JP2005223098A - ドーパント汚染の評価方法及び熱処理工程の管理方法並びにドーパント汚染量の測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理工程において例え低濃度であっても、半導体ウェーハの最表面のドーパント汚染量を高精度かつ高感度で検出することが可能であり、尚且つ半導体ウェーハの深さ方向の汚染濃度分布をも短時間でかつ簡単に検出することが可能なドーパント汚染の評価方法及び熱処理工程の管理方法並びにドーパント汚染量の測定方法を提供する。
【解決手段】半導体ウェーハの熱処理工程におけるドーパント汚染の評価方法であって、半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、該半導体ウェーハを角度研磨し、該角度研磨した面の抵抗率を広がり抵抗法で測定して前記半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、前記半導体ウェーハのドーパント汚染量を検出するドーパント汚染の評価方法、及び前記方法によって得られた評価結果に基づき、前記熱処理炉におけるドーパント汚染レベルを管理する熱処理工程の管理方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、半導体ウェーハが熱処理の際に受ける汚染を評価する方法に関し、さらに詳しくは熱処理工程中の汚染が低濃度であっても半導体ウェーハの深さ方向の汚染量分布について検出することが可能な評価方法に関する。

近年、Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ（ＬＳＩ）の高集積化と半導体素子の微細化は益々進んでおり、それに伴い、半導体素子作製用の半導体ウェーハ、例えばシリコンウェーハ中のキャリア濃度の制御性を可能な限り高めることが必要とされている。特に、シリコンウェーハの表面領域のキャリア濃度は、抵抗率等の半導体素子の特性に大きな影響を及ぼすため、その表面領域に含まれる添加不純物（ドーパント）濃度を高精度且つ高感度で測定することが求められる。ここでいうドーパントとは、半導体ウェーハ中のキャリア濃度を制御してその抵抗率を制御するために添加するものである。

一般に、シリコンウェーハ中のキャリア濃度を制御するために、導電型がｐ型の場合は主にボロン（Ｂ）が、ｎ型の場合は主にリン（Ｐ）がドーパントとして使用される。ドーパント濃度の調整は、シリコンウェーハの材料となるシリコン単結晶を育成する際に、所望のキャリア濃度又は抵抗値となるように、ドーパントの添加量を調整して行なわれる。ここで、抵抗率の非常に高いシリコンウェーハを使用する際には、もともとものドーパント濃度が非常に低いので、シリコンウェーハに微量のドーパントが混入するだけでキャリア濃度が変化して抵抗率が大きく変化してしまうために、より高感度の測定が要求されることになる。ここでは、このように抵抗率調整のために添加するのではなく、その周囲の環境等から半導体ウェーハにドーパントが混入してしまうことをドーパント汚染という。

半導体製造装置における熱処理工程で、例えば熱処理炉内の雰囲気や熱処理炉等から不必要なボロンやリン等の汚染ドーパントが半導体ウェーハに混入して半導体ウェーハが汚染され、キャリア濃度が変化してしまうことがある。このようなドーパント汚染は半導体素子の製造歩留まりの低下、品質の低下を招くので、ドーパント汚染を評価し管理することが重要である。このような、混入した汚染ドーパントを検出する手段として、抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上のｐ型シリコンウェーハを熱酸化し、酸化膜をエッチングし、その後抵抗測定器によりシリコンウェーハ表面のシート抵抗を測定することで、リン等のｎ型化ドーパント汚染量を検出する手段が開示されている（例えば特許文献１の従来技術の記載参照）。また、ｎ型又は抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上のｐ型シリコンウェーハにウェット酸化膜を形成して環境雰囲気中に曝し、その後ウェット酸化膜をエッチングしてそのエッチング液中のボロンを測定するという工程で、環境中のボロン汚染量を化学分析により検出する手段が開示されている（例えば特許文献２参照）。

