JPH07193204A

JPH07193204A - 半導体基板の製造方法

Info

Publication number: JPH07193204A
Application number: JP33244093A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yano; 孝幸矢野; Isao Hamaguchi; 功浜口; Tatsuo Nakajima; 辰雄中島; Oji Tachimori; 應治日月
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-27
Filing date: 1993-12-27
Publication date: 1995-07-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ＳＩＭＯＸウェハ上に存在するパーティクル
を低減する。【構成】ＳＩＭＯＸウェハの材料となるシリコンウェ
ハ１上に、イオン注入工程に先だって保護膜を形成す
る。この保護膜２を通じて酸素をイオン注入することに
より、基板内部にイオン注入領域３を形成する。その後
に保護膜の溶解を行うことにより、シリコンウェハ上に
残留した通常の洗浄法では除去することが困難なパーテ
ィクルを、保護膜とともに除去する。この保護膜除去工
程では一度除去されたパーティクルがシリコンウェハ表
面に再付着することがあるため、引き続きパーティクル
除去洗浄を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸素イオン注入により
内部にシリコン酸化膜を形成したシリコンウェハの製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造工程において、シ
リコンウェハ上に存在するパーティクルは、デバイス不
良の原因となり製造歩留りを低下させる。パーティクル
が原因となるデバイス不良としては、リソグラフ工程に
おけるパターン不良、電極形成工程における断線、およ
びイオン注入工程におけるシャドー効果等が挙げられ
る。

【０００３】酸素イオン注入により内部に絶縁膜を形成
したシリコンウェハ（以後、ＳＩＭＯＸウェハと記す）
では、ウェハ内部に化学量論的なシリコン酸化物が膜状
に生成される（以後、埋め込み酸化膜と記す）が、その
ためには、通常、３ｘ１０¹⁷〜２ｘ１０¹⁸ｃｍ^-2の酸素
イオンを注入する必要がある。このイオン注入工程にお
いて酸素イオンの照射を受けるシリコンウェハおよび装
置内部部品は、イオン注入により誘発されるスパッタリ
ング現象により侵食を受ける。侵食されて真空中に離脱
した構成物質のうち一部はその場で成長してパーティク
ルとなり、直接的にウェハ上に付着する。また、別の一
部はウェハ周囲に位置する装置内壁に付着し成長した
後、剥離してウェハ上に落下し付着する。これらのパ−
ティクルは、結果的にＳＩＭＯＸウェハを用いて製造さ
れるデバイス（以後、ＳＩＭＯＸデバイスと記す）の歩
留り低下の原因となる。

【０００４】ＳＩＭＯＸウェハ上に存在するパーティク
ルを低減する試みは、これまで装置内部のクリーニング
および注入後ウェハの洗浄によってなされてきた。前者
については、スパッタリングにより膜が付着した装置部
品表面の機械的研磨や化学的溶解、あるいは部品そのも
のの交換を行うことにより、イオン注入中にウェハ上に
落下し付着するパーティクル数を低減することを意図し
ている。後者については、ウェハ上に付着したパーティ
クルを注入後の洗浄工程で除去することを意図してい
る。パーティクル除去洗浄としては、アンモニアと過酸
化水素の混合水溶液による洗浄（以後、アンモニア過水
洗浄と記す）を用いることが一般的である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】機械的研磨による装置
内部のクリーニングにおいては、付着したパーティクル
を完全に除去することは困難な場合が多い。加えて、剥
離しかかったままで残留するものを増加させること、付
着物のみならず母材を研磨する可能性が高いことなどの
理由により、クリーニング後一時的にパーティクルを増
加させるという不安定な面を持ち合わせている。化学的
溶解法においては、付着物を溶解させるために有害な薬
品、例えば弗酸、硝酸等を用いる必要があり、溶解設備
として大がかりなものが必要とされる。部品交換につい
ては、前記二種類の方法と比較して効果は高いが、それ
でも真空槽内部の作業による一時的なパーティクルの増
加は避けられない。また、コスト増加や部品形状の制約
等の問題も発生する。

