DE112019000505T5

DE112019000505T5 - Verfahren zur bewertung einer siliciumschicht und verfahren zur herstellung eines siliciumepitaxiewafers

Info

Publication number: DE112019000505T5
Application number: DE112019000505.7T
Authority: DE
Inventors: Sayaka Makise; Shuichi Samata; Noritomo Mitsugi; Sumio Miyazaki
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2039-01-19
Also published as: KR20200095561A; WO2019146505A1; JP6451881B1; CN111566791B; US11183433B2; US20200343149A1; CN111566791A; DE112019000505B4; TW201933441A; TWI673773B; JP2019129223A; KR102356011B1

Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht, das die Bildung eines Oxidfilms auf einer Oberfläche einer Siliciumschicht, die Durchführung einer Aufladungsbehandlung zum Aufladen einer Oberfläche des gebildeten Oxidfilms auf eine negative Ladung und die Messung eines spezifischen Widerstands der Siliciumschicht, die der Aufladungsbehandlung unterzogen worden ist, durch ein van-der-Pauw-Verfahren umfasst.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 24. Januar 2018 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2018-009752 , die hier ausdrücklich durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht und ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers.
Stand der Technik
Verschiedene Verfahren sind als Verfahren zur Messung des spezifischen Widerstands eines Halbleiterwafers bekannt (z.B. ein Ausbreitungswiderstandsverfahren, das in der japanischen Patentanmeldungspublikation Nr. 2005-223098 beschrieben wird, die hier ausdrücklich durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen wird, und ähnliches).
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Siliciumepitaxiewafer, der eine Art Halbleiterwafer ist, hat eine Siliciumepitaxieschicht auf einem einkristallinen Siliciumsubstrat. Bei einem Siliciumepitaxiewafer beeinflusst der spezifische Widerstand der Siliciumepitaxieschicht die Leistung des Wafers. Dementsprechend wird z.B. eine Siliciumepitaxieschicht auf einem Monitorwafer gebildet, der spezifische Widerstand dieser Siliciumepitaxieschicht gemessen und daraus erhaltene Bewertungsergebnisse werden manchmal für die Qualitätssicherung von Produkt-Wafern oder für die operative Steuerung einer epitaktischen Wachstumsstufe verwendet. Um eine solche Qualitätssicherung und/oder eine solche operative Steuerung mit hoher Zuverlässigkeit durchzuführen, ist es wünschenswert, dass die Messgenauigkeit hoch ist. Bezüglich der Messgenauigkeit kann gesagt werden, dass die Genauigkeit umso höher ist, je geringer die Variation der Messwerte (Messabweichung) ist. Hinsichtlich der Messabweichung wird gesagt, dass die Messabweichung des Ausbreitungswiderstandsverfahrens relativ gering ist unter den verschiedenen Verfahren, die als Verfahren zur Messung des spezifischen Widerstands eines Siliciumepitaxiewafers bekannt sind. Die benannten Erfinder haben jedoch spekuliert, dass bei dem Ausbreitungswiderstandsverfahren mit zunehmendem spezifischen Widerstand eines Messobjekts die Variation des Kontaktwiderstands zwischen einer Sonde und einer Probe groß wird und somit die Messabweichung groß wird. Dementsprechend waren die benannten Erfinder der Meinung, dass sie ein neuartiges Bewertungsverfahren bereitstellen sollten, bei dem die Messabweichung bei der Messung des spezifischen Widerstands einer Siliciumepitaxieschicht mit verschiedenen Werten des spezifischen Widerstands gering ist. Darüber hinaus kann man sagen, dass der oben erwähnte Punkt auch auf die Messung des spezifischen Widerstands verschiedener Siliciumschichten anwendbar ist.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein neuartiges Bewertungsverfahren bereit, das die Messabweichung bei der Messung des spezifischen Widerstands einer Siliciumschicht reduzieren kann.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht, wobei das Verfahren umfasst:

Bildung eines Oxidfilms auf der Oberfläche einer Siliciumschicht;
Durchführen einer Aufladungsbehandlung zum Aufladen einer Oberfläche des gebildeten Oxidfilms auf eine negative Ladung; und
Messung des spezifischen Widerstands der Siliciumschicht, die der Aufladungsbehandlung unterzogen wurde, durch ein van-der-Pauw-Verfahren.

In einer Ausführungsform kann die Aufladungsbehandlung durch eine Koronaentladungsbehandlung durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann die Aufladungsbehandlung durch eine Spannungsanwendungsbehandlung durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform kann die Siliciumschicht eine Siliciumepitaxieschicht sein, die in einer Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur enthalten ist.
In einer Ausführungsform kann die Siliciumschicht eine hochohmige Siliciumepitaxieschicht mit einem spezifischen Widerstandsmesswert, der durch ein Ausbreitungswiderstandsverfahren erhalten wird, von 200 Ωcm oder mehr sein.
In einer Ausführungsform kann die Siliciumschicht eine aktive Schicht sein, die in einem SOI (Silicon-on-Insulator)-Wafer enthalten ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, wobei das Verfahren umfasst:

Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist;
Bewertung einer zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht, die in demselben oder im Wesentlichen demselben Epitaxiewachstumsschritt gebildet wird wie eine Siliciumepitaxieschicht, die in dem Siliciumepitaxiewafer enthalten ist, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, durch das obige Bewertungsverfahren; und
Unterwerfen des Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, der Vorbereitung für den Versand als Produkt in einem Fall, in dem ein erhaltener spezifischer Widerstand der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht innerhalb eines Bereichs liegt, der für nicht defekte Produkte zulässig ist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, wobei das Verfahren umfasst:

Bildung einer zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht unter einer Test-EpitaxieWachstumsbedingung;
Bewertung der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht mit dem oben genannten Bewertungsverfahren;
basierend auf einem erhaltenen spezifischen Widerstand der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht, Bestimmen einer Epitaxiewachstumsbedingung, die durch Modifizieren der Test-Epitaxiewachstumsbedingung als Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in einem Produktherstellungsschritt erhalten wurde, oder Bestimmen der Test-Epitaxiewachstumsbedingung als Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in dem Produktherstellungsschritt; und
Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers für den Produktversand durch den Produktherstellungsschritt einschließlich eines epitaktischen Wachstumsschrittes, der unter der bestimmten Epitaxiewachstumsbedingung durchgeführt wird.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht zur Verfügung zu stellen, bei dem es sich um ein neuartiges Bewertungsverfahren handelt, das die Messabweichung bei der Messung des spezifischen Widerstands einer Siliciumschicht verringern kann.
Beschreibung der Ausführungsformen
[Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht]
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht (im Folgenden einfach als „Bewertungsverfahren“ bezeichnet), wobei das Verfahren die Bildung eines Oxidfilms auf einer Oberfläche einer Siliciumschicht, die Durchführung einer Aufladungsbehandlung zum Aufladen einer Oberfläche des gebildeten Oxidfilms auf eine negative Ladung und die Messung eines spezifischen Widerstands der Siliciumschicht, die der Aufladungsbehandlung unterzogen wurde, durch ein van-der-Pauw-Verfahren umfasst.
Das van-der-Pauw-Verfahren ist als Verfahren zur Bewertung physikalischer Eigenschaften wie des spezifischen Widerstands und des Hall-Koeffizienten einer Halbleiterprobe bekannt. Die benannten Erfinder waren der Meinung, dass bei dem van-der-Pauw-Verfahren eine Verbesserung der Messgenauigkeit im Vergleich zu einem Verfahren zu erwarten sei, bei dem die Messung nur an einer Stelle durchgeführt wird (z.B. ein bekanntes Vier-Sonden-Verfahren als Verfahren zur Messung des spezifischen Widerstands u.ä. einer Halbleiterprobe), da das van-der-Pauw-Verfahren ein Verfahren ist, bei dem Elektroden an vier Stellen auf der Oberfläche einer Probe vorgesehen sind, die Messung wie z.B. die Spannungsmessung an mehreren Stellen durchgeführt wird und die Messergebnisse durch Mittelwertbildung der erhaltenen Werte erhalten werden. Darüber hinaus vertraten die benannten Erfinder die Ansicht, dass, da das van-der-Pauw-Verfahren eine filmähnliche Probe als Modell verwendete, genaue Messungen an einem dünnen Film, wie z.B. einer Siliciumepitaxieschicht eines Siliciumepitaxiewafers, durchgeführt werden können.
Aus den oben genannten Gründen haben die benannten Erfinder das van-der-Pauw-Verfahren zur Messung des spezifischen Widerstands einer Siliciumschicht übernommen. Die benannten Erfinder haben weiterhin umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt und neu herausgefunden, dass es möglich ist, die Messabweichung bei der Messung des spezifischen Widerstands einer Siliciumschicht zu reduzieren, indem sie die Oxidfilmbildung und eine Aufladungsbehandlung durch Aufladen einer Oberfläche eines Oxidfilms auf eine negative Ladung als Vorbehandlung für die Widerstandsmessung nach dem van-der-Pauw-Verfahren durchführen und damit haben sie das Bewertungsverfahren fertiggestellt.
Nachfolgend wird das oben beschriebene Bewertungsverfahren ausführlicher beschrieben.
<Bewertungsobjekt>
Ein Bewertungsobjekt des Bewertungsverfahrens ist eine Siliciumschicht. Die Siliciumschicht kann eine einkristalline Siliciumschicht oder eine Siliciumepitaxieschicht in einer Ausführungsform sein. Die Siliciumepitaxieschicht kann durch epitaktisches Aufwachsen eines p-Typ- oder n-Typ-Einkristall-Siliciumfilms hergestellt werden. Bekannte Techniken können auf die Bildung der Siliciumepitaxieschicht durch epitaktisches Wachstum angewandt werden. Der Leitfähigkeitstyp der Siliciumepitaxieschicht kann durch die Art des Dotierstoffs kontrolliert werden, und der spezifische Widerstand der Siliciumepitaxieschicht kann durch die Konzentration des Dotierstoffs gesteuert werden.
Bei der Bewertung der Siliciumepitaxieschicht ist es vorzuziehen, den spezifischen Widerstand einer Siliciumepitaxieschicht, die in einer Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur enthalten ist, nach dem van-der-Pauw-Verfahren zu messen, um während der Widerstandsmessung eine Stromableitung zu einem Teil zu verhindern, der sich auf einer Schicht unterhalb der Siliciumepitaxieschicht befindet.
Hinsichtlich der pn-Struktur ist es möglich, eine Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur herzustellen, indem eine n-Typ-Siliciumepitaxieschicht auf einem p-Typ-Halbleitersubstrat gebildet wird. Alternativ ist es möglich, eine Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur herzustellen, indem man eine p-Typ-Siliciumepitaxieschicht auf einem n-Typ-Halbleitersubstrat bildet. In der pn-Struktur ist es möglich, die Siliciumepitaxieschicht mit Hilfe einer Verarmungsschicht eines pn-Übergangs elektrisch von einem als Schicht unter der Siliciumepitaxieschicht liegenden Teil (einem Substrat) zu trennen. Ein eingebautes Potential nimmt ab, wenn der spezifische Widerstand der Siliciumepitaxieschicht zunimmt, gefolgt von einer Zunahme der Breite der Verarmungsschicht, und dadurch kann ein Potentialgradient klein werden. In einem solchen Fall ist es möglich, die Stromableitung zu einem Teil (einem Substrat), der sich als Schicht unter der Siliciumepitaxieschicht befindet, weiter zu verhindern, indem eine Sperrspannung des pn-Übergangs an die Substratseite angelegt wird, um das eingebaute Potential zu erhöhen. Bekannte Techniken können für das Anlegen einer Sperrspannung angewendet werden.
Die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht ist vorzugsweise eine hochohmige Siliciumepitaxieschicht mit einem durch ein Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltenen spezifischen Widerstandsmesswert von 200 Ωcm oder mehr. Messwerte, die durch ein Ausbreitungswiderstandsverfahren in der vorliegenden Erfindung und der vorliegenden Beschreibung erhalten werden, sind Werte, die durch Messung mit einem bekannten Ausbreitungswiderstandsverfahren erhalten werden. Nach dem Ausbreitungswiderstandsverfahren ist es möglich, Messungen an einer Siliciumepitaxieschicht mit einem spezifischen Widerstand von 200 Ωcm oder mehr durchzuführen, und es ist möglich, die Messabweichung im Vergleich zu anderen Widerstandsmessverfahren relativ klein zu machen. Wie oben beschrieben, spekulieren die benannten Erfinder jedoch, dass bei dem Ausbreitungswiderstandsverfahren die Kontaktvariation zwischen einer Sonde und einer Probe groß wird, wenn der spezifische Widerstand eines Bewertungsobjekts groß wird, und als Folge davon die Messabweichung groß wird. Im Gegensatz dazu ist es nach dem oben beschriebenen Bewertungsverfahren möglich, eine hochohmige Siliciumepitaxieschicht mit einem Widerstandsmesswert von 200 Ωcm oder mehr zu bewerten, wobei die Messabweichung bei der Widerstandsmessung reduziert wird. Die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht kann einen spezifischen Widerstandsmesswert von 300 Ωcm oder mehr, 400 Ωcm oder mehr oder 500 Ωcm oder mehr haben, die durch das Ausbreitungswiderstandsverfahren erhalten werden. Obwohl die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht z.B. einen nach dem Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltenen spezifischen Widerstandsmesswert von 1000 Ωcm oder weniger haben kann, ist es nach dem obigen Bewertungsverfahren möglich, die Messabweichung bei der Messung des spezifischen Widerstands zu reduzieren, selbst wenn die Siliciumepitaxieschicht einen spezifischen Widerstandsmesswert hat, der den obigen Wert übersteigt.
