JP2007157818A - シリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥を、低コストで基板表面の面あれを小さくして高精度で迅速に評価することができるシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法を提供する。
【解決手段】Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法であって、シリコン単結晶基板を選択エッチング液によって選択エッチングした後、アルカリ溶液によって仕上げエッチングし、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行うことを特徴とするシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコン単結晶基板の結晶欠陥を評価する方法に関し、より詳しくは、Ｐ型低抵抗のシリコン基板を選択エッチングし、基板表面に顕在化した結晶欠陥の評価を行うことを特徴とするシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法に関する。

半導体基板（以下、単に基板ということがある。）の製造は、一般的に、チョクラルスキー（Ｃｈｏｃｈｒａｌｓｋｉ：ＣＺ）法やフローティングゾーン（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ：ＦＺ）法等により円筒状の半導体単結晶インゴットを育成し、育成した半導体単結晶インゴットを薄板状に切断（スライシング）してウェーハを作製した後、得られたウェーハに、ウェーハの厚さおよび平坦度を整えるために行うラッピング工程、ウェーハの加工歪みを除去するためにウェーハをエッチングするエッチング工程、エッチング処理されたウェーハの表面粗さおよび平坦度を一層向上させて鏡面とする研磨工程等が行われ、最終の製品となる半導体基板が製造される。このように製造された製品となる半導体基板にその後素子を形成することにより、メモリーやＬＳＩ等が製造される。

近年、ＤＲＡＭ等の半導体回路ではその集積度が著しく向上して素子が微細化し、性能・信頼性・歩留まりが高い回路を得るために、高純度かつ低欠陥の高品質の半導体基板が求められている。
シリコンウェーハ中の結晶欠陥のうち、ＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）とＢＭＤ（内部微小欠陥、Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔｓ）の結晶欠陥密度評価においては、ＪＩＳ規格（非特許文献１）に基づく選択エッチングによる評価方法が一般的である。

Ｐ型低抵抗シリコン単結晶基板についてＯＳＦおよびＢＭＤを評価するには、図３に示すように、選択エッチング液によって選択エッチングした（ａ）後、選択性のないフッ硝酸の洗浄液によって仕上げエッチングし（ｂ）、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価（ｃ）を行っていた。具体的には、選択エッチングにより発生したウェーハ表面のステインと呼ばれる酸化物を選択性のないフッ硝酸の洗浄液により洗浄することによって、面状態を良くして、結晶欠陥を観察して評価していた。
しかし、この方法では、ウェーハ表面に面あれが発生するため、結晶欠陥の評価は精度が悪いものとなり、観察に時間もかかるという問題があった。

ＪＩＳ Ｈ ０６０９：１９９９

そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥を、低コストで基板表面の面あれを小さくして高精度で迅速に評価することができるシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明によれば、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法であって、シリコン単結晶基板を選択エッチング液によって選択エッチングした後、アルカリ溶液によって仕上げエッチングし、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行うことを特徴とするシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法が提供される（請求項１）。

このように、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板をフッ硝酸系の選択エッチング液によって選択エッチングした後、アルカリ溶液によって仕上げエッチングし、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行うことによって、低コストで、基板表面の酸化物であるステインを十分に落としながら、面あれを抑えることもできるので、結晶欠陥を高精度で迅速に評価することができる。

このとき、前記アルカリ溶液として、ＫＯＨおよび／またはＮａＯＨ溶液を用いることが好ましく（請求項２）、前記アルカリ溶液のアルカリ濃度を、１．５質量％以上３０質量％以下とすることが好ましい（請求項３）。
このように、前記アルカリ溶液としてＫＯＨおよび／またはＮａＯＨ溶液を用い、また、前記アルカリ溶液のアルカリ濃度を、１．５質量％以上３０質量％以下とすることによって、より効果的にステインを落としながら面あれを抑えることができる。アルカリ濃度１．５質量％以上であれば、ステインを十分に落とすことができ、３０重量％以下であれば、面あれが発生することもない。

