(57)【要約】【課題】  酸化膜厚を各用途に応じて所望の膜厚にでき、かつウエハ間での膜厚のバラツキがほとんどない、半導体ウエハの製造方法を提供する。【解決手段】  前記被処理ウエハと同一仕様であって、かつ表面粗さが異なる複数の試料ウエハを準備し、前記被処理ウエハの酸化膜形成条件と同一条件で前記試料ウエハに酸化膜を形成させる工程と、前記試料ウエハの表面粗さと、試料ウエハに形成された酸化膜厚さとの相関式を導き出す工程と、前記相関式に基づいて、所望の酸化膜厚さに対応する目的表面粗さを算出する工程と、前記被処理ウエハを前記目的表面粗さに修正する工程とを具備する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理ウエハに所定の酸化膜形成条件で酸化膜を形成する半導体ウエハの製造方法において、
前記被処理ウエハと同一仕様であって、かつ表面粗さが異なる複数の試料ウエハを準備し、前記被処理ウエハの酸化膜形成条件と同一条件で、前記試料ウエハに酸化膜を形成させる工程と、
前記試料ウエハの表面粗さと、試料ウエハに形成された酸化膜厚さとの相関式を導き出す工程と、
前記相関式に基づいて、所望の酸化膜厚さに対応する目的表面粗さを算出する工程と、
前記被処理ウエハを前記目的表面粗さに修正する工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウエハの製造方法。
【請求項２】
前記被処理ウエハ及び試料ウエハは、アニール処理されたウエハであることを特徴とする請求項１半導体ウエハの製造方法。
【請求項３】
前記被処理ウエハを前記目的表面粗さに修正する工程は、ＳＣ−１洗浄液にて、ＮＨ4ＯＨの濃度を調整して行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路形成に用いられる半導体ウエハの製造方法に関し、例えば、鏡面仕上げを施した半導体ウエハに酸化膜を形成するにあたり、所望の酸化条件、所望の絶縁酸化膜規格に対応可能な半導体ウエハを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハ上に回路を形成させる際に、最初に行うプロセスとしては大抵、絶縁酸化膜形成工程である。この酸化膜形成工程は後工程での半導体回路形成において重要な工程となっており、例えば、酸化膜の膜厚が回路設計の意図した寸法と異なると、情報記憶に寄与するキャリアの移動に影響を及ぼす等の問題が発生する。
特に、近年、半導体素子の微細化に伴い、シリコンウエハ等の半導体ウエハ上に形成される酸化膜の膜厚がより一層薄く形成される傾向にある。しかも、半導体素子の性能及び信頼性を確保する上で、この酸化膜の膜厚の均一化が強く求められ、重要な課題となっている。
【０００３】
かかる課題を解決するため、ウエハの全体にわたって膜厚および膜質において均一性の高い良質の酸化膜を有利に形成することができる酸化膜形成方法が提案されている。その一例を示すと、特許文献１には、反応容器内に配置されたウエハに、減圧条件下で、活性酸化種または活性酸化種を含む雰囲気による酸化処理を行い、ウエハの表面に保護酸化膜を形成し、更にこのウエハについて、減圧条件下において所定の温度で酸化処理し、酸化膜を形成することが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２６１０９４号公報（特許請求の範囲）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ウエハにおける酸化膜の薄膜化、均一化に際し、ウエハ毎の酸化膜の膜厚のバラツキが問題視され、その改善が強く要望されるようになってきている。
