JP5256519B2 - 洗浄された歪みシリコン表面を作製するための改良されたプロセス - Google Patents
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Description
本発明は、ｓＳＯＩ（歪みシリコンオンインシュレータ）又はＳＧＯＩ（シリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）オンインシュレータ）タイプのウエハの製造で使用されるような、歪みシリコン（ｓＳｉ）層に接するシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）層の選択エッチングによって露出させられたｓＳｉ層の洗浄に関する。
こうしたウエハを作製するためのいくつかの技術が存在する。ｓＳＯＩ又はＳＧＯＩタイプのウエハを製造するための最も効率的な現在の技術の１つの一例は、歪みシリコン（ｓＳｉ）又は緩和ＳｉＧｅの活性層の形成であり、これは、所望のヘテロ構造を形成するために、スマートカット（Ｓｍａｒｔ Ｃｕｔ）（登録商標）技術を使用してそれらの絶縁支持体（例えばシリコン基板上のＳｉＯ２層）上への転写によって行われる。こうした製造技術を実現する特定の例は、米国特許出願公開第２００４／０５３４７７号明細書及び国際公開第２００４／００６３１１号パンフレットに記載されている。
こうしたウエハの仕上げステップは、「レシーバー」基板へ転写し、「ドナー」基板から分離した後に、シリコン層上に存在するＳｉＧｅ層を取り除く選択エッチング処置を含む。選択エッチングは、上側のＳｉＧｅ層を次の歪みシリコン（ｓＳｉ）層を攻撃することなく選択的に除去できる化学的攻撃法である。こうした「選択エッチング」を実現することができると分かった組成物には、ＣＨ３ＣＯＯＨ／Ｈ２Ｏ２／ＨＦ混合物がある。
上側のＳｉＧｅ層を除去する「選択エッチング」ステップの後、歪みシリコン層の表面上の微粒子汚染及び表面欠陥を減少させるために、洗浄ステップを、ＳｉＧｅ層の選択エッチングに続いて適切に使用することができる。したがって、洗浄用組成物には、この歪みシリコン層のエッチングを避けながらｓＳｉ表面を洗浄することができるようなものを選択しなければならない。
この選択エッチングの次の洗浄ステップは、一般に、酸化剤を含むがフッ化水素酸（ＨＦ）を含まない組成物を使用する。「ＲＣＡ」と呼ばれる周知の方法は、ＮＨ４ＯＨ、Ｈ２Ｏ２、及び脱イオン水を含む「ＳＣ１」（標準洗浄１）液（又はＡＰＭ、すなわち水酸化アンモニウムと過酸化物との混合物）を使用する第１洗浄ステップと、ＨＣｌ、Ｈ２Ｏ２、及び脱イオン水を含む「ＳＣ２」（標準洗浄２）液（又はＨＰＭ、すなわち塩酸と過酸化物（ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）との混合物）を使用する第２洗浄ステップとを含む。
米国特許出願公開第２００６／０２６４００８号明細書に提案される代替処理法は、ＳｉＧｅ層の選択エッチングのステップ後に、ＲＣＡ洗浄処置を使用するのではなく、オゾン水溶液を用いて歪みシリコン層の表面を洗浄するステップを含む。
次いで、１）ＳｉＧｅ層の選択エッチングと２）酸化洗浄とのプロセスステップによって得られるウエハを、後続の半導体デバイス製造プロセスで使用することができる。一般には、酸化洗浄ステップの後に脱イオン水で濯ぐステップが続く。
このようにして得られた露出したｓＳｉを有するウエハは、ＭＯＳトランジスタで使用することができる。実際に、半導体業界の研究者は、大きさを縮小させ、集積回路の動作速度を向上させる努力を絶えず行っている。他の等しいパラメータであるトランジスタの動作速度は、電荷キャリヤ（電子と（正）ホールの両方）の移動度を増加させることによって向上され、これを実現する一方法は、歪みシリコンを使用することであり、シリコン−ゲルマニウム表面上に成長させるシリコンは、純粋なシリコンの場合よりも原子を広く配置しなければならない。正常な緩和シリコンに関して電荷キャリヤ移動度の倍増を観察することができる。
この分野の既存の技術に関し、本発明者らは、ＳＯＤ（欠陥の合計）によって評価される欠陥の程度が、得られるウエハに企図される用途に所望される程度よりも依然として高いことが分かった。