さらに、前記選択エッチング液として、少なくともフッ酸および硝酸を含み、さらには、酢酸を含むものを用いることが好ましい（請求項４）。
このように、前記選択エッチング液として、少なくともフッ酸および硝酸を含み、さらには、酢酸を含むものを用いることによって、より高い選択性で結晶欠陥を顕在化することができるので、より高精度で結晶欠陥を評価することができる。

また、前記基板の結晶欠陥の評価は、ＯＳＦまたはＢＭＤを評価することができる（請求項５）。
このように、本発明によれば、前記基板の結晶欠陥の評価は、デバイス形成に悪影響を及ぼすＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥）や、重金属汚染のゲッタリング能力を高めるＢＭＤ（内部微小欠陥）を評価する場合に、低コストで迅速かつ高精度にシリコン単結晶基板の品質を評価することができる。

さらに、前記シリコン単結晶基板として、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であるものを評価することができる（請求項６）。
このように、前記シリコン単結晶基板として、選択エッチングにおいてステインが特に問題となり、また、半導体回路の高集積化に伴い多用されるようになった抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であるものを評価することができる。

このように、本発明により、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥を、低コストで基板表面の面あれを小さくして高精度で迅速に評価することが可能となった。

従来、Ｐ型低抵抗ウェーハにおけるＯＳＦ及びＢＭＤの評価には、選択エッチング液として、フッ硝酸系の選択エッチング液を使用し、選択エッチングにより発生したウェーハ表面のステインと呼ばれる酸化物を、選択性のないフッ硝酸の洗浄液により洗浄していた。しかし、ウェーハ表面に面あれが発生し、結晶欠陥が観察しにくいという問題があった。

そこで、本発明者等は、鋭意研究を重ねた結果、フッ硝酸系の選択エッチングした後のステインを除去する洗浄が、ウェーハ表面の面あれの原因であることに気づき、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法であって、シリコン単結晶基板をフッ硝酸系の選択エッチング液によって選択エッチングした後、アルカリ溶液によって仕上げエッチングし、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行うことによって、低コストで基板表面の面あれを小さくして高精度で迅速に結晶欠陥を評価することができることに想到し、本発明を完成させた。

特に、アルカリ溶液として、アルカリ濃度が１．５質量％以上３０質量％以下のＫＯＨおよび／またはＮａＯＨ溶液を用いることによって、効果的に基板表面の酸化物であるステインを落としながら面あれを抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法の一例を示したフロー図である。図２は、本発明の方法または従来の方法で仕上げエッチングを行ったシリコン単結晶基板の観察図である。

本発明の方法は、図１のように、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板を例えばフッ硝酸系の選択エッチング液によって選択エッチングした（ａ）後、アルカリ溶液によって仕上げエッチングし（ｂ）、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行う（ｃ）。これによって、基板表面の酸化物であるステインを十分に落としながら、面あれを抑えることもできるので、低コストで結晶欠陥を高精度で迅速に評価することができる。

以下本発明の方法について工程順に説明する。
まず、図１（ａ）のようにＰ型低抵抗のシリコン単結晶基板を選択エッチング液によって選択エッチングすることによって、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥を選択的に顕在化することができる。

Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板としては、近年有用性が高まっている、ボロンがドープされ、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下、特には０．０２Ω・ｃｍ以下の低抵抗のシリコンウェーハ、さらには０．０１Ω・ｃｍ以下の低抵抗のシリコンウェーハを評価することができる。このような低抵抗の基板は選択エッチングにより強くエッチングされて、欠陥を顕在化するのみならず、激しく表面にステインが残る。従って、結晶欠陥を評価するためにはこれを除去する必要がある。

選択エッチング液としては、Ｐ型低抵抗の結晶欠陥を選択的にエッチングして顕在化できるものであれば特に限定されない。具体的には、少なくともフッ酸および硝酸を含む、フッ硝酸系の選択エッチング液を用いることができるが、さらには、酢酸を含むものを用いることが好ましい。これによって、より高い選択性で結晶欠陥を顕在化することができるので、より高精度で結晶欠陥を評価することができる。

