(57)【要約】【課題】ゲッタリング能力を向上させることができ、かつ基板表面にエピタキシャル層を形成しても、積層欠陥が生じることを防止することのできるエピタキシャルシリコンウェハの製造方法を提供すること。【解決手段】チョクラルスキー法により製造され、窒素をドープして引き上げられたシリコン単結晶を切り出して得られる基板上に、エピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェハの製造方法は、基板表面に基板洗浄装置１のバブリングタンク１１で気化させたフッ酸を噴射して、該基板Ｗの表面を洗浄するフッ酸洗浄工程と、洗浄された基板Ｗの表面上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チョクラルスキー法により製造され、窒素をドープして引き上げられたシリコン単結晶を切り出して得られる基板上に、エピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェハの製造方法であって、
前記基板表面に気化させたフッ酸を噴射して、該基板表面を洗浄するフッ酸洗浄工程と、
洗浄された前記基板表面上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程とを備えていることを特徴とするエピタキシャルシリコンウェハの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のエピタキシャルシリコンウェハの製造方法において、
前記フッ酸洗浄工程は、
タンク内に濃度調整されたフッ酸溶液を導入し、不活性なガスを導入してバブリングさせることにより、該フッ酸を気化させて加圧してフッ酸を噴射することを特徴とするエピタキシャルシリコンウェハの製造方法。
【請求項３】
シリコンウェハの基板表面をフッ酸洗浄する基板洗浄装置であって、
内部にメンブレンフィルタが設けられ、該メンブレンフィルタ内部に不活性ガスが導入され、フッ酸水溶液中のフッ酸を気化させるバブリングタンクと、
気化されたフッ酸を加圧する加圧タンクと、
前記シリコンウェハ基板の表面に、気化されたフッ酸を噴射するノズルとを備えていることを特徴とする基板洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャルシリコンウェハの製造方法及び基板洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、シリコン単結晶の基板と、この基板表面に形成されたエピタキシャル層とを有するエピタキシャルシリコンウェハが知られている。
このようなエピタキシャルシリコンウェハのエピタキシャル層の金属不純物による汚染は、デバイス特性を悪化させるため、エピタキシャル層の金属不純物の汚染をゲッタリングにより排除することが行なわれている。
このゲッタリング能力を向上させる方法としては、結晶引き上げ中に窒素を添加してバルク内部に酸素析出核を形成させ、この酸素析出核内に金属不純物を捕捉し、金属不純物を除去するのである。
【０００３】
このような窒素をドープした基板表面には、微小欠陥であるＣＯＰ（Crystal Originated Particle）が存在するが、このＣＯＰ内壁は酸化膜・窒化膜で覆われていることが知られている。
この状態で基板表面にさらにエピタキシャル層を形成した場合、ＣＯＰ内壁の酸化膜・窒化膜により積層欠陥（ＳＦ：Stacking Fault）が発生し、エピタキシャルウェハ表面の欠陥となることが判っている。
このため、従来、エピタキシャル層を形成する前に、基板をフッ酸溶液中に浸漬したり、表面をフッ酸溶液で洗浄するという技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、エピタキシャル層を形成する前に、基板をプレアニールするという技術も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２０２００号公報
【特許文献２】特開２００３−７３１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記特許文献１のようなフッ酸洗浄では、ＣＯＰ内壁の酸化膜・窒化膜を十分に除去することができないため、洗浄時間が長くかかるという問題がある。
また、フッ酸洗浄水中の貴金属イオンを十分に抑制しておかないと、貴金属イオンとシリコンの電荷優劣の影響により表面欠陥が発生するという問題がある。
さらに、前記特許文献２のようなエピタキシャル層形成前にプレアニールする方法によっても、一定の効果が得られるのだが、熱処理により表面に形成される析出物により再度欠陥が発生するという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、ゲッタリング能力を向上させることができ、かつ基板表面にエピタキシャル層を形成しても、積層欠陥が生じることを防止することのできるエピタキシャルシリコンウェハの製造方法、及び基板洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、窒素ドープした基板表面のＣＯＰが、図１の写真に示されるように、幅狭の溝条の形状をなし、フッ酸洗浄液が溝内に入りにくく、洗浄性が悪いため、ＣＯＰ内壁の酸化膜・窒化膜が十分に除去できないという知見に基づいて案出されたものである。