さらに、本発明者らは、ＳｉＧｅが従来技術プロセスによって完全には除去されないことを観察した。それどころか、ＳｉＧｅはある範囲では完全に除去されるが、ＳｉＧｅのその他の領域、要するに「島」が残存する。これらの島が、測定した表面欠陥の約３５％に相当する可能性があることが分かった。こうした島からのゲルマニウム原子は、歪みシリコン層へ拡散し、汚染する恐れがある。さらに、これらの島は、後続の製造ステップ、例えばドーピングステップを妨害する恐れがある。
したがって、最小量の表面欠陥及び最小量の残留ＳｉＧｅを示すｓＳｉ層を形成することが当技術分野で依然として必要とされている。しかし、ｓＳｉ層の露出部分の消耗を最小にするために、１）ＳｉＧｅ層の選択エッチングと２）酸化洗浄という従来技術プロセス以外に、任意の別の洗浄プロセスが選択される必要がある。
今回、本発明者らは、驚くべきことに、濯ぎ及び乾燥ステップを第１選択エッチングステップと第２選択エッチングステップとの間に挿入するような第２選択エッチングステップを含むプロセスによって、表面欠陥をより少なくし、残留ＳｉＧｅを減少させることが実現可能であることを見出した。
したがって、本発明は、第１の態様において、少なくとも１つのシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）表面層とこのＳｉＧｅ層に接する歪みシリコン（ｓＳｉ）層とを含むウエハを処理する方法を対象とし、このｓＳｉ層は、ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって露出されており、この方法は、
（ａ）ＳｉＧｅ層の第１選択エッチング、場合によりその後の酸化洗浄ステップと；
（ｂ）脱イオン水を使用する濯ぎステップと；
（ｃ）乾燥と；
（ｄ）第２選択エッチングステップと
のステップを含む。
（ａ）ＳｉＧｅ層の第１選択エッチング、場合によりその後の酸化洗浄ステップと；
（ｂ）脱イオン水を使用する濯ぎステップと；
（ｃ）乾燥と；
（ｄ）第２選択エッチングステップと
のステップを含む。
本発明はまた、第２の態様において、特に本発明の方法で得ることができるウエハも対象とする。
一実施形態では、本発明による方法において、第１選択エッチングステップ（ａ）は、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とフッ化水素酸（ＨＦ）との混合物を含むエッチング液で実施される。第１選択エッチングステップ（ａ）中のこうした選択エッチング液との使用に一般に適切なプロセス条件は、フッ化水素酸（ＨＦ）の濃度が、少なくとも０．０５重量％及び最大１０重量％であり、現在の好ましい実施形態では約２重量％（１．５重量％〜２．５重量％）である。
現在の好ましい第１実施形態では、酢酸／Ｈ２Ｏ２／ＨＦ混合物は、体積で１５／１５／１の割合で使用され、これは４９重量％：４９重量％：２重量％に相当する。現在の好ましい第２実施形態では、酢酸／Ｈ２Ｏ２／ＨＦ混合物は、体積で１／１／１の割合で使用され、これは３２重量％：５０重量％：１８重量％に相当する。
第１選択エッチングステップ中の一般に適切な温度は、少なくとも２０℃及び最大６０℃であり、第１選択エッチングステップの一般に適切な継続時間は、少なくとも２０秒及び最大５００秒である。さらに、４００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの範囲のウエハ回転速度を適切に使用することができる。
本発明による一代替実施形態では、第１選択エッチングステップ（ａ）は、ＲＣＡ液（最初にＳＣ１液、次いでＳＣ２液）を使用して実施される。本発明者らは、ここでのＲＣＡ液が選択エッチング並びに酸化洗浄に使用できることを実際に観察した。この処置はまた、第２選択エッチングステップ（ｄ）で適用することもできる。
さらなる一代替実施形態では、体積で１５／１５／１／５の相対割合の酢酸／Ｈ２Ｏ２／ＨＦ／Ｈ２ＳＯ４混合物を、第１選択エッチングステップ（ａ）に使用することができる。こうした混合物をまた第２選択エッチングステップ（ｄ）に使用することもできる。