しかしながら、上述の従来技術はシリコンウェーハの表面におけるリン等のｎ型化ドーパント汚染量に応じた抵抗率測定、または、シリコンウェーハの表面におけるボロン汚染物の定量分析であるから、いずれも表面のドーパント汚染量を測定するものであり、シリコンウェーハの深さ方向のドーパント汚染量の分布は不明であるという問題があった。
しかし、半導体素子製造工程においては、イオン注入工程等の抵抗率制御の観点から、シリコンウェーハ表面および表面から０〜数μｍ程度の深さ方向のドーパント汚染量の分布が正確に求められる必要がある。

一方、従来ドーパント汚染評価の際に、ウェーハのドーパント濃度を測定する方法として、ＣＶ法がある。ＣＶ法とは、半導体ウェーハ表面にＰＮ接合やショットキー接合を形成し、その接合の電気容量（Ｃ）−逆電圧（Ｖ）特性を測定し、この特性からキャリア濃度またはドーパント濃度を算出するものである。
しかし、ＣＶ法はその測定原理上、ある程度の幅の空乏層が必要であり、ドーパント濃度はその層幅内の値として求められるため、最表面のドーパント濃度またはドーパント汚染量は算出できず、しかもウェーハの抵抗率が高いとキャリア濃度が低いため空乏層の幅が広くなるので、深さ方向の分解能が低下し、ドーパント汚染量の分布が高精度に測定できないという問題があった。

また、半導体ウェーハの深さ方向のドーパント汚染量の分布を測定する方法として、二次イオン質量分析法（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、ＳＩＭＳ）があるが、この方法で数μｍの深さのドーパント汚染量分布を測定するには長時間の測定時間が必要であり、尚且つ検出感度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度なので、これより低濃度の汚染量を検出することができないという問題があった。またこの場合、抵抗率３０Ω・ｃｍ以上の高抵抗率半導体ウェーハの製造の際に、ドーパント汚染の評価が十分にできなかった。

特開平１０−９２８９１号公報 特開２００３−３７１４２号公報

本発明は、上記問題を鑑みなされたもので、熱処理工程において例え低濃度であっても、半導体ウェーハの最表面のドーパント汚染量を高精度かつ高感度で検出することが可能であり、尚且つ半導体ウェーハの深さ方向の汚染濃度分布をも短時間でかつ簡単に検出することが可能なドーパント汚染の評価方法及び熱処理工程の管理方法並びにドーパント汚染量の測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、半導体ウェーハの熱処理工程におけるドーパント汚染の評価方法であって、半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、該半導体ウェーハを角度研磨し、該角度研磨した面の抵抗率を広がり抵抗法で測定して前記半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、前記半導体ウェーハのドーパント汚染量を検出することを特徴とするドーパント汚染の評価方法を提供する（請求項１）。

このように、半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、この熱処理の際にドーパント汚染を受けた半導体ウェーハを劈開等してその断面を角度研磨すれば、この角度研磨した面の斜め方向のドーパント汚染量の分布は、半導体ウェーハの深さ方向のドーパント汚染量の分布を、その研磨角度に応じて拡張したものとなる。従ってこの角度研磨面の抵抗率を広がり抵抗（Ｓｐｒｅａｄｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ、ＳＲ）法で測定して半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、半導体ウェーハの最表面のドーパント汚染量及びその深さ方向の分布を短時間で簡単に高精度かつ高感度で検出することができ、短時間で簡単かつ正確なドーパント汚染の評価ができる。

この場合、前記熱処理の温度を、８００℃以上とすることが好ましい（請求項２）。
このように、熱処理の温度を８００℃以上とすれば、高温での熱処理炉自体からの汚染の有無が判別でき、また例えば製品用半導体ウェーハが受ける熱処理と同じ条件で熱処理することで、製品用半導体ウェーハが実際に被る汚染量を検出、評価することが可能となる。なお、このような熱処理温度は半導体ウェーハの融点を越えない温度とすることは言うまでも無い。

