JP2007227516A

JP2007227516A - シリコンウェーハ中のＣｕ評価方法

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Publication number: JP2007227516A
Application number: JP2006045031A
Authority: JP
Inventors: Katsuya Hirano; 勝也平野; B Shabany Mohammad; モハマッド．ビー．シャバニー
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2026-02-22
Also published as: US7888265B2; JP4992246B2; US20070207616A1

Abstract

【課題】煩雑な工程を経ることなく、シリコンウェーハ中のＣｕ濃度を正確、かつ高感度に検出可能なシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法を提供する。
【解決手段】２枚の評価用のシリコンウェーハ１３ａ，１３ｂの内、一方のシリコンウェーハ１３ａの一面側を研磨する。その後、ホットプレート１５などを用いて所定の温度まで加熱する。こうしたシリコンウェーハ１３ａの加熱工程は、例えば、ホットプレート１５を用いて、シリコンウェーハ１３ａを２００〜４５０℃の温度範囲で５〜６０分間加熱することによって達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの特性に大きな影響を及ぼすシリコンウェーハ中のＣｕを定量的に、正確かつ高感度に検出可能なシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法に関するもので、特に、３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のボロンを含む高濃度ボロンドープシリコン基板に存在する１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２未満の低濃度Ｃｕを検出する際に用いて好適な技術に関する。

半導体デバイスなどの基板として用いられるシリコンウェーハにおいては、回路の高集積化、デバイスの微細化に伴い、デバイスの性能を著しく劣化させるシリコンウェーハ中に存在する金属不純物（Ｆｅ・Ｎｉ・Ｃｒ・Ｃｕ等）の低減が重要な課題となっている。シリコンウェーハ製造工程での金属不純物の汚染原因として、Ｐ型シリコンウェーハにおいて研磨工程における汚染が考えられ、砥液（スラリー）中のＣｕがウェーハのバルク中へ拡散し、Ｃｕ汚染を引き起こしている。また、生じる汚染金属のうち、Ｃｕは非常に拡散速度が速く容易にシリコン基板内部に拡散する。この拡散したＣｕはデバイス特性（電気特性等）を劣化させる。このため、このＣｕを低減し、プロセスを管理することが重要となる。
近年シリコン基板の洗浄を含むクリーン化技術が向上し、シリコン基板を汚染する金属の濃度は１０^１１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２程度に低下してきている。

こうしたＰ型シリコンウェーハにおけるＣｕ汚染の対策を行なう上で、各工程においてシリコンウェーハのバルク中に拡散したＣｕを高精度でかつ正確に定量することが重要である。シリコンウェーハのバルク中に拡散したＣｕを定量する方法として、従来は、原子吸光分析（以下、ＡＡＳという。）、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）を使った分析方法が主に用いられている。特に、ＡＡＳ法は高感度分析が可能である。このＡＡＳを用いる方法は、研磨後のシリコンウェーハの一部を、フッ化水素酸と硝酸との混酸や、フッ化水素酸と硝酸および硫酸との混酸によってガスエッチングを行い、シリコンウェーハを溶解した後の分解残渣を分析する全溶解法として知られている。
これらの方法には以下の問題がある。即ち測定に非常に手間がかかり、測定前の前処理中に更に汚染が生じることがあった。また、いずれの方法も基板を破壊して行うため、その基板を再利用することはできなかった。

そこで本出願人は半導体基板の非破壊分析に関する方法として半導体基板内部のＣｕ濃度の検出方法を提案した（特許文献１）。この方法はシリコン基板を６００℃以下の温度で加熱し、シリコン基板内部に存在するＣｕを拡散させて表裏面側に集め、表裏面をＡＡＳ、全反射蛍光Ｘ線分析（以下、ＴＸＲＦという。）等の方法で分析するＬＴＤ法等の方法である。この方法によれば、シリコン基板がＰタイプの場合、大気中で５００℃で１５分間の加熱を行うことで十分なＣｕの拡散が行われる。

また、研磨後のシリコンウェーハにポリシリコン層を形成し、熱処理によってこのポリシリコン層へバルク中のＣｕを拡散させ、Ｃｕが拡散したポリシリコン層のＣｕを分析する方法がある。（特許文献２、３）
このように、研磨工程でＢｕｌｋ中へ拡散したＣｕの定量評価する方法として、研磨後のシリコンウェーハにＰｏｌｙ−Ｓｉを付け熱処理してＰｏｌｙ−Ｓｉ層へＢｕｌｋ中Ｃｕを拡散させＰｏｌｙ−Ｓｉ層中Ｃｕを分析する方法と、研磨後のシリコンウェーハをホットプレート上で熱処理しＣｕを表面に外方拡散して表面のＣｕを分析するＬＴＤ法と、研磨後のシリコンウェーハの一部をフッ化水素酸と硝酸やフッ化水素酸と硝酸と硫酸によりガスエッチングを行いシリコンウェーハを溶かした分解残さを分析する全溶解法の３種類が一般に知られている。
特開平９−６４１３３号公報特開平１０−２２３７１３号公報特開２００４−３３５９５５号公報