例えば、フッ硝酸系のＪＩＳ規格（非特許文献１）のＧ液（容量比 フッ化水素酸（４９〜５０質量％）：硝酸（６９〜７１質量％）：水＝１：１２．７：６．７）を使用することができ、さらには、これに酢酸を含むものとしてＪＩＳ規格のＣ液（容量比 フッ化水素酸（４９〜５０質量％）：硝酸（６９〜７１質量％）：酢酸（９９〜１００質量％）：水＝１：１２．７：１：６．７）を用いることができる。その他の選択エッチング液として、Ｄａｓｈ液、Ｗｒｉｇｈｔ液、Ｓａｔｏ液等を例示することができる。これらは評価対象の結晶欠陥の種類等目的に応じて使用すればよい。

選択エッチングは、シリコン単結晶基板を選択エッチング液に室温で５分程度浸漬させることによって行うのが好ましい。

次に、図１（ｂ）のようにシリコン単結晶基板をアルカリ溶液によって仕上げエッチングをする。これにより、低コストで、基板表面の酸化物であるステインを十分に落としながら、面あれを抑えることもできるので、結晶欠陥を高精度で迅速に評価することができる

仕上げエッチングのアルカリ溶液としては、ＫＯＨおよび／またはＮａＯＨ溶液を用いることが好ましく、また、前記アルカリ溶液のアルカリ濃度を、１．５質量％以上３０質量％以下とすることが好ましい。これによって、より効果的にステインを落としながら面あれを抑えることができる。
アルカリ濃度１．５質量％以上であれば、ステインを十分に落とすことができ、３０重量％以下であれば、面あれが発生することもない。

仕上げエッチングは、シリコン単結晶基板をアルカリ溶液に室温で２秒程度浸漬させることによって行うのが好ましく、仕上げエッチングの前後に純水でシリコン単結晶基板をリンスするのが好ましい。
このようにアルカリ溶液によって仕上げエッチングをした場合、図２の左上、右上、右下の図のように、低コストで基板表面の面あれを小さくして高精度で迅速に結晶欠陥を評価することができる。

次に、図１（ｃ）のようにシリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行う。
前記基板の結晶欠陥の評価は、ＯＳＦ（酸化誘起積層欠陥、Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）や、ＢＭＤ（内部微小欠陥、Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔｓ）を顕微鏡観察して評価することが好ましい。これによって、低コストで迅速かつ高精度にシリコン単結晶基板の品質を評価することができる。

ここで、ＢＭＤは、ＣＺ法等により育成されたシリコン単結晶中に不純物として含まれる格子間酸素が、結晶育成工程中の固化してから室温まで冷却されるまでの熱履歴や半導体素子の作製工程における熱処理工程において過飽和状態となるために析出して、シリコン酸化物の析出物（酸素析出物）により形成される内部微小欠陥であり、ウェーハバルク部においてデバイスプロセスにおいて混入する重金属不純物を捕獲するゲッタリングサイトとして有効に働き、デバイス特性や歩留りを向上させることができる。そのため、ＢＭＤがウェーハバルク部において均一かつ高密度に形成されたウェーハほど、強力なゲッタリング能力を有し、高品質なものといえる。従って、ＢＭＤをより高精度に評価することによって、ウェーハ品質をより高精度に評価することができる。

また、ＣＺ法による引上げの際に、シリコン単結晶には、シリコン原子の不足した空孔が多いＶ（Ｖａｃａｎｃｙ）領域と格子間シリコンが過剰なＩ（Ｉｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ）領域が生じるが、引上げ速度の制御等によって、Ｉ領域とＶ領域の間に、原子の不足や余分が無く（少なく）デバイス形成に有用なＮ（Ｎｅｕｔｒａｌ）領域を形成することができる。
ＯＳＦは、このＩまたはＮ領域において、結晶中の過剰なシリコン酸化物が原因となってリング状に発生する面欠陥であり、デバイス形成に悪影響を及ぼすため、これが少ないウェーハほど高品質のウェーハといえる。従って、ＯＳＦをより高精度に評価することによって、ウェーハ品質をより高精度に評価することができる。