また、前記熱処理の時間を、１０秒以上４時間以下とすることが好ましい（請求項３）。
このように、熱処理時間を１０秒以上４時間以下とすれば、急速加熱・急速冷却炉又はバッチ式熱処理炉等における実際の製品用半導体ウェーハが受ける熱処理時間と同じとすることができ、製品用半導体ウェーハが実際に被る汚染量を検出、評価することが可能となる。

また、前記熱処理を行う雰囲気を、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムの少なくとも１つを含むものとすることが好ましい（請求項４）。
このように、熱処理を行なう雰囲気を酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムの少なくとも１つを含むものとすれば、実際の製品用半導体ウェーハの熱処理を行なう雰囲気と同じとすることができ、製品用半導体ウェーハが実際に被る汚染量を検出、評価することが可能となる。

また、前記半導体ウェーハの抵抗率を、製品規格値より高くすることが好ましい（請求項５）。
このように、半導体ウェーハの抵抗率を製品規格値より高くすれば、製品用半導体ウェーハの特性に影響を与える程度の汚染量を検出し、評価するのに好適な抵抗率である。

また、前記半導体ウェーハの抵抗率を、１０００Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい（請求項６）。
このように、半導体ウェーハの抵抗率を、１０００Ω・ｃｍ以上とすれば、少なくとも１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、さらには１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３までの低濃度汚染を検出することが可能となる。

また、前記半導体ウェーハを前記熱処理炉から取り出す際の温度を６５０℃以上とすることが好ましい（請求項７）。
このように、半導体ウェーハを熱処理炉から取り出す際の温度を６５０℃以上とすれば、半導体ウェーハ中の酸素に起因した酸素ドナーの形成による抵抗率変動をも防止できるので、高感度測定に好適なものとできる。
尚、取り出す際の温度は熱処理温度を超えないこととする。

また、前記半導体ウェーハの表面から少なくとも３μｍまでの深さ方向の抵抗率分布を測定することが好ましい（請求項８）。
このように、半導体ウェーハの表面から少なくとも３μｍまでの深さ方向の抵抗率分布を測定することで、イオン注入等半導体素子製造工程おいて必要なドーパント汚染量の深さ方向の分布を高感度に検出して評価することができるし、ＳＩＭＳやＣＶ法等での測定と比較して測定用のサンプル作製から測定までの時間が短時間で且つ正確な評価が可能である。

また、前記汚染を評価するドーパントを、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの少なくとも１つとすることが好ましい（請求項９）。
このように、汚染を評価するドーパントを、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの少なくとも１つとすれば、半導体ウェーハに通常用いられ、その抵抗率特性に影響を与えるドーパントによる汚染の評価ができるので、高品質な半導体ウェーハを製造するのに有効な評価を行なうことができる。

また、本発明は、半導体ウェーハの熱処理工程の管理方法であって、前記のいずれかの方法によって得られた評価結果に基づいて、前記熱処理炉におけるドーパント汚染レベルを管理することを特徴とする熱処理工程の管理方法を提供する（請求項１０）。

このように、前記のいずれかの方法によって得られた評価結果に基づいて、熱処理炉におけるドーパント汚染レベルを管理すれば、熱処理炉における半導体ウェーハのドーパント汚染レベルを、それが低濃度のものであっても簡単かつ正確に管理することができ、ドーパント汚染のない高品質な半導体ウェーハの製造に好適な管理方法である。

また、本発明は、熱処理による半導体ウェーハのドーパント汚染量の測定方法であって、抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上の半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、該半導体ウェーハを角度研磨し、該角度研磨した面の抵抗率を広がり抵抗法で測定して前記半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、前記半導体ウェーハのドーパント汚染量を検出することを特徴とするドーパント汚染量の測定方法を提供する（請求項１１）。

