄液の濃度や種類の変更等が挙げられる。
【００２８】
２流体洗浄とは、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なうものであり、２流体洗浄によってヘイズを減少させることができる。例えば二酸化炭素が添加された超純水と窒素ガスとを混合し、この混合流体をウエーハ表面に噴射することによって、２流体洗浄を行なうことができる。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、半導体ウエーハの表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ガスが好適であるが、その他、空気やアルゴンガス等も用いることができる。また、洗浄液として超純水の代わりにアンモニア水と過酸化水素水と水との混合水溶液を用いれば、エッチング作用のある洗浄を行なうことができる。
【００２９】
また、少なくとも空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度が１×１０−４ｎｍ３以下になるように研磨条件及び洗浄条件の調整を行なえば、近年のデバイスの高集積化、高精度化により要求される電気特性を達成するのに十分なマイクロラフネスの表面を有する半導体ウエーハとできる。このような低いパワースペクトル密度は、例えば前述の２流体洗浄を行なうことにより達成できるが、これを達成する方法については特に限定はされない。
【実施例】
【００３０】
以下に本発明の実施例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
ＣＺ法で育成したシリコン単結晶インゴットをスライスし、従来法により面取り、ラッピング、エッチング、研磨、洗浄を行なって、直径３００ｍｍのシリコンウエーハを作製した。このときの研磨条件は従来の粗研磨、仕上げ研磨によるものであり、洗浄条件も従来のＲＣＡ洗浄によるものである。そして、その表面形状を、測定エリア１μｍ×１μｍ、高さレンジを１ｎｍとして、日立建機ファインテック社製のＡＦＭで測定した。その測定データを図２に示す。そして、測定した表面形状のデータを、イメージメトロロジ社製のソフトウェア「ＳＰＩＰ」によりフーリエ変換を用いて処理し、処理により出力されたデータに２πｄ／Ｎ（Ｎはデータ数、ｄはサンプリング間隔）を掛けることにより、パワースペクトルに変換した。なおデータ数は１００、サンプリング間隔は０．０１μｍとした。このようにして得たパワースペクトルＡを図３に示す。このとき、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度は約２．０×１０−３ｎｍ３であり、空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度は約２．０×１０−４ｎｍ３であった。なお、このシリコンウエーハ表面のヘイズ値についても、パーティクルカウンターであるＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ−１のＤＮＮ（Ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ  Ｎａｒｒｏｗ  Ｎｏｒｍａｌ）モード、ＤＷＯ（Ｄａｒｋ−ｆｉｅｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｏｂｌｉｑｕｅ）モードを用いて測定した。このとき、ＤＮＮ値は約５０ｐｐｂ、ＤＷＯ値は約１２ｐｐｂであった。
【００３１】
（実施例２）
次に、実施例１の評価結果に応じて、仕上げ研磨において研磨布の表面粗さを小さくし、研磨剤のｐＨを低くするように調整した以外は実施例１と同様にシリコンウエーハを作製し、その表面形状をＡＦＭで測定した。その測定データを図２に示す。そしてこの測定データをパワースペクトルに変換した。このようにして得たパワースペクトルＢを図３に示す。このとき、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度は約１．５×１０−３ｎｍ３に大きく改善され、空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度は約１．５×１０−４ｎｍ３に少し改善された。また、このときＤＮＮ値は約１５ｐｐｂに改善され、ＤＷＯ値は約１０ｐｐｂに改善された。
【００３２】
（実施例３）
次に、実施例１及び実施例２の評価結果に応じて、実施例２と同様に仕上げ研磨において研磨布の表面粗さを小さくし、研磨剤のｐＨを低くするように調整するとともに、さらに洗浄工程をＲＣＡ洗浄から２流体洗浄に変更した以外は実施例１と同様にシリコンウエーハを作製し、その表面形状をＡＦＭで測定した。その測定データを図２に示す。そしてこの測定データをパワースペクトルに変換した。なお、このときの２流体洗浄は、二酸化炭素が添加された超純水と、窒素ガスを混合し、この混合流体をウエーハ表面に噴射するものとした。このようにして得たパワースペクトルＣを図３に示す。このとき、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度は約１．３×１０−３ｎｍ３に大幅に改善され、空間波長０．１μｍでのパワースペクトル密度も約４．０×１０−５ｎｍ３に大幅に改善された。また、このときＤＮＮ値は約７ｐｐｂに改善され、ＤＷＯ値は約２ｐｐｂに大幅に改善された。
【００３３】
すなわち、実施例１の評価結果に応じて実施例２、３のように研磨条件や洗浄条件を調整することにより、前記所定の空間波長での表面状態のパワースペクトル密度が減少し、これに対応してウエーハ表面のマイクロラフネスが改善され、ヘイズ値が改善された。特に、研磨条件を変更すれば、空間波長１μｍでのパワースペクトル密度に影響し、洗浄条件を変更すれば、空間波長０．１μｍのパワースペクトル密度に大きく影響することが判る。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る半導体ウエーハの評価方法の一例を示す工程図である。
【図２】実施例１〜実施例３において得られたＡＦＭのデータを示す図である。
【図３】実施例１〜実施例３において得られたシリコンウエーハの表面状態のパワースペクトルＡ、Ｂ、Ｃを示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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