Zusätzlich kann in einer Ausführungsform die Siliciumschicht, die mit dem obigen Bewertungsverfahren bewertet werden soll, eine aktive Schicht eines SOI-Wafers sein, die ein einkristallines Siliciumsubstrat, einen isolierenden Film (z.B. einen Oxidfilm) und eine Siliciumschicht (als aktive Schicht bezeichnet) in dieser Reihenfolge enthält. Da der SOI-Wafer einen Isolierfilm enthält, ist es möglich, Leckströme zu einem Teil zu verhindern, der sich während der Widerstandsmessung als Schicht unter der Siliciumschicht befindet.
Bei der zu bewertenden aktiven Schicht handelt es sich vorzugsweise um eine hochohmige Siliciumschicht mit einem durch ein Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltenen spezifischen Widerstandsmesswert von 200 Ωcm oder mehr. Wie oben beschrieben, spekulieren die benannten Erfinder, dass bei dem Ausbreitungswiderstandsverfahren die Kontaktvariation zwischen einer Sonde und einer Probe groß wird, wenn der spezifische Widerstand eines Bewertungsobjekts groß wird, und als Folge davon die Messabweichung groß wird. Im Gegensatz dazu ist es nach dem oben beschriebenen Bewertungsverfahren möglich, eine hochohmige Siliciumschicht mit einem spezifischen Widerstandsmesswert von 200 Ωcm oder mehr zu bewerten, wobei die Messabweichung bei der Widerstandsmessung reduziert wird. Die zu bewertende Siliciumschicht kann einen spezifischen Widerstandsmesswert von 300 Ωcm oder mehr, 400 Ωcm oder mehr oder 500 Ωcm oder mehr haben, die durch das Ausbreitungswiderstandsverfahren erhalten werden. Obwohl die zu bewertende Siliciumschicht z.B. einen nach dem Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltenen spezifischen Widerstandsmesswert von 1000 Ωcm oder weniger haben kann, ist es nach dem obigen Bewertungsverfahren möglich, die Messabweichung bei der Messung des spezifischen Widerstands zu reduzieren, selbst wenn die Siliciumschicht einen spezifischen Widerstandsmesswert hat, der den obigen Wert übersteigt.
Bekannte Techniken können auf die Herstellung des SOI-Wafers angewandt werden. Der Leitfähigkeitstyp der aktiven Schicht kann durch die Art des Dotierstoffs gesteuert werden, und ein spezifischer Widerstand der aktiven Schicht kann durch eine Konzentration des Dotierstoffs gesteuert werden.
<Vorbehandlungen zur Messung des spezifischen Widerstands>
Bei dem obigen Bewertungsverfahren werden die Oxidfilmbildung und die Aufladungsbehandlung als Vorbehandlung durchgeführt, bevor die Widerstandsmessung nach dem van-der-Pauw-Verfahren durchgeführt wird. Diese Vorbehandlungen werden im Folgenden ausführlicher beschrieben.
(Oxidfilmbildung)
Als Vorbehandlung für die Widerstandsmessung wird zunächst ein Oxidfilm auf einer Oberfläche der zu bewertenden Siliciumschicht gebildet. Der „Oxidfilm“, auf den sich die vorliegende Erfindung und die vorliegende Beschreibung beziehen, ist ein Siliciumoxidfilm (z.B. eine SiO₂-Film). In einigen Fällen kann sich zwar ein natürlicher Oxidfilm auf der Oberfläche der Siliciumschicht bilden, aber es wird als schwierig angesehen, die Messabweichung in einem natürlichen Oxidfilm ausreichend zu reduzieren, da eine durch eine später zu beschreibende Aufladungsbehandlung zurückgehaltene negative Ladung gering ist. Dementsprechend wird bei dem obigen Bewertungsverfahren vor der Aufladungsbehandlung ein Oxidfilm gebildet. Die Dicke des Oxidfilms auf der Oberfläche der Siliciumschicht ist vorzugsweise größer als die Dicke des natürlichen Oxidfilms, und unter diesem Gesichtspunkt beträgt sie vorzugsweise 1 nm oder mehr. Eine Dicke des Oxidfilms bezieht sich auf eine Gesamtdicke des natürlichen Oxidfilms und des durch Oxidfilmbildung gebildeten Oxidfilms in einem Fall, in dem die Oxidfilmbildung durchgeführt wird, ohne eine Siliciumepitaxieschicht, auf der ein natürlicher Oxidfilm vorhanden ist, einem Verfahren zur Entfernung des natürlichen Oxidfilms zu unterziehen. Außerdem kann die Dicke des Oxidfilms auf der Oberfläche der Siliciumschicht z.B. 20 nm oder weniger betragen.
Die Oxidfilmbildung kann durch eine Oxidation vom nassen Typ durchgeführt werden, die eine Oxidationsbehandlung unter Verwendung einer Behandlungsflüssigkeit ist, oder durch eine Oxidation vom trockenen Typ, die eine Oxidationsbehandlung ohne Verwendung einer Behandlungsflüssigkeit ist. Die Oxidation vom trockenen Typ ist vom Standpunkt der Einfachheit einer Oxidationsbehandlung und dergleichen vorzuziehen. Die Oxidation vom trockenen Typ kann durch ein bekanntes Verfahren wie eine thermische Oxidation oder eine Plasmabehandlung durchgeführt werden, wobei eine thermische Oxidation vorzuziehen ist. Die thermische Oxidation kann durchgeführt werden, indem eine Bewertungsprobe mit einer zu bewertenden Siliciumschicht in einer erhitzten oxidierenden Atmosphäre eingebracht wird. Die oxidierende Atmosphäre ist eine Atmosphäre, die mindestens ein oxidierendes Gas enthält, und sie kann z.B. eine Atmosphäre sein, die 10 Volumenprozent bis 100 Volumenprozent Sauerstoff enthält. Die atmosphärische Temperatur der oxidierenden Atmosphäre kann z.B. 700°C bis 1300°C betragen, und die Erhitzungszeit kann z.B. 1 Minute bis 1000 Minuten betragen. Die oben genannten Bedingungen der thermischen Oxidation sind jedoch Beispiele, und die Bedingungen sind nicht darauf beschränkt.
(Aufladungsbehandlung)
Bei dem obigen Bewertungsverfahren wird die Aufladungsbehandlung durchgeführt, bei der eine Oberfläche eines gebildeten Oxidfilms mit einer negativen Ladung aufgeladen wird. Im Allgemeinen werden bei dem van-der-Pauw-Verfahren Elektroden an vier Ecken eines Quadrats auf einer Oberfläche einer Probe angebracht, auf der Elektroden gebildet werden, eine Spannung wird zwischen zwei benachbarten Elektroden angelegt, und die angelegte Spannung wird von den verbleibenden zwei Elektroden gemessen. Es ist vorzuziehen, vor der Aufladungsbehandlung eine Form der Probe auf eine für die Messung nach dem van-der-Pauw-Verfahren geeignete Form einzustellen. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, vor der Aufladungsbehandlung Elektroden zu installieren, die für die Messung nach dem van-der-Pauw-Verfahren verwendet werden (im folgenden als „Messelektroden“ bezeichnet). Die Messelektroden können mit einem bekannten Verfahren gebildet werden. Als Messelektroden sind Metallelektroden mit günstigen ohmschen Eigenschaften gegenüber einer zu bewertenden Siliciumschicht zu bevorzugen. Unter diesem Gesichtspunkt sind als Messelektroden Elektroden aus Metall (z.B. Mg) mit einer Austrittsarbeit von 3,7 eV oder weniger in dem Fall vorzuziehen, wenn die zu bewertende Siliciumschicht vom n-Typ ist, und Elektroden aus Metall (z.B. Au) mit einer Austrittsarbeit von mehr als 3,7 eV in dem Fall, wenn die zu bewertende Siliciumschicht vom p-Typ ist.
Die Aufladungsbehandlung in dem obigen Bewertungsverfahren ist eine Behandlung der Aufladung einer Oberfläche des Oxidfilms auf der Oberfläche der Siliciumschicht zu einer negativen Ladung. Der Oxidfilm hat eine positive Ladung, und in einem Fall, in dem er nicht auf eine negative Ladung aufgeladen wird, wird angenommen, dass eine Akkumulationsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom n-Typ ist) oder eine Inversionsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom p-Typ ist) in einem Bereich auf der Oxidfilmseite der Siliciumschicht gebildet wird. Es wird spekuliert, dass ein Einfluss davon im oben erwähnten Fall mit zunehmendem Widerstand größer wird und eine Ursache für Messwertabweichungen ist. Andererseits wird angenommen, dass durch Aufladen der Oberfläche des Oxidfilms auf eine negative Ladung die Bildung einer Akkumulationsschicht im Falle des n-Typs und die Bildung einer Inversionsschicht im Falle des p-Typs gehemmt werden kann. Dementsprechend spekulieren die benannten Erfinder, dass es möglich ist, die Messabweichung bei der spezifischen Widerstandsmessung durch das van-der-Pauw-Verfahren zu reduzieren.