このように、抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上の半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、この熱処理の際にドーパント汚染を受けた半導体ウェーハを劈開等してその断面を角度研磨すれば、この角度研磨した面のドーパント汚染量の分布は、半導体ウェーハの深さ方向のドーパント汚染量の分布を、その研磨角度に応じて拡大したものとなる。従ってこの角度研磨面の抵抗率をＳＲ法で測定して半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、半導体ウェーハの最表面のドーパント汚染量及びその深さ方向の分布を短時間で簡単に、かつ少なくとも１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、さらには１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３までの低濃度汚染まで高精度かつ高感度で検出し測定することができる。
尚、抵抗率が高ければ高いほど高感度にドーパント汚染量を検出できるが、高抵抗率の結晶を育成するのが難しく、２００００Ω・ｃｍくらいまでが実用的である。

この場合、前記汚染量を測定するドーパントを、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの少なくとも１つとすることが好ましい（請求項１２）。
このように、汚染量を測定するドーパントを、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの少なくとも１つとすれば、半導体ウェーハに通常用いられ、その抵抗率特性に影響を与えるドーパントによる汚染の量を測定できる。

本発明に従い、半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、該半導体ウェーハを角度研磨し、該角度研磨した面の抵抗率をＳＲ法で測定して前記半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、前記半導体ウェーハのドーパント汚染量を検出してドーパント汚染を評価すれば、半導体ウェーハの最表面のドーパント汚染量及びその深さ方向の分布を短時間で簡単に高精度かつ高感度で検出することができ、短時間で簡単かつ正確なドーパント汚染の評価ができる。
また、このような評価結果に基づいて、熱処理炉におけるドーパント汚染レベルを管理すれば、熱処理炉における半導体ウェーハのドーパント汚染レベルを低濃度のものであっても簡単かつ正確に管理することができる。

以下では、本発明の実施の形態をシリコンウェーハのドーパント汚染を評価する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は、本発明に係るドーパント汚染の評価方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。

まず、評価に用いる評価用シリコンウェーハを用意する（Ａ）。
この評価用シリコンウェーハはｎ型でもｐ型でもよいが、汚染量を評価するドーパントの導電タイプに応じて選択すればよい。汚染量を評価するドーパントとして、ｐ型ではＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等、ｎ型ではＰ、Ｓｂ、Ａｓ等がある。また、評価用シリコンウェーハの抵抗率を高いもの、例えば３０Ω・ｃｍ以上とすれば、低濃度のドーパント汚染量でも高感度に検出できる。特に、抵抗率を１０００Ω・ｃｍ以上とすれば、少なくとも１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、さらには１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３までの低濃度汚染を検出することができる。従って検出感度が１×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度のＳＩＭＳにより測定するよりも高感度とすることができる。また、この評価用シリコンウェーハの抵抗率を製品規格値より高くすれば、製品用のシリコンウェーハが受けるドーパント汚染を評価するに十分な抵抗率となる。

次に、この評価用シリコンウェーハを熱処理炉に投入し、熱処理を行なう（Ｂ）。
熱処理炉としては、短時間で熱処理が可能なＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｅｒ）等の急速加熱・急速冷却炉や、一度に大量に熱処理が可能なバッチ式熱処理炉等、従来のものが使用できる。また、このときの熱処理温度を８００℃以上とすれば、高温により熱処理炉自体から発生するような熱処理炉からの汚染の有無が判別できる。また実際の製品用シリコンウェーハが受ける熱処理と同じ条件で熱処理することで、製品用シリコンウェーハが実際に被る汚染量を検出、評価することができる。熱処理時間については、１０秒以上４時間以下とすれば、前記した急速加熱・急速冷却炉又はバッチ式熱処理炉における実際の製品用シリコンウェーハが受ける熱処理時間と同じとすることができるし、熱処理雰囲気についても、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムの少なくとも１つを含むものとすれば、実際のシリコン半導体ウェーハの熱処理を行なう雰囲気と同じとすることができ、実際の製品の製造に有益な評価方法となる。