【０００６】アンモニア過水洗浄を用いた注入ウェハの
洗浄においては、過酸化水素によるウェハ表面の酸化と
アンモニアによるエッチングを組み合わせた効果により
パーティクルを除去することを目的としている。しかし
ながら、ＳＩＭＯＸウェハ上のパーティクルは、長時間
にわたる酸素イオンの照射の影響により、熱的な変質に
よる焼き付きおよび帯電による静電的な吸着でウェハ表
面に強固に付着しているため、通常の洗浄法では除去が
困難である。また、注入条件によってはアンモニア過水
洗浄への耐性が低い表面シリコン層が生成されるため、
アンモニア過水洗浄が使用できない場合がある。

【０００７】本発明では、ＳＩＭＯＸウェハ製造工程に
おいて、酸素イオン注入前にウェハ表面に形成した保護
膜を通してイオン注入を行った後、保護膜の除去を行い
さらに洗浄することにより、イオン注入中に付着したＳ
ＩＭＯＸウェハ上のパーティクルを効果的に低減する方
法を提供し、ＳＩＭＯＸデバイス製造工程において歩留
り低下を防ぐことを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
の製造方法は、ＳＩＭＯＸウェハ上に存在するパーティ
クル数を低減する目的を達成するために、シリコンウェ
ハ上に保護膜を形成する工程と、当該保護膜を通じて当
該シリコンウェハに酸素をイオン注入する工程と、次い
で当該保護膜を溶解させる工程と、保護膜除去後の当該
シリコンウェハを洗浄する工程、あるいはイオン注入工
程に引き続いて埋め込み酸化膜形成のための熱処理工程
を行い、次いで保護膜を除去する工程およびシリコンウ
ェハを洗浄する工程を含むものである。

【０００９】保護膜としては、シリコン酸化膜、シリコ
ン窒化膜、リンドープポリシリコン等が用いられる。洗
浄工程としては、アンモニア過水洗浄、あるいはアンモ
ニア過水洗浄と高周波震動を印加した水流による洗浄
（以後、高周波洗浄と記す）を組み合わせた方法が用い
られる。

【００１０】

【作用】本発明では、シリコンウェハ上に保護膜を形成
したうえで、ＳＩＭＯＸウェハ製造のための酸素イオン
注入を行う方法を提案している。この方法の目的とする
ところは、イオン注入後に保護膜を溶解することによ
り、イオン注入工程においてシリコンウェハ上に、厳密
にはシリコンウェハ上の保護膜に強固に付着したパーテ
ィクルを、保護膜とともに除去することである。このこ
とは、パーティクルが付着している部位をシリコンウェ
ハから離脱させることにより、パーティクル自身もシリ
コンウェハから離脱させることを意味する。

【００１１】イオン注入において導入された物質は、そ
の加速エネルギーに応じて表面からある程度侵入したと
ころに分布中心を持つことを特徴としており、母材の最
表面には注入された物質の分布が少ない。従って、シリ
コンウェハ表面に適当な膜厚の保護膜を形成した後にイ
オン注入を行っても、注入される物質の大部分は保護膜
に残留することなくシリコンウェハに達するため、当初
の目的とされるシリコンウェハの改質を得ることが可能
である。