この酸化膜の膜厚とそのバラツキの許容限度は、半導体素子の製造者毎に、また半導体集積回路の品種毎にそれぞれ異なっており、ウエハ製造者は、それぞれの酸化膜厚規格に合うように、かつウエハ毎にバラツキなく、酸化膜を形成できる半導体ウエハの製造方法の提案が望まれている。
しかしながら、この課題の解決は非常に困難で、未だ解決がなされていないのが現状である。
【０００５】
本発明者等は、前記酸化膜厚のバラツキ改善のため、鋭意研究を重ねた結果、酸化処理前のウエハの表面粗さと、酸化条件を一定とした場合における酸化膜厚との間に、相関関係が存在することを見出した。
そして、この相関関係を利用することにより、半導体素子の製造者が要求する酸化条件、酸化膜の規格に応じた、所望の酸化膜を形成できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明の目的は、酸化膜厚を各用途、仕様に応じて所望の膜厚にでき、かつウエハ間での膜厚のバラツキがほとんどない、半導体ウエ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】
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる半導体ウエハの製造方法は、被処理ウエハに所定の酸化膜形成条件で酸化膜を形成する半導体ウエハの製造方法において、前記被処理ウエハと同一仕様であって、かつ表面粗さが異なる複数の試料ウエハを準備し、前記被処理ウエハの酸化膜形成条件と同一条件で、前記試料ウエハに酸化膜を形成させる工程と、前記試料ウエハの表面粗さと、試料ウエハに形成された酸化膜厚さとの相関式を導き出す工程と、前記相関式に基づいて、所望の酸化膜厚さに対応する目的表面粗さを算出する工程と、前記被処理ウエハを前記目的表面粗さに修正する工程と、を含むことを特徴としている。
【０００８】
この半導体ウエハの製造方法は、半導体素子の製造者毎にまたは半導体集積回路の品種毎にそれぞれ指定されている酸化膜形成条件で、表面粗さが異なった試料ウエハに同時に酸化膜を形成し、得られた酸化膜厚と表面粗さとの相関式を導き出し、前記相関式から所望の酸化膜厚規格に相当する表面粗さを求め、製品となる被処理ウエハを前記表面粗さに修正することで、所望の厚さの酸化膜を形成するものである。
このように、本発明にかかる半導体ウエハの製造方法によれば、被処理ウエハの表面粗さを、それぞれ指定されている酸化膜形成条件別に予め修正することで、酸化膜厚を所望の膜厚にできる。しかも、被処理ウエハ間での酸化膜厚のバラツキがほとんどない、良好な半導体ウエハを提供することができる。
【０００９】
ここで、前記被処理ウエハ及び試料ウエハは、アニール処理されたウエハであることが望ましく。
また、前記被処理ウエハを前記目的表面粗さに修正する工程は、ＳＣ−１洗浄液にて、ＮＨ4ＯＨの濃度を調整して行なうことが望ましい。より微妙な表面粗さの調整が本方法により容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１０】
このように、本発明によれば、酸化膜厚を各用途、仕様に応じて所望の膜厚にでき、かつウエハ間での膜厚のバラツキがほとんどない、半導体ウエハを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明にかかる一実施形態を具体的に説明する。
本発明は、半導体素子形成時において最初に絶縁酸化処理を実施するシリコンウエハの製造方法に好適に用いられる。このシリコンウエハには、ノミナル径サイズ、厚さ、結晶方位、Ｐ、Ｎ型結晶、添加ドーパントの種類、添加濃度、更に酸素濃度や抵抗値等、またＣＺ法やＦＺ法等インゴット製造技術の差等があるため、多数の品種、仕様のものが存在する。
【００１２】