このような熱処理として、例えば、バッチ式熱処理炉において、アルゴンガス雰囲気下、７００℃から３℃／ｍｉｎで１２００℃まで昇温して、１２００℃で１時間の処理を行うものが挙げられる。
このようにして熱処理した評価用シリコンウェーハは、その環境に含まれる汚染ドーパントにより表面からドーパント汚染を受け、汚染ドーパントは評価用シリコンウェーハ中に拡散し、その熱処理条件や環境の汚染レベルに応じてウェーハの表面から深さ方向に汚染量の分布を形成する。

次に、熱処理した評価用シリコンウェーハを熱処理炉から取り出す（Ｃ）。
このとき、シリコンウェーハを取り出す際の温度を６５０℃以上とすることが好ましい。例えばチョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶から作製されシリコンウェーハで、ウェーハ中に酸素原子が存在する場合、３５０〜５００℃程度の低温熱処理を行なうと、複数個の酸素原子が集まって電子を放出して酸素ドナーが形成され、それにより抵抗率が変動し、正確な抵抗率分布測定ができない場合がある。従って、６５０℃以上の温度でシリコンウェーハを取り出して、その後酸素ドナーが形成されないように冷却することで、酸素ドナーが形成されず、抵抗率の変動を防止できるので、高感度測定に好適であるし、別途ドナーキラー熱処理をするといったことも必要でなくなる。

この場合、例えば、前述のように１２００℃で１時間の熱処理を行い、その後−３℃／ｍｉｎで降温して、６５０℃となったらウェーハを取り出せばよい。その後、ウェーハを酸素ドナーが形成される３５０〜５００℃となる時間が短くなるように冷却することにより、酸素ドナーの形成を防止できる。

次に、取り出した評価用シリコンウェーハを角度研磨する（Ｄ）。
角度研磨においては、評価用シリコンウェーハを劈開する等して表面に垂直な端面を形成し、この端面を表面に対して所定の角度を有するように研磨して角度研磨面を形成する。この角度研磨面における斜め方向のドーパント汚染量の分布は、評価用シリコンウェーハの深さ方向のドーパント汚染量分布をその研磨角度に応じて拡張したものとなっている。例えば研磨角度を７５′〜１°９′とすれば、その拡張率は１０〜５０倍となる。

次に、評価用シリコンウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求める（Ｅ）。
図２は抵抗率分布の測定方法の一例を示す概略図である。評価用シリコンウェーハ１に形成した角度研磨面２のウェーハの元の表面の位置から角度研磨面に沿って斜め方向にＳＲ測定用プローブ３を移動させながら、プローブ３に接続された図示しないＳＲ測定器によりＳＲ法で抵抗率を測定することにより、評価用シリコンウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることができる。ＳＲ法では、プローブの近傍の微小な領域での抵抗率の測定が可能であり、しかも前述のように、角度研磨面におけるドーパント汚染量分布は拡張しているので、ドーパント汚染量分布に対応する抵抗率分布もまた拡張しており、正確な抵抗率分布の測定を深さ方向について高分解能で行なうことができる。例えば、深さ方向で０．０５μｍ間隔での抵抗率測定が可能である。また、ＳＲ法としては定電流法、定電圧法のいずれでもよい。

このようにして深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、評価用シリコンウェーハのドーパント汚染量を検出する（Ｆ）。
測定した抵抗率分布からドーパント汚染量を検出するには、例えばＡＳＴＭで抵抗率をドーパント濃度プロファイルに換算することにより行なうことができる。

また、このとき評価用シリコンウェーハの表面から３μｍ以上の深さの抵抗率分布を測定し、ドーパント汚染量を検出することができる。従来のＣＶ法による測定では最表面の抵抗率は測定できず、またウェーハの抵抗率が高いと抵抗率分布が高精度には測定できなかった。またＳＩＭＳによる測定では、このように表面から３μｍ以上の深さの抵抗率分布を測定するには長時間を要し、測定値の信頼性にも欠け、しかも汚染量の検出感度も限られたものであった。しかし本発明の方法により、このような表面から３μｍ以上の深さの抵抗率分布測定を短時間で簡単に、しかも高精度かつ高感度で行なうことができる。