しかしながら、上述したシリコンウェーハのバルク中に拡散したＣｕを定量する従来の方法は、検出精度や正確さにおいて、様々な課題があった。例えば、研磨後のシリコンウェーハにポリシリコン層を形成して、熱処理によってこのポリシリコン層にＣｕを熱拡散させた後に分析する方法では、研磨工程後のシリコンウェーハにポリシリコンを付けることにより、シリコンウェーハの両面にポリシリコン層が形成されるので、研磨によってバルク中へ拡散したＣｕが熱処理で両面のポリシリコン層へ分散してしまい、高精度に分析できないという課題があった。

また、研磨後のシリコンウェーハにポリシリコンを付着することにより、研磨前に既にシリコンウェーハ中に拡散しているＣｕ量が不明となり、研磨後のＣｕ量の定量だけしかできず、研磨工程において拡散したＣｕ量を特定できないという課題もあった。

また、研磨後のシリコンウェーハをホットプレート上で熱処理し表面に外方拡散したＣｕを分析するＬＴＤ法では、ホットプレート上で熱処理した時に、ボロン濃度が高いウェーハ（ｐ^＋、ｐ^＋＋）に関してはＣｕが１００％ウェーハ表面へ外方拡散しない場合があるため、ウェーハ中におけるの全Ｃｕ量の正確でかつ迅速な定量評価が困難であるという課題があった。また、ホットプレート上で熱処理した時、全てのＰ型シリコンウェーハでＣｕが表裏面へ外方拡散し、分散することにより高感度な分析ができないという課題もあった。

研磨後のシリコンウェーハの一部を混酸で溶解し、溶解残渣を分析する全溶解法では、残渣中の金属不純物を原子吸光分光光度計や誘導結合プラズマ質量分析装置で定量分析行うために、回収溶液中にシリコンが多量に含まれているので除去する必要がある。こうしたシリコンを昇華し除去するために、フッ化水素酸、硝酸、硫酸などの混酸に溶かして濃縮を行なうが、この方法は多量の薬品を使用するため、薬品中に含まれている金属不純物も定量分析の際に含まれてしまう。また、長時間の濃縮による大気中からの汚染を取り込む可能性もあり、正確な定量が難しいといった課題があった。また、研磨後のシリコンウェーハを全溶解するため、研磨前シリコンウェーハ中に拡散しているＣｕ量が不明であり、研磨後のＣｕ量しか定量できないという課題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、煩雑な工程を経ることなく、シリコンウェーハ中のＣｕ濃度を正確、かつ高感度に検出可能なシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明によれば、被評価対象のシリコンウェーハと同じ特性を持つＰ型シリコンウェーハの面上にポリシリコン層を形成する工程と、前記Ｐ型シリコンウェーハを研磨した後に熱処理を行う工程と、熱処理後の前記Ｐ型シリコンウェーハの前記ポリシリコン層を、少なくともフッ化水素酸と硝酸とを含む混酸を用いて溶解し、前記ポリシリコン層を溶解後の前記混酸中に含まれるＣｕ成分を定量する工程とを備えたことを特徴とするシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法が提供される。

従来方法の研磨後のシリコンウェーハにポリシリコン層を付け熱処理してポリシリコン層中のＣｕを分析する方法は、研磨前のシリコンウェーハ中に拡散しているＣｕ量が不明であることにより、研磨後Ｃｕ量のみの定量評価が出来ない問題があったが、リファレンスが同じシリコンウェーハを評価用のサンプルとして少なくとも２枚用意してポリシリコン層を成膜し、そのうちの少なくとも１つのウェーハを研磨するとともに、他のウェーハを比較対象として研磨せずにおき、その後、それぞれのウェーハにおけるポリシリコン層を上記検査液に溶解して、それぞれ検査液中のＣｕ量を検出して比較することにより、研磨前後のＣｕ量が定量評価して、研磨工程においてウェーハを汚染するＣｕの量のみを特定できるようになった。