本発明にかかる製造方法は、酸化膜形成時の酸化条件が予め入手でき、後に詳述するウエハの表面粗さと酸化膜厚との相関関係が適性に導き出せる範囲において、特に限定されるものではなく、いずれの品種、仕様のシリコンウエハにも適用することができる。
【００１３】
この半導体ウエハの製造方法は、少なくとも、（１）前記被処理ウエハと同一仕様であって、かつ表面粗さが異なる複数の試料ウエハを準備し、前記被処理ウエハの酸化膜形成条件と同一条件で前記試料ウエハに酸化膜を形成させる工程と、（２）前記試料ウエハの表面粗さと、試料ウエハに形成された酸化膜厚さとの相関式を導き出す工程と、（３）前記相関式に基づいて、所望の酸化膜厚さに対応する目的表面粗さを算出する工程と、（４）前記被処理ウエハを前記目的表面粗さに修正する工程とを備えている。
【００１４】
まず、試料ウエハにおいて、得られた酸化膜と表面粗さとの相関関係を求める（相関式を導き出す）工程までを説明する。
表面粗さが異なる試料ウエハを準備するに際し、試料ウエハとしては、後に製品として処理される被処理ウエハと同一仕様（例えば、ノミナル径、Ｐ、Ｎ等のタイプ、ＣＺ又はＦＺ等のインゴット製法、（１００）、（１１１）等ノ結晶方位、ドーパントの種類や濃度、酸素濃度、アニール処理の有無等）を用いることが好ましい。
この試料ウエハを被処理ウエハと同一の仕様にて製造し、鏡面ウエハとする。この鏡面ウエハ（試料ウエハ）に対して、ＳＣ−１洗浄を行う。ＳＣ−１洗浄を行う際には、ＳＣ−１洗浄液のうちＮＨ4ＯＨ濃度を変えてそれぞれ別々に洗浄処理して、表面粗さが異なる複数の試料ウエハを作成する。
【００１５】
洗浄後、得られた夫々のミラーウエハ（試料ウエハ）の表面粗さを、例えば、ＡＦＭ（測定範囲：一辺が３μｍの正方領域、測定点ウエハ中心）で測定し、各々のＳＣ−１薬液のＮＨ4ＯＨ濃度に対応した表面粗さ、例えば、自乗平均平方根粗さ（Ｒｍｓ）を得る。
【００１６】
そして、このＳＣ−１薬液のＮＨ4ＯＨ濃度と表面粗さ（Ｒｍｓ）の関係を、例えば、図１に示すように、横軸に薬液のＮＨ4ＯＨ濃度、縦軸にウエハの表面粗さ（Ｒｍｓ）をプロットして線図を作成する。
この図１の場合、測定範囲内におけるＮＨ4ＯＨ濃度とウエハの表面粗さ（Ｒｍｓ）との間には、Ｒｍｓ＝０．１０７８×（ＮＨ4ＯＨ濃度）＋０．０４８の比例関係が成立している。
そして、これらの表面粗さ（Ｒｍｓ）の各々異なる試料ウエハを、半導体素子製造者毎にまたは半導体集積回路の品種毎に、それぞれ指定されている酸化膜形成条件下で、例えば、８００℃、９０分間、ドライ酸化で酸化膜を形成する。
【００１７】
前記酸化膜形成後、それら各々の試料ウエハの酸化膜の膜厚を、例えばエリプソメータで屈折率を、例えば、１．４６に固定して測定する。
この結果を、図２に示すように、横軸が表面粗さ（Ｒｍｓ）、縦軸が酸化膜厚の線図にプロットし、両者の間の相関関係を得る。
【００１８】
ここに、例示したウエハ（試料ウエハ）の場合、８００℃、９０分のドライ酸化では、図２に示されているように酸化膜の厚さが、８．０５ｎｍ以下では、表面粗さと酸化膜厚に比例関係がある。
したがって、本仕様のウエハは、酸化膜の厚さ規格が８．０５ｎｍ以下の場合において適用することができ、その範囲において酸化膜厚さと表面粗さの相関関係を求めることができる。
【００１９】
また、前記したウエハの表面粗さを規定する指標としては、算術平均粗さ（Ｒａ）、最大粗さ（Ｒｍａｘ）、自乗平方根粗さ（Ｒｍｓ）等がある。しかし、本発明の方法においては、前記酸化膜厚との間に最も強く良好な相関関係が得られる自乗平方根粗さ（Ｒｍｓ）、即ち、粗さ曲線ｆ（ｘ）の平均線からの偏差の２乗をその測定区間で積分し、平均した値の平方根であるＲｍｓを指標とすることが好ましい。
また、自乗平方根粗さ（Ｒｍｓ）は、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）等を用いて測定した値から求めるのが好ましい。
【００２０】