本発明者らは、本発明の効果を確認するために、異なるボロン汚染量を有する様々なサンプルウェーハについて、様々な測定法によりボロン汚染量を測定し、その測定値を比較した。図５（ａ）は、ＳＩＭＳと本発明のＳＲ法との測定結果の比較である。汚染量は表面からの深さ０〜０．１μｍまでの平均値を示す。黒丸で示す測定値はほぼ直線状に分布し、両方法での測定値は高い相関を示すことが確認された。
また、図５（ｂ）はＰＬ（フォトルミネッセンス）法と本発明のＳＲ法との測定結果の比較である。汚染量は表面からの深さ０〜１μｍまでの平均値を示す。これについても黒丸で示す測定値はほぼ直線状に分布し、両方法での測定値は高い相関を示すことが確認された。

次に、ＳＩＭＳと本発明のＳＲ法とによる測定の測定感度に関する比較を行なった。図６（ａ）は、ボロン汚染されたサンプルウェーハＡについて、ＳＩＭＳにより表面からの深さ０〜０．１μｍ（１００ｎｍ）で測定したボロン汚染量を示す。最表面に表れているピークは環境雰囲気に含まれていたボロンがウェーハに付着した影響によるものである。そして、０．０１〜０．１μｍの範囲には不安定な信号が観測されている。図６（ｂ）は、サンプルウェーハＡについて、本発明のＳＲ法により表面からの深さ０〜６μｍで測定したボロン汚染量を示す。ＳＩＭＳによる測定よりも安定した測定ができ、また両測定法において同じ深さの領域で比較すると、測定値は高い相関を示した。
しかし、サンプルウェーハＡよりボロン汚染量の低いサンプルウェーハＢを測定した場合、図７（a）に示すように、ＳＩＭＳによる測定では、最表面を除き０．０１〜０．１μｍの範囲に信号がほとんど観測されず、測定が不可能であった。一方、サンプルウェーハＢのＳＲ法による測定では、ボロン汚染量が１×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のオーダーまで高感度で安定した測定ができた。

上述のように、本発明に係るドーパント汚染の評価方法により、半導体ウェーハの最表面のドーパント汚染量及びその深さ方向の分布を短時間で簡単に高精度かつ高感度で検出することができ、短時間で簡単かつ正確なドーパント汚染の評価ができる。
そして、この評価結果に基づいて、前記熱処理炉におけるドーパント汚染レベルを管理することで、熱処理炉における半導体ウェーハのドーパント汚染レベルを低濃度のものであっても簡単かつ正確に管理することができる。従ってドーパント汚染のない高品質な半導体ウェーハの製造に好適な管理方法となる。

以下に本発明の実施例及び比較例をあげてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
バッチ式熱処理炉によるボロン汚染を評価するために、抵抗率が約２５００Ω・ｃｍのｐ型シリコンウェーハを用意し、これをバッチ式熱処理炉に投入し、この炉で実際の製品用シリコンウェーハに対して行なう熱処理と同じ条件、すなわちアルゴン雰囲気下、１２００℃で１時間の熱処理を行なった。その後、３℃／ｍｉｎで降温し、６５０℃になった時点でウェーハを熱処理炉から取り出した。

その後、取り出したウェーハを劈開し、研磨角度１°９′として角度研磨した。そして、角度研磨面の抵抗率分布をＳＲ測定器で測定した。このときの測定は、深さ方向に換算して０．０５μｍ間隔で深さ６μｍまで行なった。