また、本発明の評価方法では、後述するように、いわゆるボロン濃度によりＣｕゲッタリングが起こるため、この影響によって低抵抗のウェーハでは正確な検出ができなかった上記従来方法とは異なり、ボロン濃度の影響を受けずにＣｕ量の検出を正確に行うことができる。これは、上記の評価方法を、ボロン濃度（ドーパント濃度）の異なるｐ⁻、ｐ^＋、ｐ^＋＋タイプのウェーハにそれぞれ適用することにより、ウェーハタイプによるＣｕ量検出の差つまりボロン濃度にかかわらず、研磨工程での汚染状態、および、正確なＣｕ量を明らかにすることができる。
ここで、ｐ^＋＋タイプのウェーハとはボロン濃度が１０^１９atoms/cm^３程度で、抵抗値が１〜１０（ｍΩ・ｃｍ）程度の低抵抗のものをいい、ｐ^＋タイプのウェーハとはボロン濃度が１０^１８atoms/cm^３程度で、抵抗値が１０〜１０００（ｍΩ・ｃｍ）程度の低抵抗のものをいい、ｐ⁻タイプのウェーハとはボロン濃度が１０^１５atoms/cm^３程度で、抵抗値が＞１（Ω・ｃｍ）程度の高抵抗のものを意味している。

また、従来の検出技術では、研磨後のシリコンウェーハにポリシリコン層を付けることにより、シリコンウェーハの両面にポリシリコン層が形成されてしまい、研磨工程でバルク中へ拡散したＣｕが熱処理で両面のポリシリコン層へ分散拡散して、高感度なＣｕの分析が出来ない課題があったが、本発明においては、研磨前のリファレンスのシリコンウェーハにポリシリコン層を付けることにより、研磨後のポリシリコン層は片面だけになり、その後ホットプレート上で熱処理することによって、片面に残されたポリシリコン層に研磨時のＣｕが全て拡散するので、高感度にＣｕの分析ができるようになった。

更に、従来方法の研磨後のシリコンウェーハをホットプレート上で熱処理し表面のＣｕを分析するＬＴＤ法は、ホットプレート上で熱処理した時、ボロン濃度が高い低抵抗のウェーハ（ｐ^＋、ｐ^＋＋）ではＣｕが１００％ウェーハ表面へ外方拡散しない場合があるため、定量評価が出来ないという課題があったが、研磨前のリファレンスのシリコンウェーハにポリシリコン層を付けることにより、熱処理した時にボロン濃度が高いウェーハ（ｐ^＋、ｐ^＋＋）に関しても、全てのＣｕをポリシリコン層へ拡散できるため、このポリシリコン層中のＣｕを分析することで、Ｃｕの正確な定量評価が可能となった。なお、熱処理は所定の温度・時間行えばよく、ホットプレート上での処理に限らない。

また、従来はホットプレート上で熱処理した時、全てのＰ型ウェーハでＣｕが表裏面へ外方拡散し分散するため、Ｃｕを高感度に分析出来ない課題があったが、研磨前のリファレンスのシリコンウェーハにポリシリコン層を付けることにより、研磨後のポリシリコン層は片面のみとなり、その後ホットプレート上で熱処理することで、片面のポリシリコン層に研磨時に拡散したＣｕが全て拡散するので、Ｃｕを高感度分析できるようになった。

また、従来の研磨後シリコンウェーハの一部を溶かし、溶けた分解残渣を分析する全溶解法は、フッ化水素酸や硝酸や硫酸などの混酸（処理液）に溶かして濃縮するので、薬品中に含まれる金属不純物を持ち込む危険性があるとともに、ウェーハ深部にあるＣｕも含めて全てのＣｕを検出するために多くの処理液を必要とするとともにこの大量の処理液を長時間かけて濃縮する必要があり作業性が悪いという問題と、処理液を濃縮する際に大気中からの汚染を取り込む可能性もあるという課題があったが、本発明では薬液による濃縮を全く行なわないため、薬液に含まれる金属不純物や、長時間の濃縮による大気中の汚染を取り込む可能性がなく、より高精度にＣｕの定量を効率的に行うことができるようになる。

前記シリコンウェーハの特性は、少なくとも電気抵抗値、結晶軸方向、および酸素濃度が一定であればよい。これらの特性が同等に設定されたウェーハでないと、本願発明の評価方法におけるＣｕ汚染の状態が、実際の研磨工程おけるＣｕ汚染の程度と異なってしまうため、好ましくない。また、本発明の評価方法において、高濃度のボロンが含まれるためにＣｕ汚染の状態が正確に判明しづらかったｐ⁻、ｐ^＋、ｐ^＋＋タイプのウェーハを対象とすることで、ドーパント濃度によるＣｕ汚染の状態の差違を明確にして、これらのウェーハの研磨工程におけるＣｕ汚染を正確に評価することがはじめて可能となる。