なお、本発明は、アニール処理を必要とする仕様のウエハに、より好適に適用することができる。即ち、鏡面研磨後、アニール処理したウエハは、単に鏡面研磨されたウエハに比べて、前述した表面粗さと酸化膜膜厚との相関がより明確に現れるため、被処理ウエハに要求される所望の酸化膜形成条件に対する所望の酸化膜厚を形成することが可能となる。なお、前述した図１、図２に関するデータはアニ―ル処理有りに関する製品仕様のウエハを用いた場合の結果である。
このアニール処理は、例えば、ＣＺ法で製造されたインゴットから切出された後、その少なくとも主面を鏡面研磨して得られたウエハを、例えば、アルゴン、ガス気流等の不活性ガス雰囲気中、または水素ガス気流等の還元性ガス雰囲気中で、熱処理する。特に、水素ガス気流中での熱処理が好ましい。
【００２１】
また、アニール処理される複数の試料ウエハは、アニール処理前に鏡面研磨がなされることが好ましい。この研磨は、一般に機械研磨と機械化学研磨を組合せて行われる。また、その表面粗さ調整は、例えば、機械研磨（ラッピング）に用いる研磨液の砥粒粒度や固形分濃度の調節、機械化学研磨に用いる研磨液中のコロイダルシリカ濃度や液のＰＨの調節、研磨時間や機械研磨と機械化学研磨との割合の調節等、種々の研磨条件を適宜調整することにより達成される。
【００２２】
次に、前記表面粗さと酸化膜厚との相関式（例えば、図２）に基づいて所望の酸化膜厚さに対応する目的表面粗さを算出する工程と、前記目的表面粗さに、被処理ウエハである酸化膜形成前の鏡面ウエハを修正する工程について説明する。
前記したように、まず被処理ウエハと同品種、同仕様の試料ウエハの前記表面粗さと酸化膜厚との相関関係を求める。そして、例えば、被処理ウエハの酸化膜の厚さが７．８〜８．０ｎｍである場合には、試料ウエハについて求めた相関関係（例えば、図２を参照することにより）から、前記酸化膜の厚さを形成するに必要な表面粗さがＲｍｓ＝０．１２〜０．２ｎｍであることが導き出せる。
また、前記表面粗さより図１を参照して、該表面粗さに対応するＮＨ4ＯＨ濃度を求める。
【００２３】
そして、前記被処理ウエハを、製品仕様通りに製造して鏡面ウエハとして、前記算出したＮＨ4ＯＨ濃度にＳＣ−１洗浄液を調整して、洗浄し、被処理ウエハの表面を目的の表面粗さに修正する。
【００２４】
具体的には、水素アニール処理した被処理ウエハの洗浄工程でＳＣ−１薬液のＮＨ4ＯＨ濃度を０．６７〜１．４ｗｔ％の範囲に調節することで、Ｒｍｓ＝０．１２〜０．２ｎｍの表面粗さの被処理ウエハを得ることができる。
【００２５】
このようにして、製造された半導体ウエハは、各所望の酸化膜形成条件に応じて仕様で要求された所定の膜厚の酸化膜が形成される。しかも、ウエハ間での膜厚のバラツキがほとんどないため、近年要求されている酸化膜の膜厚の薄膜化にも好適に対応可能である。
【００２６】
尚、上記実施形態にあっては、ウエハの品種、仕様毎に構築された前記相関関係を、例えば、データベースとして、コンピュータ内に格納し、被処理ウエハの品種、仕様等を指定することにより自動的に処理条件が設定できるようにすることが操作上の見地から特に好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、半導体ウエハの製造分野において広く用いることができ、半導体ウエハ上に絶縁酸化膜を形成する必要があるすべての半導体集積回路形成用の半導体ウエハに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、洗浄薬液のＮＨ4ＯＨ濃度とウエハの表面粗さの関係を示す線図である。
【図２】図２は、ウエハの表面粗さと酸化膜厚との関係を示す線図である。
【図１】
2005109149.tif 000002
【図２】
2005109149.tif 000003