Als eine Ausführungsform der Aufladungsbehandlung kann eine Behandlung zur Ablagerung negativer Ladungen auf der Oberfläche des Oxidfilms beispielhaft genannt werden. Beispiele für eine solche Behandlung umfassen eine Koronaentladungsbehandlung. Die Oberfläche des Oxidfilms kann zu einer negativen Ladung aufgeladen werden, indem negative Ionen durch Koronaentladung erzeugt werden.
Mit zunehmender Anzahl von Koronaentladungsbehandlungen können mehr negative Ladungen auf der Oberfläche des Oxidfilms abgelagert werden. Wenn mehr negative Ladungen abgelagert werden, ist dies unter dem Gesichtspunkt der weiteren Verringerung der Messabweichung vorzuziehen. Dabei nimmt, wenn die Menge der auf der Oberfläche des Oxidfilms abgelagerten negativen Ladung zunimmt, der durch Messung erhaltene spezifische Widerstandswert tendenziell zu. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür darin liegt, dass mit zunehmender Menge der auf der Oberfläche des Oxidfilms abgelagerten negativen Ladung in einem Bereich auf der Oxidfilmseite der Siliciumschicht eine Inversionsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom n-Typ ist) oder eine Akkumulationsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom p-Typ ist) gebildet wird. In einem solchen Fall ist es z.B. möglich, ein vorläufiges Experiment durchzuführen, um im voraus eine Korrekturformel zu bestimmen und einen Wert, der durch die Korrektur eines durch Messung erhaltenen Widerstandswertes unter Verwendung der Korrekturformel erhalten wird, als einen zur Bewertung einer Siliciumschicht verwendeten spezifischen Widerstand anzunehmen. Es ist jedoch z.B. möglich, einen zulässigen Bereich eines unter bestimmten Aufladungsbehandlungsbedingungen erhaltenen spezifischen Widerstands im voraus festzulegen und eine Bewertung einer Siliciumschicht durchzuführen, basierend darauf, ob ein unter den Aufladungsbehandlungsbedingungen erhaltener spezifischer Widerstand innerhalb des zulässigen Bereichs liegt oder nicht. Dementsprechend ist es möglich, die Bewertung der Siliciumschicht auch dann ausreichend durchzuführen, wenn ein durch Messung erhaltener spezifischer Widerstandswert dazu neigt, sich zu erhöhen oder zu verringern.
Die Anzahl der Koronaentladungsbehandlungen ist unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Messvariation vorzugsweise ein oder mehrere Male. Unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung eines dielektrischen Durchbruchs des Oxidfilms ist die Anzahl der Behandlungen vorzugsweise fünf oder weniger, mehr bevorzugt vier oder weniger und noch mehr bevorzugt drei oder weniger. Darüber hinaus wird es, wie oben beschrieben, unter dem Gesichtspunkt der Verminderung von Messabweichungen als vorzuziehen angesehen, die Bildung einer Akkumulationsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom n-Typ ist) oder einer Inversionsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom p-Typ ist) zu hemmen; und es wird unter dem Gesichtspunkt der Hemmung eines Anstiegs der durch Messung erhaltenen Widerstandswerte als vorzuziehen angesehen, die Bildung einer Inversionsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom n-Typ ist) oder einer Akkumulationsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom p-Typ ist) zu hemmen. Das heißt, die Siliciumschicht befindet sich vorzugsweise in einem Flachbandzustand oder in einem Zustand nahe einem Flachbandzustand, und zwar vorzugsweise in einem Flachbandzustand, um in der Lage zu sein, die Messabweichung zu verringern und gleichzeitig einen Anstieg der spezifischen Widerstandsmesswerte zu verhindern. Unter diesem Gesichtspunkt liegt die Anzahl der Koronaentladungsbehandlungen vorzugsweise in einem Bereich von ein- bis dreimal, mehr bevorzugt ein- oder zweimal und am meisten bevorzugt einmal. Darüber hinaus beträgt aus obiger Sicht eine Gesamtladungsmenge pro Flächeneinheit der Koronaentladungsbehandlung vorzugsweise -1,0×10¹² Ladungen/cm² oder weniger, und noch bevorzugter -3,0×10¹¹ bis -8,5×10¹¹ Ladungen/cm².
Darüber hinaus kann als eine weitere Ausführungsform der Aufladungsbehandlung eine Spannungsanlegungsbehandlung beispielhaft genannt werden. Die Spannungsanlegungsbehandlung kann z.B. durch Anordnen von Elektroden auf einer Oberfläche des Oxidfilms und Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden und einer Rückseite eines Wafers (z.B. einer Substratseite in einer pn-Struktur) durchgeführt werden. Die Oberfläche des Oxidfilms kann auf eine negative Ladung aufgeladen werden, indem eine Spannung angelegt wird, so dass eine negative Spannung an den Oxidfilm angelegt wird. Ein Absolutwert der angelegten Spannung ist vorzugsweise ein Zehntel oder mehr einer Flachbandspannung der Siliciumschicht unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung der Bildung einer Akkumulationsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom n-Typ ist) oder einer Inversionsschicht (in einem Fall, in dem die Siliciumschicht vom p-Typ ist) und der Verringerung von Messwertabweichungen. Darüber hinaus ist ein Absolutwert der angelegten Spannung unter dem Gesichtspunkt der Verhinderung eines dielektrischen Durchbruchs des Oxidfilms vorzugsweise niedriger als eine dielektrische Durchbruchspannung des Oxidfilms. Darüber hinaus befindet sich die Siliciumschicht, wie oben in Bezug auf die Koronaentladungsbehandlung beschrieben, vorzugsweise in einem Flachbandzustand oder in einem Zustand nahe einem Flachbandzustand und noch bevorzugter in einem Flachbandzustand. Die Flachbandspannung der Siliciumschicht kann durch CV- („capacitance - voltage“ / Kapazität - Spannung) Messung ermittelt werden. Dementsprechend können z.B. die Spannungsanlegungsbedingungen auf der Grundlage einer Flachbandspannung bestimmt werden, die durch eine CV-Messung an der zu bewertenden Siliciumschicht oder durch eine CV-Messung an einer Siliciumschicht, die unter den gleichen Bedingungen wie die zu bewertende Siliciumschicht gebildet wurde, erhalten wird.
<Messung des spezifischen Widerstands nach dem van-der-Pauw-Verfahren>
Bei dem oben beschriebenen Bewertungsverfahren wird der spezifische Widerstand der Siliciumschicht nach der oben beschriebenen Aufladungsbehandlung nach dem van-der-Pauw-Verfahren gemessen. Ein Verfahren zur Messung eines spezifischen Widerstands nach dem van-der-Pauw-Verfahren ist bekannt, und bei dem obigen Bewertungsverfahren kann ein spezifischer Widerstand nach dem van-der-Pauw-Verfahren nach einem bekannten Verfahren gemessen werden. Beispielsweise ist es möglich, die Messabweichung zu reduzieren, indem die Oxidfilmbildung und die Aufladungsbehandlung als Vorbehandlung durchgeführt werden, wenn dieselbe Siliciumschicht mehrmals nach dem van-der-Pauw-Verfahren gemessen wird, im Vergleich zu einer Messung ohne Oxidfilmbildung und/oder Aufladungsbehandlung. Darüber hinaus bedeutet eine geringe Messabweichung, dass die Messgenauigkeit hoch ist und die erhaltenen Messergebnisse sehr zuverlässig sind. Daher können nach dem Verfahren, das in der Lage ist, die Messabweichung zu reduzieren, hochzuverlässige Messwerte als Messwerte erhalten werden, die durch eine einzige Messung erhalten werden.
Bei dem obigen Bewertungsverfahren können als Bewertungsindizes der zu bewertenden Siliciumschicht Werte verwendet werden, die durch eine Messung des spezifischen Widerstands erhalten wurden, oder ein repräsentativer Wert (z.B. ein arithmetischer Mittelwert, ein Minimalwert, ein Maximalwert oder ähnliches) von Messwerten, die durch mehrere Messungen erhalten wurden.
[Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers]
Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers (im folgenden als „erstes Herstellungsverfahren“ bezeichnet), wobei das Verfahren umfasst:

Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist;
Bewertung einer zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht, die in demselben oder im Wesentlichen demselben Epitaxiewachstumsschritt gebildet wird wie eine Siliciumepitaxieschicht, die in dem Siliciumepitaxiewafer enthalten ist, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, durch das obige Bewertungsverfahren; und
Unterwerfen des Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, der Vorbereitung für den Versand als Produkt in einem Fall, in dem ein erhaltener spezifischer Widerstand der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht innerhalb eines Bereichs liegt, der für nicht defekte Produkte zulässig ist.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers (im Folgenden als „zweites Herstellungsverfahren“ bezeichnet), wobei das Verfahren umfasst:

Bildung einer zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht unter einer T estepitaxiewachstumsbedingung;
Bewertung der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht durch das oben genannte Bewertungsverfahren;
basierend auf einem erhaltenen spezifischen Widerstand der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht, Bestimmen einer Epitaxiewachstumsbedingung, die durch Modifizieren der Testepitaxiewachstumsbedingung erhalten wurde, als Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in einem Produktherstellungsschritt, oder Bestimmen der Testepitaxiewachstumsbedingung als Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in dem Produktherstellungsschritt; und
Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers für den Produktversand durch den Produktherstellungsschritt einschließlich eines epitaktischen Wachstumsschrittes, der unter der bestimmten Epitaxiewachstumsbedingung durchgeführt wird.