以上のように、本発明のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法によって、面あれが発生し易いＰ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥を、低コストで基板表面の面あれを小さくして高精度で迅速に評価することが可能となり、Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の品質評価技術を向上させることができた。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより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、比較例１）
Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板として、ボロンをドープしたシリコンウェーハ（抵抗率０．０１Ω・ｃｍ、面方位（１００）、直径２００ｍｍ）を用意し、ドライＯ_２雰囲気下１０００℃で１６時間酸素析出熱処理を行った。
そして、このシリコン単結晶基板を、ＪＩＳ規格（非特許文献１）のＧ液（容量比、フッ化水素酸（４９〜５０質量％）：硝酸（６９〜７１質量％）：水＝１：１２．７：６．７）の選択エッチング液に室温で５分間浸漬して選択エッチングを行った。

そして純水でリンスした後、図２（ｂ）のようにウェーハの領域を４分割して、アルカリ溶液（実施例１）として、ＮａＯＨ濃度１．０％、２．０％、５．０％のＮａＯＨ溶液、フッ硝酸の洗浄液（比較例１）として、Ｙ液（フッ酸４質量％、硝酸３０質量％）にそれぞれ室温で２秒間浸漬して、仕上げエッチングを行った。

さらに純水でリンスした後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥（ＯＳＦおよびＢＭＤ）の評価を顕微鏡観察により行った。
その結果、図２（ａ）のように、フッ硝酸の洗浄液で仕上げエッチングを行った比較例１では、面あれが大きくなり、ＯＳＦおよびＢＭＤの評価の精度が悪く時間も要した一方で、アルカリ溶液で仕上げエッチングを行った実施例１では、面あれが小さく高精度で迅速にＯＳＦおよびＢＭＤの評価を行うことができた。

（実施例２、比較例２）
Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板として、ボロンをドープしたシリコンウェーハ（抵抗率０．０２Ω・ｃｍ、面方位（１００）、直径１５０ｍｍ）を１８枚用意し、このうち１２枚を、ドライＯ_２雰囲気下１０００℃で１６時間、酸素析出熱処理して、残り６枚を、ウェットＯ_２雰囲気下１１００℃で６０分間熱処理した。
そして、これらのサンプルについて、上記Ｇ液を選択エッチング液として、選択エッチングした。

そして純水でリンスした後、ドライＯ_２で熱処理したサンプルのうちの６枚（サンプルＮｏ．１）とウェットＯ_２で熱処理した６枚（サンプルＮｏ．２）について、アルカリ溶液として、ＮａＯＨ濃度０．５％、１．０％、１．５％、２．０％、２．５％、５．０％のＮａＯＨ溶液に室温で２秒間浸漬して仕上げエッチングを行った。ドライＯ_２で処理した残りの６枚についてはＹ液で仕上げエッチングをした（サンプルＮｏ．３）。

さらに、純水でリンスした後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥（ＯＳＦおよびＢＭＤ）の評価を顕微鏡観察により行った。
その結果、次の表１に示すように、ＮａＯＨ濃度１．５％以上のＮａＯＨ溶液で仕上げエッチングを行った場合、ステインの残留がなく面状態が良好のものを得ることができ、ＮａＯＨ濃度１．５％未満のＮａＯＨ溶液で仕上げエッチングを行ったものよりも、高精度で迅速にＯＳＦおよびＢＭＤの評価を行うことができた。

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。

本発明のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法の一例を示したフロー図である。 本発明の方法または従来の方法で仕上げエッチングを行ったシリコン単結晶基板の観察図である。 従来技術のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法の一例を示したフロー図である。

Claims (6)

1. Ｐ型低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法であって、シリコン単結晶基板を選択エッチング液によって選択エッチングした後、アルカリ溶液によって仕上げエッチングし、その後、前記シリコン単結晶基板の結晶欠陥の評価を行うことを特徴とするシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。
2. 前記アルカリ溶液として、ＫＯＨおよび／またはＮａＯＨ溶液を用いることを特徴とする請求項１に記載のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。
3. 前記アルカリ溶液のアルカリ濃度を、１．５質量％以上３０質量％以下とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。
4. 前記選択エッチング液として、少なくともフッ酸および硝酸を含み、さらには、酢酸を含むものを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。
5. 前記基板の結晶欠陥の評価は、ＯＳＦまたはＢＭＤを評価することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。
6. 前記シリコン単結晶基板として、抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であるものを評価すること特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法。

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