そして、この測定した抵抗率分布を、ボロン汚染量分布に換算した。図３（ａ）はＳＲ法で測定した抵抗率分布を、（ｂ）は抵抗率分布から換算して求めたボロン汚染量分布を示す。このように、表面からのボロン汚染量分布が、７×１０^１２ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のオーダーまで検出できた。

また、酸素ドナーの発生の有無を確認するため、上記ｐ型シリコンウェーハの中央部と周辺部での赤外吸収スペクトルを測定した。図４は測定した赤外吸収スペクトルであり、上が中央部、下が周辺部のものである。スペクトルにはシリコン、酸素、ボロンの吸収ピークが現れた。酸素ドナーが存在すれば、波数が４００〜５００ｃｍ^−１の間の位置に、酸素ドナーの吸収ピークが現れるはずであるが、そのような吸収ピークは見られなかった。

（実施例２、比較例１）
同一のバッチ式熱処理炉において熱処理時間を変えた場合のボロン汚染を評価するために、実施例１と同じ抵抗率が約２５００Ω・ｃｍのｐ型シリコンウェーハを用意し、１２００℃での熱処理時間を１５分、３０分、４時間とする以外は、実施例１と同様の条件で熱処理を行った。そして取り出した各シリコンウェーハを劈開、角度研磨して角度研磨面の抵抗率分布をＳＲ測定器で測定し、ボロン汚染量に換算することにより各熱処理炉によるボロン汚染量の深さ方向の分布を検出した。比較のため、熱処理後の各シリコンウェーハのボロン汚染量の深さ方向の分布をＳＩＭＳにより測定した。なお、ＳＩＭＳによる測定では深さ方向の測定に時間が掛かる上に、データの信頼性も下がるため、１００ｎｍの深さまでの測定とした。

図８にその結果を示す。（ａ）は熱処理時間１５分、（ｂ）は熱処理時間３０分、（ｃ）は熱処理時間４時間の場合のシリコンウェーハのボロン汚染量の深さ方向の分布であり、左は本発明によるＳＲ法、右はＳＩＭＳにより測定したものである。

ＳＩＭＳによる測定では、環境雰囲気に含まれるボロンの影響で最表面付近にピークが常に観測されるが、ここでは深さ０〜０．０１μｍ程度の位置に観測されているので、測定値からは除外する。
（ａ）の熱処理時間１５分の場合、ＳＩＭＳによる測定では検出感度限界に近く、正確な測定ができなかった。一方、ＳＲ法による測定では、安定して高感度な測定を行なうことができ、表面から深さ０〜０．１μｍの範囲（図中点線で示した範囲）におけるボロン汚染濃度の平均値は、４．９７×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。

次に（ｂ）の熱処理時間３０分、（ｃ）の熱処理時間４時間の場合、ＳＩＭＳにより不安定であるが有意な測定ができた。そして、表面から深さ０．０１μｍ〜０．１μｍの範囲におけるボロン汚染濃度の平均値は、熱処理時間３０分で１．１１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、４時間で１．４９×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。

一方、ＳＲ法による測定では、安定して高感度な測定を行なうことができ、表面から深さ０〜０．１μｍの範囲（図中点線で示した範囲）におけるボロン汚染濃度の平均値は、熱処理時間３０分で１．０７×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、４時間で１．４７×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。すなわち、ＳＩＭＳで測定したボロン汚染濃度とＳＲ法で測定したものは非常によく一致した。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、上記においては主にシリコンウェーハのボロン汚染に関して説明したが、汚染により抵抗率が変化するものであれば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓ等、半導体ウェーハに通常用いられるドーパントによる汚染を評価する場合にも適応できる。また、評価に用いるウェーハは、ＧａＡｓ等の化合物半導体のウェーハであってもよい。