一実施形態では、本発明による方法において、第１選択エッチングステップ（ａ）は、ＳｉＧｅが露出ｓＳｉ表面（の少なくともいくつかの領域）から完全に除去されたことを、測定が示す時点又は外挿法による理論計算が予測する時点を過ぎるまで継続される。この段階は「オーバーエッチング」（ＯＥ）と呼ばれるが、使用する試薬が第１選択エッチングステップ（ａ）と同じであるという意味で別個のプロセスステップにはならない。この「オーバーエッチング」は、ＳｉＧｅ除去に対応する終点検出（ＥＰＤ）の瞬間を過ぎるまでの継続のことである。反射光の強度を測定するリフレクトメーターを終点の検出に使用することができる。或いは、所与の選択エッチング液について、ある温度でＳｉＧｅを除去する能力が、時間の関数である除去された厚みとして先行実験で正確に決定されている場合、オーバーエッチングが始まる瞬間である第１選択エッチングステップ（ａ）の終点を妥当な程度の確実性で計算することができる。「オーバーエッチング」は、本発明において任意であり、エッチングから生じ得る不均質性を低減させるのに役立つ可能性がある。「オーバーエッチング」の継続時間は、一般に、０秒から最大６０秒の範囲で適切に選択される。
一実施形態では、本発明による方法において、酸化洗浄ステップは、第１選択エッチングステップ（ａ）の後に実施され、この酸化洗浄ステップは、１７℃〜３５℃の温度で５秒〜３００秒の間に１５ｐｐｍ〜５０ｐｐｍの範囲の濃度で水に溶解させたオゾン（Ｏ３）の溶液を使用する。この酸化洗浄ステップの現在の好ましい処理時間は、約１５秒である。オゾンを用いたこの処理の適切なウエハ回転速度は、４００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの範囲にある。
酸化洗浄ステップを第１選択エッチングステップ（ａ）の後に例えばオゾンを使用して実際に実施する場合、これが本発明を限定すると解釈すべきではないが、第２選択エッチングステップは、ＳｉＧｅの残留「島」を除去するだけでなく、ｓＳｉ表面上に存在し得るＳｉ及びＧｅの酸化物も除去すると考えられる。
本発明による方法の枠内で、濯ぎステップ（ｂ）で使用する脱イオン水（ＤＩＷ）は、マイクロエレクトロニクスで使用される標準品質のものである。濯ぎステップの一般に適切な継続時間は、少なくとも５秒及び最大３分である。このＤＩＷ濯ぎステップのための現在の好ましい処理時間は、１５℃〜６０℃の温度で約１５秒である。濯ぎステップ（ｂ）のための一般に適切なウエハ回転速度は、少なくとも４００ｒｐｍ及び最大２０００ｒｐｍである。
一実施形態では、本発明による方法において、ステップ（ｃ）の乾燥は、窒素又はアルゴンなどの不活性ガスの流れを使用して実施する。使用するガスの純度及び圧力条件は、マイクロエレクトロニクスの当業者によって使用される通常のパラメータを有するように適切に選択する。適切な一実施形態では、窒素ガスは、濯ぎ後にウエハを乾燥させるために設計されたノズルを使用して供給される。現在の好ましい乾燥プロセスは、窒素ガスを使用して２回スキャン（通過）で処理されるウエハを乾燥させることを含む。
一実施形態では、本発明による方法において、第２選択エッチングステップ（ｄ）は、酢酸（ＣＨ３ＯＯＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とフッ化水素酸（ＨＦ）との混合物を含むエッチング液を用いて実施する。第２選択エッチングステップ（ｄ）中のフッ化水素酸（ＨＦ）の一般に適切な濃度は、少なくとも０．０５重量％及び最大１０重量％である。第２選択エッチングステップ（ｄ）中の一般に適切な温度は、少なくとも２０℃及び最大６０℃である。
第２選択エッチングステップ（ｄ）の継続時間に関して、好ましい最大の継続時間は、約４０秒である。特に酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とフッ化水素酸（ＨＦ）との混合物を含むエッチング液の状況での現在の好ましい範囲は、少なくとも５秒及び最大４０秒である。この状況でのステップ（ｄ）の現在のさらに好ましい継続時間は、少なくとも１０秒及び最大３０秒、より好ましくは少なくとも１５秒及び最大２５秒であり、約２０秒の継続時間が特に適切であることが分かっている。
一実施形態では、本発明による方法において、第２選択エッチングステップ（ｄ）の直後に濯ぎステップ、次いで乾燥ステップを続けることができる。一般に適切なプロセス条件は、第１選択エッチングステップ（ａ）に続く濯ぎステップ（ｂ）及び乾燥ステップ（ｃ）に関して上述した通りである。