具体的には、本発明に係るエピタキシャルシリコンウェハの製造方法は、
チョクラルスキー法により製造され、窒素をドープして引き上げられたシリコン単結晶を切り出して得られる基板上に、エピタキシャル層を形成したエピタキシャルシリコンウェハの製造方法であって、
前記基板表面に気化させたフッ酸を噴射して、該基板表面を洗浄するフッ酸洗浄工程と、
洗浄された前記基板表面上にエピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
以上において、前記フッ酸洗浄工程は、
タンク内に濃度調整されたフッ酸溶液を導入し、不活性なガスを導入してバブリングさせることにより、該フッ酸を気化させて加圧してフッ酸を噴射するのが好ましい。
ここで、不活性なガスは、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガス（希ガス）のみを意味するのではなく、フッ酸と反応しないものであれば種々のものを採用することができ、好適には、窒素を採用することができる。
また、不活性なガスの温度としては、１０℃以上、１００℃以下が好ましい。
１００℃を超えると、基板表面がエッチングされる可能性があるからである。一方、不活性なガスの温度の下限値は、フッ散水溶液の凝固点よりも高く、フッ酸水溶液が凝固しない温度であれば、特に制限はないが、生産性、製造コスト等の関係から常温に近い１０℃以上であるのが好ましい。
さらに、バブリングとは、フッ酸水溶液中で不活性なガスを放出して多数の気泡を形成することをいい、例えば、フッ散水溶液中にメンブレンフィルタ等の多孔質材料を配置し、メンブレンフィルタ内部に不活性なガスを放出することにより、多数の細かな気泡を形成することができる。
【０００９】
この発明によれば、気化させたフッ酸を基板表面に噴射することにより、図１のような幅狭の溝条のＣＯＰ内壁に気化させたフッ酸を十分に行き渡らせることができるため、ＣＯＰ内壁に生成した酸化膜・窒化膜を効率的に洗浄することができる。
また、フッ酸を気化させた状態で洗浄を行うことにより、フッ酸水溶液中に貴金属イオンが存在しても、この貴金属イオンが気化することがないため、基板表面が貴金属イオンによって汚染されることがなく、これによる表面欠陥の発生を防止することができる。
【００１０】
本発明に係る基板洗浄装置は、前記のエピタキシャルシリコンウェハの製造方法に好適に用いることができるものであり、具体的には、
シリコンウェハの基板表面をフッ酸洗浄する基板洗浄装置であって、
内部にメンブレンフィルタが設けられ、該メンブレンフィルタ内部に不活性ガスが導入され、フッ酸水溶液中のフッ酸を気化させるバブリングタンクと、
気化されたフッ酸を加圧する加圧タンクと、
前記シリコンウェハ基板の表面に、気化されたフッ酸を噴射するノズルとを備えていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図２には、本発明の実施形態に係るシリコンウェハの基板洗浄装置１が示されている。この基板洗浄装置１は、ニードル弁２、圧力レギュレータ３、ＭＦＣ（Mass Flow Controller）４、ガス昇温器５、流量計６、圧力センサ７、精製フィルタ８、エアオペレータバルブ９、逆止弁１０、バブリングタンク１１、加圧タンク１２、及び枚葉スピン洗浄装置１３を備えている。
【００１２】
ＭＦＣ４は、不活性なガスである窒素の流量を制御する流量制御弁であり、ガス昇温器５は、バブリングタンク１１に供給する窒素の温度を１０℃〜１００℃に調整する装置である。
流量計６及び圧力センサ７は、バブリングタンク１１に供給する窒素の流量及び圧力を検出し、検出された流量及び圧力に基づいて、ＭＦＣ４により窒素の流量制御を行う。
精製フィルタ８は、窒素中の塵埃を捕捉して清浄な窒素を、バブリングタンク１１に供給するために設けられている。
【００１３】
バブリングタンク１１は、内部にメンブレンフィルタ１４を配置した密閉タンクとして構成され、バブリングタンク１１内部には、純水によって濃度調整されたフッ酸水溶液が導入されるとともに、メンブレンフィルタ１４の内部には、ガス昇温器５によって温度調整された窒素が供給される。
このバブリングタンク１１の内部に温度調整された窒素が供給されると、メンブレンフィルタ１４から気泡が多数発生し、これに伴い、フッ酸水溶液中のフッ酸が気化し、気化したフッ酸は加圧タンク１２に供給される。
【００１４】
加圧タンク１２は、バブリングタンク１１で気化したフッ酸を貯留するタンクであり、同時に気水分離も行っている。尚、この加圧タンク１２には、液面センサ１５が設けられており、この液面センサ１５の検出値に基づいて、バブリングタンク１１へのフッ酸水溶液の供給量の制御を行っており、液面センサ１５がＨｉｇｈのレベルになったら、エアオペレータバルブ９を開閉して酸を排出し、液面センサ１５がＬｏｗのレベルになったら、フッ酸及び純水を供給する。この加圧タンク１２には、配管部材及びエアオペレータバルブ９を介してノズル１６が接続されている。
【００１５】