本発明に係るドーパント汚染の評価方法の実施形態の一例を示すフローチャートである。 抵抗率分布の測定方法の一例を示す概略図である。 本発明の実施例１のシリコンウェーハについて、（ａ）はＳＲ法で測定した抵抗率分布を、（ｂ）は抵抗率分布から換算して求めたボロン汚染量分布を示す。 本発明の実施例１のシリコンウェーハの中央部と周辺部の赤外吸収スペクトルを示す。 （ａ）は、ＳＩＭＳと本発明のＳＲ法との測定結果の比較であり、（ｂ）はＰＬ（フォトルミネッセンス）法と本発明のＳＲ法との測定結果の比較である。 （ａ）は、ボロン汚染されたサンプルウェーハＡについて、ＳＩＭＳにより表面からの深さ０〜０．１μｍで測定したボロン汚染量を示し、（ｂ）は、本発明のＳＲ法により表面からの深さ０〜６μｍで測定したボロン汚染量を示す。 （ａ）は、ボロン汚染量の低いサンプルウェーハＢについて、ＳＩＭＳにより表面からの深さ０〜０．１μｍで測定したボロン汚染量を示し、（ｂ）は、本発明のＳＲ法により表面からの深さ０〜６μｍで測定したボロン汚染量を示す。 本発明の実施例２、比較例１のシリコンウェーハについて、（ａ）は熱処理時間１５分、（ｂ）は熱処理時間３０分、（ｃ）は熱処理時間４時間の場合のボロン汚染量の深さ方向の分布であり、それぞれ左はＳＲ法、右はＳＩＭＳにより測定したものである。

符号の説明

１…評価用シリコンウェーハ、 ２…角度研磨面、 ３…ＳＲ測定用プローブ。

Claims (12)

1. 半導体ウェーハの熱処理工程におけるドーパント汚染の評価方法であって、半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、該半導体ウェーハを角度研磨し、該角度研磨した面の抵抗率を広がり抵抗法で測定して前記半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、前記半導体ウェーハのドーパント汚染量を検出することを特徴とするドーパント汚染の評価方法。
2. 前記熱処理の温度を、８００℃以上とすることを特徴とする請求項１に記載されたドーパント汚染の評価方法。
3. 前記熱処理の時間を、１０秒以上４時間以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載されたドーパント汚染の評価方法。
4. 前記熱処理を行う雰囲気を、酸素、窒素、アルゴン、ヘリウムの少なくとも１つを含むものとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載されたドーパント汚染の評価方法。
5. 前記半導体ウェーハの抵抗率を、製品規格値より高くすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載されたドーパント汚染の評価方法。
6. 前記半導体ウェーハの抵抗率を、１０００Ω・ｃｍ以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載されたドーパント汚染の評価方法。
7. 前記半導体ウェーハを前記熱処理炉から取り出す際の温度を６５０℃以上とすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載されたドーパント汚染の評価方法。
8. 前記半導体ウェーハの表面から少なくとも３μｍまでの深さ方向の抵抗率分布を測定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載されたドーパント汚染の評価方法。
9. 前記汚染を評価するドーパントを、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの少なくとも１つとすることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載されたドーパント汚染の評価方法。
10. 半導体ウェーハの熱処理工程の管理方法であって、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載された方法によって得られた評価結果に基づいて、前記熱処理炉におけるドーパント汚染レベルを管理することを特徴とする熱処理工程の管理方法。
11. 熱処理による半導体ウェーハのドーパント汚染量の測定方法であって、抵抗率が１０００Ω・ｃｍ以上の半導体ウェーハを熱処理炉に投入して熱処理を行なった後、該半導体ウェーハを角度研磨し、該角度研磨した面の抵抗率を広がり抵抗法で測定して前記半導体ウェーハの深さ方向の抵抗率分布を求めることにより、前記半導体ウェーハのドーパント汚染量を検出することを特徴とするドーパント汚染量の測定方法。
12. 前記汚染量を測定するドーパントを、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ、Ｓｂ、Ａｓの少なくとも１つとすることを特徴とする請求項１１に記載されたドーパント汚染量の測定方法。

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