一実施形態では、本発明による方法において、第２選択エッチングステップ（ｄ）の後にさらなる酸化洗浄ステップ（ｅ）が続く。このさらなる酸化洗浄ステップ（ｅ）のためのある適切なプロセス選択肢は、少なくとも１７℃及び最大３５℃の温度で少なくとも５秒及び最大３００秒の間に少なくとも１５ｐｐｍ及び最大５０ｐｐｍの濃度で水に溶解させたオゾン（Ｏ３）の溶液の使用を含む。
第２酸化洗浄ステップを第２選択エッチングステップ（ｄ）の後に例えばオゾンを使用して実際に実施する場合、これが本発明を限定すると解釈すべきではないが、第２酸化洗浄は、表面の酸化によって最終表面をより親水性にし、これによって粒子堆積による汚染が抑制され得ると考えられる。
一実施形態では、本発明による方法において、さらなる酸化洗浄ステップ（ｅ）の後に濯ぎステップ及び乾燥ステップを続けることができる。一般に適切なプロセス条件は、第１選択エッチングステップ（ａ）に続く濯ぎステップ（ｂ）及び乾燥ステップ（ｃ）に関して上述した通りである。
本発明はまた、第２の態様において、特に本発明の方法で得ることができるウエハも対象とする。
本発明によるウエハは、好ましくは少なくとも１つの歪みシリコン（ｓＳｉ）表面層を含み、前記ｓＳｉ表面層の厚さは、少なくとも５ｎｍ及び最大１００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、好ましくは、０．４０μｍでの欠陥の合計（ＳＯＤ）値、ＳＯＤ＠０．４０μｍが、最大２００個／ウエハである。
ここでのＳＯＤは、検出閾値が０．４０μｍである米国特許出願公開第２００６／０２６４００８号明細書の記載と同様に決定する。測定は、例えばＫＬＡ−ＴｅｎｃｏｒのＳＰ１装置で行うことができる。この測定は、ＬＰＤ（小さな欠陥）及びＡＰ（より大きな欠陥）の検出を含む。欠陥のこれらの様々なグループは、大きさによって識別され、位相欠陥（ホール、クレータ、又はバンプ）並びに粒子（ダスト）の両方を含む。ＳＯＤは、ＬＰＤとＡＰの合計である。走査型電子顕微鏡測定によって欠陥の定性的な種類を識別することが可能であり、（第２エッチングステップ後の）残留欠陥の９５％が表面の位相欠陥であり、５％が粒子に起因することが本発明者らによって検出された。
本発明によるウエハに関して観察されたＳＯＤ値は、従来技術のウエハに関して観察されたものより相当改善されている。すなわち、本発明者らは、従来の技術方法での選択エッチングのみの第１ステップ後のＳＯＤ＠０．４０μの典型的な値が、欠陥数が約４０００個／ウエハであることを観察した。したがって、本発明によってＳＯＤ値を約１５分の１又は約２０分の１に減少させることが可能になる。
好ましい一実施形態では、本発明によるウエハの直径は、約２００ｍｍ又は約３００ｍｍである。実際に、マイクロエレクトロニクス分野でのウエハは、これらの標準サイズで形成される。欠陥数が好ましい最大値である２００個／ウエハは、２００ｍｍと３００ｍｍの両方のウエハに適切である。
本発明によるウエハは、一般に、２μｍ×２μｍの走査表面について最大でも１Åｒｍｓの表面粗さしか示さない。適切な実施形態では、欠陥密度は、３００ｍｍのウエハでは０．３粒子／ｃｍ２未満（欠陥数が２００個を限界とした結果）、２００ｍｍのウエハでは０．６粒子／ｃｍ２未満である。
本発明によるウエハは、一般に、歪みシリコンオンインシュレータ（ｓＳＯＩ）構造を有する。ウエハは、先に言及したスマートカット（登録商標）技術によって優先的に得られ、それによりｓＳｉ／ＳｉＧｅのスタッキングは、酸化層によってドナー基板からレセプターＳｉバルク基板に転写される。
次の表は、本発明の枠内で試験された処理条件を示している。処理されたウエハは、例えば米国特許出願公開第２００４／０５３４７７号明細書に記載されるように、ｓＳＯＩ又はＳＧＯＩタイプのウエハ製造用のスマートカット（登録商標）技術によって得られた。使用したウエハは、今日の２つの標準サイズである直径が２００ｍｍ又は３００ｍｍの「マイクロエレクトロニクス品質のシリコン」として市販されている、マイクロエレクトロニクス用のシリコンバルクウエハとした。
Claims (15)