ノズル１６は、ウェハ基板Ｗの表面にバブリングタンク１１で気化されたフッ酸を噴射するものである。このノズル１６は、噴射口が旋回自在になっていて、フッ酸を噴射する際には、ウェハ基板Ｗの表面上に均一に気化されたフッ酸を噴射できるようになっている。
枚葉スピン洗浄装置１３は、ウェハ基板Ｗが載置される載置台と、この載置台を回転駆動する駆動手段とを備えて構成され、ウェハ基板Ｗを載置して載置台を回転させることにより、ウェハ基板Ｗの表面に供給された洗浄剤を遠心力によって外周に飛散させる。
【００１６】
次に、前述した基板洗浄装置１を用いてエピタキシャルシリコンウェハを製造する手順について説明する。
まず、チョクラルスキー法による引き上げに際し、チャンバ内に窒素を供給してシリコン単結晶のインゴットを製造する。
シリコン単結晶の引き上げ後、ワイヤソーでウェハ基板Ｗの切り出しを行った後、ウェハ基板Ｗの表裏面のラッピングを行う。
続けてウェハ基板Ｗのエッチングを行った後、両面研磨を行い、さらに表面の研磨を行う。
【００１７】
ウェハ基板Ｗの研磨が終了したら、前記の基板洗浄装置１を用いて、ウェハ基板Ｗの洗浄を行う。洗浄に際しては、バブリングタンク１１内部にフッ酸水溶液を濃度調整した状態で導入し、メンブレンフィルタ１４内部にガス昇温器５で温度調整した窒素を導入し、バブリングタンク１１内に気泡を多数発生させる。そうすると、フッ酸水溶液中のフッ酸が気泡とともに気化され、気化されたフッ酸は、加圧タンク１２中に蓄積される。
【００１８】
エアオペレータバルブ９の開度を調整してノズル１６から気化されたフッ酸を噴射し、ウェハ基板Ｗの表面をフッ酸洗浄する。洗浄に際しては、枚葉スピン洗浄装置１３を回転させつつ、ノズル１６を旋回させウェハ基板Ｗの表面を均一にまんべんなく洗浄する。尚、フッ酸洗浄は、例えば、フッ酸濃度１０質量％、２５℃のガスを２min吹き付けることにより行う。
このような気化させたフッ酸により洗浄を行うことにより、図３に示されるように、ウェハ基板Ｗの表面に形成された溝条のＣＯＰの内壁を覆う酸化膜・窒化膜が、効率的に除去される。
そして、フッ酸洗浄の後、ウェハ基板Ｗの表面にエピタキシャル層Ｅｐｉを形成する。
エピタキシャル層Ｅｐｉの形成に際しては、まず、水素存在下で熱処理を行ってＣＯＰを完全にシュリンクさせ（Ｈ２Bake処理）、その後、通常のエピタキシャル層成長装置を用いてエピタキシャル層Ｅｐｉを形成する。エピタキシャル層Ｅｐｉの形成方法は、特に制限はなく、水素還元法、熱分解法、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ法）等種々の方法を採用することができる。
このようにウェハ基板Ｗの表面をフッ酸洗浄すると、ウェハ基板Ｗの表面に形成されたＣＯＰ内部の酸化膜・窒化膜が十分に除去されているため、積層欠陥が発生することがなく、エピタキシャルシリコンウェハ基板の製造歩留まりを大幅に向上させることができる。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の実施例について説明する。
前述した洗浄装置１により表面を洗浄したウェハ基板Ｗ上にエピタキシャル層Ｅｐｉを形成し（実施例１）、積層欠陥の発生状況を、パーティクルカウンタを用いて測定した。洗浄条件は、フッ酸濃度１０質量％、２５℃のガスを２min吹き付けた。
効果の確認として、フッ酸洗浄を行わなかったものと（比較例１）、フッ酸水溶液中にウェハ基板Ｗを浸漬したものと（比較例２）、枚葉スピン洗浄装置を用いてフッ酸水溶液で洗浄したものと（比較例３）を用い、その表面にエピタキシャル層を形成したものについて、同様にパーティクルカウンタを用いて積層欠陥の発生状況を測定した。結果を表１に示す。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１から判るように、実施例１は、フッ酸洗浄を行わない比較例１と比較して積層欠陥の数が大幅に低減していることが確認された。また、フッ酸水溶液中に浸漬した比較例２及びフッ酸水溶液でスピン洗浄した比較例３と比較しても、積層欠陥の発生数が大幅に少なくなっており、本発明のエピタキシャルシリコンウェハの製造方法を採用することにより積層欠陥の発生を抑えることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の半導体ウェハ表面に形成されたＣＯＰを表す写真。
【図２】本発明の実施形態に係る基板洗浄装置の構造を表す模式図。
【図３】本発明の実施形態の作用を説明する模式図。
【符号の説明】
【００２３】
１…基板洗浄装置、２…ニードル弁、３…圧力レギュレータ、５…ガス昇温器、６…流量計、７…圧力センサ、８…精製フィルタ、９…エアオペレータバルブ、１０…逆止弁、１１…バブリングタンク、１２…加圧タンク、１３…枚葉スピン洗浄装置、１４…メンブレンフィルタ、１５…液面センサ、１６…ノズル、Ｅｐｉ…エピタキシャル層、Ｗ…ウェハ基板
【図２】
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【図３】
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【図１】
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