【００１２】以下、詳細な工程を図面を用いて説明す
る。

【００１３】図１（ａ）に示されるシリコンウェハ１を
材料として、図１（ｂ）に示すように保護膜２を形成す
る。保護膜の種類としては、例えばシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、リンドープしたシリコン膜等が挙げられ
るが、除去時に下地のシリコンとの選択比が大きい、す
なわち保護膜物質のみを選択的に除去することが可能な
方法を有すること、およびデバイス特性に有害な物質を
含まないことの条件を満たす必要がある。成長方法につ
いては膜の種類によって異なるが、熱酸化やＣＶＤ法等
を用いることができる。保護膜の膜厚については、イオ
ン注入時の加速エネルギー及び注入量、加えて保護膜物
質の当該イオン注入工程におけるスパッタリング量を考
慮して決定される。適切な保護膜厚の場合、図３（ａ）
に示されるようにイオン注入後に保護膜２上にパーティ
クル５が付着している。しかしながら膜厚が薄すぎる場
合、保護膜および表面シリコン層の一部は注入中のスパ
ッタリングによって除去されるため、図３（ｂ）で示す
ようにパーティクル５は残留した表面シリコン層１５に
直接付着することとなり、その後の効果が得られなくな
る。なお、図中には説明のために除去された保護膜領域
１３および除去された表面シリコン層領域１４について
も仮想的に示してある。逆に膜厚が厚すぎる場合、イオ
ン注入された酸素の大部分が十分な深さでシリコンウェ
ハ中に侵入することが不可能となるため、図３（ｃ）に
示されるように保護膜２とイオン注入領域３との間に表
面シリコン層が形成されず、デバイス製作に必要な膜厚
のシリコン層を得ることができない。したがって、保護
膜厚の最小限度は当該イオン注入条件においてスパッタ
リングされる膜厚、そして最大限度は当該イオン注入条
件におけるイオンの飛程から形成される埋め込み酸化膜
厚の１／２を減じたものに等しい膜厚である。

【００１４】引続きイオン注入を行う。イオン注入条件
としては、基本的には従来の条件をそのまま使用するこ
とが可能であるが、前述したように、最終的には保護膜
を除去することを考慮した上で、必要な膜厚のシリコン
層が残留するイオン注入条件を選択する必要がある。図
１（ｃ）はイオン注入後のシリコンウェハを示してお
り、シリコンウェハ１の表面側にイオン注入領域３が形
成されると同時に、保護膜２とイオン注入領域３との間
に表面シリコン層４が形成される。

【００１５】注入が終了したウェハの表面には保護膜が
残留しているが、次の工程でこれを除去する。その結果
は図２（ｄ）に示されるように、シリコンウェハ１の表
面側に、表面シリコン層４とイオン注入領域３が残留す
る。保護膜の除去方法としては、シリコンに対して保護
膜物質を選択的にエッチングすることが必要であるが、
前述したシリコン酸化膜には希弗酸水溶液、シリコン窒
化膜にはリン酸水溶液を用いた溶解方法、リンドープシ
リコンについては希弗酸水溶液の陽極酸化による電界エ
ッチング法等の方法が挙げられる。

【００１６】ＳＩＭＯＸウェハ上に付着するパーティク
ル物質は、シリコン、石英、フッソ樹脂、有機物、金属
等があり、大部分は保護膜溶解後も溶液中にパーティク
ルの形で存在する。これらのパーティクルの一部は保護
膜溶解工程中にシリコンウェハに再付着するために、さ
らにパーティクルを除去する工程が必要となる。図２
（ｄ）に示されるこれらの再付着したパーティクル６
は、注入後のパーティクルと異なり、ウェハ上に比較的
ゆるやかに付着しているため、通常のシリコンウェハの
洗浄法を使用して除去することができる（図２
（ｅ））。洗浄工程としてはアンモニア過水洗浄を用い
る。その混合比としてはアンモニア：過酸化水素水：水
＝１：１：５が一般的であるが、アンモニアおよび過酸
化水素水の含有率がそれぞれ２％および９％程度まで低
下してもパーティクル除去効果は得られる。さらに、１
ＭＨｚ以上の高周波洗浄を組み合わせることによって、
パーティクル除去能を高める効果が見られる。アンモニ
ア過水洗浄と高周波洗浄の組み合わせについては、いず
れを先に行っても同様の効果が得られる。

【００１７】以上説明したＳＩＭＯＸウェハの表面の保
護膜の除去および洗浄は、酸素イオン注入とその後に行
われる熱処理の間の工程として行うことが一般的である
が、熱処理工程の後に行った場合においてもパーティク
ル低減効果は見られる。これは酸素イオン注入後に残留
する保護膜が、熱処理工程後もそのまま存在し、これを
除去することによりパーティクルの除去を行うことがで
きることによる。この場合、ＳＩＭＯＸウェハから発生
する物質により熱処理炉を汚染することを防止するため
に熱処理前にウェハを洗浄することは、本発明の意図す
るところである。