Das erste Herstellungsverfahren kann als ein Verfahren bezeichnet werden, das die Bewertungsergebnisse des oben genannten Bewertungsverfahrens zur Qualitätssicherung eines als Produkt zu versendenden Siliciumepitaxiewafers verwendet. Darüber hinaus kann man sagen, dass das zweite Herstellungsverfahren ein Verfahren ist, das die Bewertungsergebnisse des oben genannten Bewertungsverfahrens der sogenannten operativen Steuerung verwendet. Bei beiden Verfahren erfolgt die Bewertung durch das oben beschriebene Bewertungsverfahren nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden werden das erste Herstellungsverfahren und das zweite Herstellungsverfahren näher beschrieben.
<Erstes Herstellungsverfahren>
(Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist)
Die Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, kann im ersten Herstellungsverfahren durch einen bekannten Schritt der Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers erfolgen. Im Allgemeinen wird ein Siliciumepitaxiewafer hergestellt, indem ein einkristalliner Siliciumwafer, wie z.B. ein polierter Wafer, in einem Ofen für epitaktisches Wachstum angeordnet wird und ein einkristalliner Siliciumfilm auf einer Oberfläche des polierten Wafers epitaktisch aufgewachsen wird (Dampfphasenwachstum), um eine Siliciumepitaxieschicht zu bilden. Der Leitfähigkeitstyp der Siliciumepitaxieschicht kann durch die Art des Dotierstoffs gesteuert werden, und ein spezifischer Widerstand kann durch eine Konzentration des Dotierstoffs gesteuert werden. Eine Siliciumepitaxieschicht, die einen Dotierstoff enthält, kann durch Mischen eines Ausgangsgases des Dotierstoffs mit einem Gas für das Dampfphasenwachstum gebildet werden. Beim ersten Herstellungsverfahren wird auf der Grundlage der Ergebnisse der Bewertung des spezifischen Widerstands der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht durch das obige Bewertungsverfahren bestimmt, ob die in dem Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, enthaltene Siliciumschicht einen spezifischen Widerstandsgrad von nicht-defekten Produkten aufweist oder nicht.
(Bildung und Bewertung der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht)
Die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht ist eine Siliciumepitaxieschicht, die in demselben oder im Wesentlichen demselben Epitaxieschritt gebildet wird wie eine Siliciumepitaxieschicht, die in dem Siliciumepitaxiewafer enthalten ist, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist. Der Begriff „gleicher Epitaxiewachstumsschritt“ bezieht sich auf einen Epitaxiewachstumsschritt, der im gleichen Epitaxieofen unter den gleichen Epitaxiewachstumsbedingungen wie die der Siliciumepitaxieschicht des Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, durchgeführt wird. Der Ausdruck „im wesentlichen derselbe Epitaxiewachstumsschritt“ bezieht sich auf einen Epitaxiewachstumsschritt, der im selben Epitaxiewachstumsofen unter denselben Epitaxiewachstumsbedingungen durchgeführt wird, mit Ausnahme einer Zeit für die Durchführung des Epitaxiewachstums (eine Behandlungszeit), wie die der Siliciumepitaxieschicht des Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist. Was „denselben Epitaxieofen“ betrifft, so können entweder die Bildung der Siliciumepitaxieschicht des Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, oder die Bildung der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht zuerst durchgeführt werden, aber das Wartungsmanagement des Ofens wird nicht zwischen ihnen durchgeführt. Beispiele für Epitaxie-Wachstumsbedingungen sind außerdem die Art eines Gases für das Dampfphasenwachstum, eine Durchflussrate, ein Mischungsverhältnis, eine Behandlungszeit und ähnliches. In Bezug auf „dieselben Epitaxiewachstumsbedingungen“ sind Änderungen, die im Allgemeinen aufgrund einer Vorrichtung oder Ähnlichem auftreten können, zulässig. Das einkristalline Siliciumsubstrat, auf dem die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht aufgewachsen ist, muss nicht derselbe einkristalline Siliciumwafer sein wie der Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist. Es ist vorzuziehen, ein Substrat so zu wählen, dass eine Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur wie oben beschrieben hergestellt werden kann. Die so erhaltene Bewertungsprobe wird mit dem Bewertungsverfahren nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bewertet. Die Einzelheiten der Bewertung sind wie oben beschrieben.
(Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens)
Bei dem ersten Herstellungsverfahren wird ein für die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhaltener spezifischer Widerstand verwendet, um zu bestimmen, ob ein Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, einen für ein Produkt erforderlichen spezifischen Widerstand aufweist oder nicht (Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens). Ein für die Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens verwendeter spezifischer Widerstand kann ein Wert sein, der durch eine Messung für eine zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhalten wird, oder ein repräsentativer Wert (z.B. ein arithmetischer Mittelwert, ein Minimalwert, ein Maximalwert und dergleichen) von Messwerten aus mehreren Messungen, die für eine zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhalten werden. Alternativ kann ein spezifischer Widerstand von mehreren zu bewertenden Siliciumepitaxieschichten nach dem obigen Bewertungsverfahren gemessen werden, und ein repräsentativer Wert (z.B. ein arithmetischer Mittelwert, ein Minimalwert, ein Maximalwert und dergleichen) der Messwerte kann zur Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens verwendet werden. Die Feststellung des Bestehens oder Nichtbestehens hängt davon ab, ob ein spezifischer Widerstand innerhalb eines für nicht defekte Produkte zulässigen Bereichs liegt oder nicht. Der zulässige Bereich für nicht-defekte Produkte kann entsprechend der für einen Produkt-Wafer erforderlichen Qualität bestimmt werden. Ein Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, wird für den Fall, dass ein spezifischer Widerstand innerhalb des für nicht-defekte Produkte zulässigen Bereichs liegt, für den Versand als Produkt vorbereitet. Die Vorbereitung für den Versand als Produkt umfasst z.B. die Verpackung und ähnliches. Wie oben beschrieben, ist es nach dem ersten Herstellungsverfahren möglich, einen Siliciumepitaxiewafer mit einem spezifischen Widerstand, der für einen Produkt-Wafer erforderlich ist, stabil auf den Markt zu bringen. Auf der anderen Seite wird ein Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, nicht für den Versand als beabsichtigtes Produkt vorbereitet, wenn der spezifische Widerstand außerhalb des für nicht defekte Produkte zulässigen Bereichs liegt. In diesem Fall kann der Siliciumepitaxiewafer, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, der Vorbereitung für den Versand als ein Produkt einer anderen Qualität unterzogen oder z.B. verworfen werden.
<Zweites Herstellungsverfahren>
Bei dem zweiten Herstellungsverfahren werden die mit dem obigen Bewertungsverfahren erhaltenen Bewertungsergebnisse zur Bestimmung einer Epitaxiewachstumsbedingung verwendet, die in einem Produktherstellungsschritt angenommen werden soll. Einzelheiten werden im Folgenden beschrieben.
(Bildung und Bewertung der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht)
„Testepitaxiewachstumsbedingung“ ist eine Epitaxiewachstumsbedingung, die ein Kandidat für eine Epitaxiewachstumsbedingung ist, die in einem Produktherstellungsschritt eingesetzt werden soll. Unter einer solchen Epitaxiewachstumsbedingung wird eine zu bewertende Siliciumepitaxieschicht gebildet. Die Testepitaxiewachstumsbedingung kann die Art des Gases für das Dampfphasenwachstum, eine Durchflussrate, ein Mischungsverhältnis, eine Behandlungszeit, den Typ des verwendeten Epitaxiewachstumsofens, die Art der im Epitaxiewachstumsofen verwendeten Elemente und ähnliches umfassen.
Wie bei der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht im ersten Herstellungsverfahren kann die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht auf einem einkristallinen Siliciumsubstrat gebildet werden, und ein Substrat wird vorzugsweise so gewählt, dass eine Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur hergestellt werden kann. Die so erhaltene Bewertungsprobe wird mit dem Bewertungsverfahren nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bewertet. Die Einzelheiten der Bewertung sind wie oben beschrieben.
(Bestimmung der Epitaxiewachstumsbedingung, die im Produktherstellungsschritt verwendet werden soll)
Bei dem zweiten Herstellungsverfahren werden die in einem Produktherstellungsschritt anzuwendenden Epitaxiewachstumsbedingungen unter Verwendung eines für die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhaltenen spezifischen Widerstands bestimmt. Ein für diese Bestimmung verwendeter spezifischer Widerstand kann ein Messwert sein, der durch eine Messung für eine zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhalten wurde, oder ein repräsentativer Wert (z.B. ein arithmetischer Mittelwert, ein Minimalwert, ein Maximalwert und dergleichen) von Messwerten aus mehreren Messungen, die für eine zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhalten wurden. Alternativ kann ein spezifischer Widerstand von mehreren zu bewertenden Siliciumepitaxieschichten nach dem obigen Bewertungsverfahren gemessen werden, und es kann ein repräsentativer Wert (z.B. ein arithmetischer Mittelwert, ein Minimalwert, ein Maximalwert und dergleichen) der Messwerte verwendet werden. Die Bestimmung der Epitaxiewachstumsbedingung, die in einem Produktherstellungsschritt verwendet werden soll, kann in Abhängigkeit davon durchgeführt werden, ob ein für die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht bestimmter spezifischer Widerstand innerhalb eines für nicht defekte Produkte zulässigen Bereichs liegt oder nicht. Wie im Falle des ersten Herstellungsverfahrens kann der zulässige Bereich für nicht defekte Produkte je nach der für einen Produkt-Wafer erforderlichen Qualität bestimmt werden. Es ist möglich, die Testepitaxiewachstumsbedingung, unter der die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht gebildet wird, als die Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in einem Produktherstellungsschritt anzunehmen, wenn der spezifische Widerstand innerhalb eines für nicht defekte Produkte zulässigen Bereichs liegt. Die auf diese Weise bestimmte Epitaxiewachstumsbedingung wird in einem Produktherstellungsschritt angenommen, und ein Schritt der Bildung einer Siliciumepitaxieschicht unter dieser Epitaxiewachstumsbedingung wird durchgeführt, um einen Produkt-Siliciumepitaxiewafer zu liefern. Dadurch ist es möglich, einen Siliciumepitaxiewafer mit einem für einen Produkt-Wafer erforderlichen spezifischen Widerstand stabil auf den Markt zu bringen.
Andererseits wird die Epitaxiewachstumsbedingung, die durch Modifizierung der Testepitaxiewachstumsbedingung erhalten wird, als die Epitaxiewachstumsbedingung bestimmt, die in einem Produktherstellungsschritt zu verwenden ist, wenn ein für die zu bewertende Siliciumepitaxieschicht erhaltener spezifischer Widerstand außerhalb des für nicht-defekte Produkte zulässigen Bereichs liegt. Es ist vorzuziehen, dass die zu modifizierende Bedingung die Bedingung ist, die als Beeinflussung eines spezifischen Widerstands angesehen wird. Beispiele für eine solche Bedingung sind die Durchflussrate eines Quellgases eines Dotierstoffs und ähnliches. Die auf diese Weise durch Modifizieren der Testepitaxiewachstumsbedingung erhaltene Epitaxiewachstumsbedingung wird in einem Produktherstellungsschritt angenommen, und es wird ein Schritt zur Bildung einer Siliciumepitaxieschicht unter dieser Epitaxiewachstumsbedingung durchgeführt, um einen Produkt-Siliciumepitaxiewafer zu liefern. Dadurch ist es möglich, einen Siliciumepitaxiewafer mit einem für einen Produkt-Wafer erforderlichen spezifischen Widerstand stabil auf den Markt zu bringen. Folgendes kann einmal oder mehrmals wiederholt werden: eine zu bewertende Siliciumepitaxieschicht wird erneut unter der Bedingung gebildet, die durch Modifizierung der Testepitaxiewachstumsbedingung erhalten wurde, diese zu bewertende Siliciumepitaxieschicht wird mit dem Bewertungsverfahren nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung bewertet, und es wird bestimmt, ob diese Bedingung in einem Produktherstellungsschritt übernommen oder weiter modifiziert werden soll.
Es ist möglich, ein bekanntes Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers für andere Details des ersten Herstellungsverfahrens und des zweiten Herstellungsverfahrens anzuwenden.
Beispiele
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die in den Beispielen gezeigten Ausführungsformen beschränkt.
[Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4]
Herstellung einer Bewertungsprobe
Es wurden mehrere Bewertungsproben mit jeweils einer n-Typ-Siliciumepitaxieschicht (mit einer Dicke von 60 bis 90 µm) hergestellt, und die Schicht hatte einen spezifischen Widerstandsmesswert von ca. 1000 Ωcm oder ca. 500 Ωm, der durch ein Ausbreitungswiderstandsverfahren ermittelt wurde. Die hergestellte Bewertungsprobe war ein n/p-Siliciumepitaxiewafer mit einer pn-Struktur, bei dem die oben erwähnte n-Typ-Siliciumepitaxieschicht auf einem einkristallinen p-Typ-Siliciumwafer mit einem spezifischen Widerstandsmesswert von etwa 15 Ωcm gebildet wurde, der durch das Ausbreitungswiderstandsverfahren erhalten wurde.
Bildung eines Oxidfilms
Auf einer Oberfläche der Siliciumepitaxieschicht von einigen der mehreren Bewertungsproben wurde ein Oxidfilm gebildet. Die Bildung des Oxidfilms wurde in einem Ofen für eine thermische Oxidation durchgeführt (100% Sauerstoffatmosphäre, Ofenatmosphärentemperatur: 900°C, Behandlungszeit: 11 Minuten 10 Sekunden, Bildung eines Oxidfilms mit einer Dicke von etwa 7 nm).
Spaltung der Probe und Installation der Elektroden für die Messung
Alle Bewertungsproben wurden zur Messung mit einem van-der-Pauw-Verfahren jeweils in eine Größe von 5 mm × 5 mm bis 10 mm × 10 mm gespalten.
Danach wurde ein Oxidfilm auf einem Abschnitt, an dem eine Elektrode für die Bewertung angebracht werden sollte, und um den Abschnitt herum von den Bewertungsproben des obigen Abschnitts 2, auf denen der Oxidfilm gebildet wurde, entfernt.
Alle Bewertungsproben wurden in eine Hochvakuum-Beschichtungsanlage eingebracht, nachdem eine Maske auf einer Oberfläche auf der Seite der Siliciumepitaxieschicht angebracht und Mg in der Anlage im Vakuum abgeschieden wurde (Bildung einer Mg-Elektrode). Auf diese Weise wurde an jeder von vier Ecken der Oberfläche auf der Seite der Siliciumepitaxieschicht je eine Elektrode für die Messung (die Mg-Elektrode) gebildet.
Aufladungsbehandlung
Die Elektroden zur Messung des obigen Abschnitts 3 wurden auf einigen der Bewertungsproben des obigen Abschnitts 2 installiert, auf denen sich der Oxidfilm gebildet hatte, und dann wurde eine Oberfläche des Oxidfilms durch die Koronaentladungsbehandlung (ein- oder dreimal) negativ aufgeladen. Ein Scan mit einem Koronadraht wurde als eine Koronaentladungsbehandlung definiert. Eine Gesamtladungsmenge pro Flächeneinheit durch die ein- oder dreimalige Koronaentladungsbehandlung lag in einem Bereich von -3,0×10¹¹ bis -8,5×10¹¹ Ladungen/cm².
Messung des spezifischen Widerstands nach dem van-der-Pauw-Verfahren
Die Messung des spezifischen Widerstands wurde an der Siliciumepitaxieschicht aller oben genannten Bewertungsproben nach dem van-der-Pauw-Verfahren durchgeführt. Bei der Messung nach dem van-der-Pauw-Verfahren wurde eine Spannung, die durch einen Stromfluss zwischen zwei benachbarten Elektroden zwischen vier zu messenden Elektroden angelegt wurde, von den verbleibenden zwei Elektroden gemessen. Diese Spannungsmessung wurde zweimal durchgeführt, während eine Kombination der Elektroden gewechselt wurde, und ein spezifischer Widerstand wurde unter Verwendung eines arithmetischen Mittels der erhaltenen Messwerte ermittelt.
Entsprechend der in Tabelle 1 oder Tabelle 2 angegebenen Häufigkeit wurde die oben beschriebene Widerstandsmessung nach dem van-der-Pauw-Verfahren an jeder der Bewertungsproben durchgeführt.