- 少なくとも１つのシリコン−ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）表面層と前記ＳｉＧｅ層に接する歪みシリコン（ｓＳｉ）層とを含むウエハを処理する方法であって、前記歪みシリコン層は、前記ＳｉＧｅ層をエッチングすることによって露出されており、
前記方法が、順に行われる、
（ａ）前記ＳｉＧｅ層が完全に除去される前記ＳｉＧｅ層の第１選択エッチング、その後の酸化洗浄ステップと；
（ｂ）脱イオン水を使用する濯ぎステップと；
（ｃ）乾燥ステップと；
（ｄ）第２選択エッチングステップと
を含む、方法。 - 前記第１選択エッチングステップ（ａ）が、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とフッ化水素酸（ＨＦ）との混合物を含むエッチング液で実施される、請求項１に記載の方法。
- 前記第１選択エッチングステップ（ａ）中のフッ化水素酸（ＨＦ）の濃度が、少なくとも０．０５重量％及び最大１０重量％であり、前記第１選択エッチングステップ（ａ）中の温度が、少なくとも２０℃及び最大６０℃であり；前記第１選択エッチングステップ（ａ）の継続時間が、少なくとも２０秒及び最大５００秒である、請求項２に記載の方法。
- 酸化洗浄ステップが、少なくとも１７℃及び最大３５℃の温度で少なくとも５秒及び最大３００秒の間に少なくとも１５ｐｐｍ及び最大５０ｐｐｍの濃度で水に溶解させたオゾン（Ｏ３）の溶液を使用して前記第１選択エッチングステップ（ａ）の後に実施される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
- 脱イオン水で濯ぐ前記ステップ（ｂ）が、１５℃〜６０℃の温度で、少なくとも５秒間及び最大３分間実施される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップ（ｃ）の乾燥が、窒素又はアルゴンなどの不活性ガスの流れを使用して実施される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）が、酢酸（ＣＨ３ＣＯＯＨ）と過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）とフッ化水素酸（ＨＦ）との混合物を含むエッチング液で実施される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）中のフッ化水素酸（ＨＦ）の濃度が、少なくとも０．０５重量％及び最大１０重量％であり、前記第２選択エッチングステップ（ｄ）中の温度が、少なくとも２０℃及び最大６０℃であり、前記第２選択エッチングステップ（ｄ）の継続時間が、少なくとも５秒及び最大４０秒である、請求項７に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）の継続時間が、少なくとも１０秒及び最大３０秒である、請求項７又は請求項８に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）の継続時間が、少なくとも１５秒及び最大２５秒である、請求項９に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）の継続時間が、約２０秒である、請求項１０に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）の後に濯ぎステップ及び乾燥ステップが続く、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）の後にさらなる酸化洗浄ステップ（ｅ）が続く、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記第２選択エッチングステップ（ｄ）に続く酸化洗浄ステップ（ｅ）が、少なくとも１７℃及び最大３５℃の温度で少なくとも５秒及び最大３００秒の間に少なくとも１５ｐｐｍ及び最大５０ｐｐｍの濃度で水に溶解させたオゾン（Ｏ３）の溶液を使用して実施される、請求項１３に記載の方法。
- 前記さらなる酸化ステップ（ｅ）の後に濯ぎステップ及び乾燥ステップが続く、請求項１３又は請求項１４に記載の方法。
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