【００１８】以上の工程により製造されたＳＩＭＯＸウ
ェハ上には、引き続きＳＩＭＯＸデバイスが形成され
る。図２（ｆ）は、その一例としてＳＩＭＯＸウェハに
形成されたＭＯＳトランジスターを示す。主たる工程と
しては、ＳＩＭＯＸウェハの表面シリコン４層上へのフ
ィールド酸化膜８の形成、ゲート酸化膜９およびゲート
電極１０形成、さらには表面シリコン層４の電導形や抵
抗率を調整するイオン注入工程、パッシベーション膜１
１や配線電極１２の形成等が挙げられる。

【００１９】

【実施例】

実施例１ｐ型１５０ｍｍ径のシリコンウェハに熱酸化により膜厚
１５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成した後、加速エネル
ギー１８０ｋｅＶ、ドーズ量３．７ｘ１０¹⁸ｃｍ^-2の酸
素イオン注入条件でＳＩＭＯＸウェハを製作した。注入
直後のパーティクル数（粒径０．２８μｍ以上）は５３
５０個であった。

【００２０】このウェハに対して希弗酸水溶液によるシ
リコン酸化膜溶解の後アンモニア過水洗浄を行うことに
より、パーティクル数は１２８０個に減少した。

【００２１】実施例２実施例１と同一条件で製作したＳＩＭＯＸウェハ（注入
直後のパーティクル数５３５０個）に対して、希弗酸水
溶液によるシリコン酸化膜溶解の後アンモニア過水洗浄
と高周波水流洗浄を行うことによりパーティクル数は２
１０個に減少した。

【００２２】実施例３実施例１と同一条件で製作したＳＩＭＯＸウェハ（注入
直後のパーティクル数５３５０個）に対して、処理温度
１３００℃、処理時間６時間、希アルゴンと酸素の混合
ガス雰囲気中で熱処理を行った。その後、弗酸水溶液に
よるシリコン酸化膜溶解の後アンモニア過水洗浄と高周
波水流洗浄を行うことによりパーティクル数は５００個
に減少した。

【００２３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明は酸素イオン注入
に先立てシリコンウェハ表面に保護膜を形成し、イオン
注入後保護膜の除去を行い、さらに洗浄することによ
り、ＳＩＭＯＸウェハ上に残留するパーティクル数を減
少させることができた。このことによってＳＩＭＯＸデ
バイスの歩留り向上が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に係る半導体基板の製造方法の一実
施例を示す図である。

【図２】は、本発明に係る半導体基板の製造方法の一実
施例を示す図である。

【図３】は、実施例における保護膜の効果を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…シリコンウェハ２…保護膜３…イオン注入領域４…表面シリコン層５…パーティクル６…再付着したパーティクル７…埋め込み酸化膜８…フィールド酸化膜９…ゲート酸化膜１０…ゲート電極１１…パッシベーション膜１２…配線電極１３…除去された保護膜領域１４…除去された表面シリコン層領域１５…残留した表面シリコン層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/76 Ｈ０１Ｌ 21/76 Ｒ (72)発明者日月應治神奈川県相模原市淵野辺５−10−１新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素イオン注入により内部にシリコン酸
化膜を形成したシリコンウェハを製造する工程におい
て、酸素イオン注入に先だってシリコンウェハ上に保護
膜を形成することと、保護膜を通して酸素イオン注入を
行った後に保護膜物質を溶解することと、前記保護膜物
質溶解に引き続いてシリコンウェハを洗浄することを特
徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項２】前記シリコンウェハの洗浄をアンモニア
と過酸化水素の混合水溶液によって行う請求項１に記載
の半導体基板の製造方法。
【請求項３】前記シリコンウェハの洗浄をアンモニア
と過酸化水素の混合水溶液による洗浄と高周波震動を印
加した水流による洗浄との組み合わせによって行う請求
項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】前記保護膜物質溶解とシリコンウェハの
洗浄を、酸素イオン注入後に行われるウェハ内部の埋め
込み酸化膜形成のための熱処理の後に行う請求項１〜３
のいずれか１項に記載の半導体基板の製造方法。