Die durch die oben beschriebenen Messungen erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 1 oder Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 1 zeigt Bewertungsergebnisse einer Bewertungsprobe mit einer Siliciumepitaxieschicht, von der ein mit dem Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltener spezifischer Widerstandsmesswert etwa 1000 Ωcm betrug. Tabelle 2 zeigt die Bewertungsergebnisse einer Bewertungsprobe mit einer Siliciumepitaxieschicht, von der ein mit dem Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltener spezifischer Widerstandsmesswert etwa 500 Ωm betrug. [Tabelle 1]

	Vorbehandlungen für die Messung des spezifischen Widerstandes		Anzahl der Messungen des spezifischen Widerstands	Messergebnisse
	Bildung eines Oxidfilms	Aufladungsbehandlung	Anzahl der Messungen des spezifischen Widerstands	Messung des spezifischen Widerstandes AM (arithmetisches Mittel) [Ωcm]	BEREICH (Maximalwert - Minimalwert) [Ωcm]	(BEREICH / AM)x100	STABW (Standardabweichung)	STABW /AM
Beispiel 1	Durchgeführt	Behandlung durch Koronaentladung Drei Mal	4	2788	285	10%	138	5%
Beispiel 2	Durchgeführt	Behandlung durch Koronaentladung Ein Mal	4	1000	290	29%	134	13%
Vergleichs beispiel 1	Durchgeführt	Nicht durchgeführt	4	563	376	67%	166	29%
Vergleichs beispiel 2	Nicht durchgeführt	Nicht durchgeführt	6	710	508	72%	195	27%

[Tabelle 2]

	Vorbehandlungen für die Messung des spezifischen Widerstandes		Anzahl der Messungen des spezifischen Widerstands	Messergebnisse
	Bildung eines Oxidfilms	Aufladungsbehandlung	Anzahl der Messungen des spezifischen Widerstands	Messung des spezifischen Widerstandes AM (arithmetisches Mittel) [Ωcm]	BEREICH (Maximalwert - Minimalwert) [Ωcm]	(BEREICH / AM)×100	STABW (Standardabweichung)	STABW / AM
Beispiel 3	Durchgeführt	Behandlung durch Koronaentladung Ein Mal	4	393	19	5%	13	3%
Vergleichsbeispiel 3	Durchgeführt	Nicht durchgeführt	4	388	56	14%	39	10%
Vergleichsbeispiel 4	Nicht durchgeführt	Nicht durchgeführt	4	412	95	23%	50	12%

„(BEREICH/AM) × 100“ und „STABW/AM“ in Tabelle 1 oder Tabelle 2 sind Indizes der Messwertabweichung und bedeuten, dass die Messwertabweichung umso geringer ist, je kleiner der Wert davon ist. Auf der Grundlage der in Tabelle 1 oder Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse konnte bestätigt werden, dass die Messabweichung in den Beispielen 1 und 2, in denen die Oxidfilmbildung und die Aufladungsbehandlung als Vorbehandlungen für die Widerstandsmessung nach dem van-der-Pauw-Verfahren durchgeführt wurden, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verringert wurde; und dass die Messabweichung in Beispiel 3, in dem die Oxidfilmbildung und die Aufladungsbehandlung als Vorbehandlungen durchgeführt wurden, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 3 und 4 verringert wurde.
[Beispiel 4]
Die Beispiele 1 bis 3 sind Beispiele, bei denen die nach der Oxidfilmbildung durchgeführte Aufladungsbehandlung durch die Koronaentladungsbehandlung erfolgte.
Im Gegensatz dazu wurde in Beispiel 4 die Aufladungsbehandlung durch eine Spannungsanwendungsbehandlung durchgeführt. Die Herstellung einer Bewertungsprobe wurde auf die gleiche Weise wie bei der Herstellung der Bewertungsproben der Beispiele 1 und 2 durchgeführt, mit der Ausnahme, dass die Elektroden für die Messung des obigen 3 installiert wurden, und dann wurde ein Polysiliciumfilm auf einer Oberfläche eines Oxidfilms durch ein CVD-Verfahren (chemische Gasphasenabscheidung) abgeschieden, und danach wurde die Strukturierung durch ein Photolithographieverfahren durchgeführt, um eine Polysiliciumelektrode auf dem Oxidfilm zu bilden, und mit der Ausnahme, dass eine AI-Elektrode auf der gesamten Rückseite eines Wafers gebildet wurde. Die Aufladungsbehandlung der hergestellten Produktionsprobe wurde durch Anlegen einer Spannung zwischen der gebildeten Polysiliciumelektrode und der AI-Elektrode durchgeführt, so dass eine negative Spannung an den Oxidfilm angelegt wurde. Die CV-Messung wurde an einer Siliciumepitaxieschicht durchgeführt, die in demselben Siliciumepitaxie-Wachstumsschritt gebildet wurde wie der einer Siliciumepitaxieschicht, die in der Messprobe von Beispiel 4 enthalten ist, um eine Flachbandspannung zu erhalten, die -0,48 V betrug. Darüber hinaus konnte eine dielektrische Durchbruchspannung des Oxidfilms der Siliciumepitaxieschicht des obigen Abschnitts 2, in dem der Oxidfilm gebildet worden war, auf der Grundlage bekannter dielektrischer Durchbruchseigenschaften von Oxiden (einem Siliciumoxid) und einer Dicke des Oxidfilms auf etwa 10 V geschätzt werden. Drei Stufen negativer Spannungen, die -0,40 V, -0,50 V oder -0,60 V als angelegte Spannungen betrugen, wurden unter Berücksichtigung der Flachbandspannung und der dielektrischen Durchbruchspannung an verschiedene Bewertungsproben angelegt.
Die Messung des spezifischen Widerstands wurde einmal nach dem van-der-Pauw-Verfahren an der Siliciumepitaxieschicht der oben genannten Bewertungsproben durchgeführt, die der Spannungsanlegung ausgesetzt worden waren. Tabelle 3 zeigt die Messergebnisse. 0053] [Tabelle 3]

Anwendungsspannung bei der Aufladungsbehandlung Wert der Messung des spezifischen Widerstands nach dem van-der-Pauw-Verfahren [Ωcm]

-0.60V 1750

-0.50V 1000

-0.40V 800
Beim Vergleich der Ergebnisse von Tabelle 1 mit den Ergebnissen von Tabelle 3 wurde ein ähnlicher spezifischer Widerstandsmesswert wie in Beispiel 2 in dem Fall erhalten, dass die Behandlung des Anlegens einer Spannung von - 0,50 V oder -0,40 V durchgeführt wurde. Daher kann gesagt werden, dass das Anlegen einer Spannung von -0,50 V bis -0,40 V einer Oberfläche eines Oxidfilms eine ähnlich hohe negative Ladung zuführen kann wie bei der Aufladungsbehandlung von etwa einer Koronaladung. Darüber hinaus wurden im Falle der Behandlung durch Anlegen einer Spannung von -0,60 V spezifische Widerstandsmesswerte im Bereich von dem in Beispiel 2 erhaltenen spezifischen Widerstand bis zu dem in Beispiel 1 erhaltenen spezifischen Widerstand erhalten. Daher kann gesagt werden, dass das Anlegen einer Spannung von -0,60 V einer Oberfläche eines Oxidfilms eine ähnlich hohe negative Ladung zuführen kann wie bei der Aufladungsbehandlung von etwa einer zweifachen Koronaladung.
Darüber hinaus wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt, die Messabweichung reduziert, d.h. die Messung war mit hoher Genauigkeit möglich, wenn die Aufladungsbehandlung mit der ein- bis dreifachen Koronaaufladung nach der Bildung des Oxidfilms als Vorbehandlung durchgeführt wurde. Daher kann gesagt werden, dass die in Tabelle 3 dargestellten Messergebnisse, die durch Messung nach Aufbringen des ähnlichen Niveaus der negativen Ladung wie im Fall von Tabelle 1 auf eine Oberfläche des Oxidfilms erzielt wurden, ebenfalls durch Messung mit hoher Genauigkeit erzielt wurden.
Der durch die Bewertung in den Beispielen 1 bis 4 erhaltene spezifische Widerstand kann für die Qualitätssicherung eines Produkt-Wafers und/oder die operative Steuerung, wie oben ausführlich beschrieben, verwendet werden.
Jeder der oben genannten Aspekte ist auf dem technischen Gebiet der Halbleiterwafer nützlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018009752 [0001]

Claims

Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht, wobei das Verfahren umfasst: Bildung eines Oxidfilms auf einer Oberfläche einer Siliciumschicht; Durchführen einer Aufladungsbehandlung zum Aufladen einer Oberfläche des gebildeten Oxidfilms auf eine negative Ladung; und Messung des spezifischen Widerstands der Siliciumschicht, die der Aufladungsbehandlung unterzogen wurde, durch ein van-der-Pauw-Verfahren.
Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht nach Anspruch 1, wobei die Aufladungsbehandlung durch eine Koronaentladungsbehandlung durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht nach Anspruch 1, wobei die Aufladungsbehandlung durch eine Spannungsanwendungsbehandlung durchgeführt wird.
Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Siliciumschicht eine Siliciumepitaxieschicht ist, die in einer Bewertungsprobe mit einer pn-Struktur enthalten ist.
Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Siliciumschicht eine hochohmige Siliciumepitaxieschicht mit einem durch ein Ausbreitungswiderstandsverfahren erhaltenen spezifischen Widerstandsmesswert von 200 Ωcm oder mehr ist.
Verfahren zur Bewertung einer Siliciumschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Siliciumschicht eine aktive Schicht sein kann, die in einem SOI-Wafer enthalten ist.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, wobei das Verfahren umfasst: Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist; Bewertung einer zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht, die in demselben oder im Wesentlichen demselben epitaktischen Wachstumsschritt gebildet wurde wie eine Siliciumepitaxieschicht, die in dem Siliciumepitaxiewafer enthalten ist, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, durch das Bewertungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und Unterziehen des Siliciumepitaxiewafers, der ein Kandidat für ein zu lieferndes Produkt ist, der Vorbereitung für den Versand als Produkt in einem Fall, in dem ein erhaltener spezifischer Widerstand der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht innerhalb eines Bereichs liegt, der für nicht defekte Produkte zulässig ist.
Verfahren zur Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers, wobei das Verfahren umfasst: Bildung einer zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht unter einer Testepitaxiewachstumsbedingung; Bewertung der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht nach dem Bewertungsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5; basierend auf einem erhaltenen spezifischen Widerstand der zu bewertenden Siliciumepitaxieschicht, Bestimmen einer Epitaxiewachstumsbedingung, die durch Modifizieren der Testepitaxiewachstumsbedingung erhalten wurde, als Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in einem Produktherstellungsschritt, oder Bestimmen der Testepitaxiewachstumsbedingung als Epitaxiewachstumsbedingung zur Verwendung in dem Produktherstellungsschritt; und Herstellung eines Siliciumepitaxiewafers für den Produktversand durch den Produktherstellungsschritt einschließlich eines Epitaxiewachstumsschrittes, der unter den bestimmten Epitaxiewachstumsbedingungen durchgeführt wird.