前記熱処理は前記シリコンウェーハのドーパント濃度にしたがって、前記シリコンウェーハ中のＣｕが前記ポリシリコン層に移るのに必要な温度範囲・処理時間とされ、具体的には、２００〜４５０℃程度の温度範囲内、５〜６０分程度の処理時間内、あるいはこれに相当する温度・時間条件で行なうことが好ましい。例えば、ｐ^＋＋タイプのウェーハでは３００℃・６０分の処理時間で充分Ｃｕが拡散するが、他にも３５０℃・３０分、あるいは、１００℃程度の低温でも処理時間を長くすることで対応でき、ｐ^＋タイプのウェーハでは３００℃・３０分、他にも３５０℃・２０分で拡散し、ｐ⁻タイプのウェーハでは２５０℃・１０分、他にも３００℃・５分で拡散し、または、１〜５分程度の短時間でも高温に設定することでＣｕの定量を充分行うことが可能となる。

ここで、処理時間の上限は作業性の効率から上記の範囲内が好ましく、また、下限は充分正確なＣｕ検出のために上記範囲内が好ましい。また処理温度の上限は、Ｃｕ拡散以外の点でウェーハに与える熱影響が大きくなり不都合が生じる可能性があるため上記の範囲が好ましく、また、下限は、充分正確なＣｕ検出のために上記範囲内が好ましい。

前記混酸による溶解は、前記ポリシリコン層中のＣｕを検出可能な厚さの範囲で減じればよい。具体的には、溶解したポリシリコン層中のＣｕが後述の原子吸光分光光度法または誘導結合プラズマ質量分析装置によって充分正確に検出できる０．１μｍ以上であればよく、より好ましくは検出限界が向上する１〜２μｍ程度を溶解範囲とすることができる。また、溶解するポリシリコン層の厚さ範囲の上限は、検出する際にＣｕが混入しないことおよび処理に要する溶液の量から上記の範囲が好ましい。
前記Ｃｕ成分の定量は、原子吸光分光光度法または誘導結合プラズマ質量分析装置により行なえばよい。

本発明のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法によれば、被評価対象のシリコンウェーハと同じ特性を持つ２枚のＰ型シリコンウェーハの一方を加熱によってポリシリコン層にＣｕを拡散させ、もう一方のＰ型シリコンウェーハを加熱せずにポリシリコン層にＣｕを拡散させないようにし、それぞれのポリシリコン層のＣｕを定量することによって、研磨工程前のシリコンウェーハ中に拡散しているＣｕ量を知ることができる。そして、この研磨工程前のリファレンスとしてのシリコンウェーハのＣｕ量と、研磨工程後のリファレンスを持つシリコンウェーハのＣｕ量とを比較することによって、研磨工程でどれだけシリコンウェーハがＣｕに汚染されたかを正確に定量することが可能になる。

以下、本発明の１実施形態として、シリコンウェーハ中のＣｕを本発明の評価方法によって定量する手順を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法の概要を示す説明図である。まず、例えばＣＺ法によって引上げられたシリコン単結晶インゴット１１は、育成時の熱履歴などの特性に応じて所定の位置でカットされ、外周を一定厚みで削られ、結晶軸方向を示すノッチ等を付けられて、円筒状のブロック１２に形成される（図１ａ）。

このシリコン単結晶のブロック１２から所定の厚みのシリコンウェーハが多数スライスされた後、面取り、ラッピング、エッチング等の工程を経て、研磨工程の直前の状態とされるが、これら、電気抵抗値、結晶軸方向、および酸素濃度が同じな同一特性の１ロッドのシリコンウェーハから、２枚の評価用シリコンウェーハ１３ａ，１３ｂを選択抽出する（図１ｂ）。そして、この２枚の評価用シリコンウェーハ１３ａ，１３ｂのそれぞれにポリシリコン層１４ａ，１４ｂを形成する（図１ａ，図１ｈ）。

ポリシリコン層１４ａ，１４ｂの形成にあっては、シリコンウェーハ１３ａ，１３ｂの表面に酸化膜等が形成されている時には、ＨＦ水溶液等で洗浄して酸化膜を取り除いた後、シリコンウェーハ１３ａ，１３ｂの表面に、例えば、厚み２μｍ程度のポリシリコン層１４ａ，１４ｂを積層する。

次に、２枚の評価用のシリコンウェーハ１３ａ，１３ｂの内、一方のシリコンウェーハ１３ａの一面側を、評価する研磨工程における研磨工程と同様の条件にして研磨して、一面側のポリシリコン層１４ａだけを除去し、単結晶のシリコンウェーハ１３ａ面を一面側だけ露出させる（図１ｄ）。

こうして、一面側だけポリシリコン層１４ａが除去されたシリコンウェーハ１３ａを、今度はホットプレート１５などを用いてポリシリコン層１４ａを上にして所定の温度まで加熱する（図１ｅ）。こうしたシリコンウェーハ１３ａの加熱工程は、例えば、ホットプレート１５を用いて、シリコンウェーハ１３ａを２００〜４５０℃の温度範囲で５〜６０分間加熱することによって達成される。ここで加熱温度・時間といった熱処理条件は、評価しようとするＣｕが後述するようにポリシリコン層１４ａに充分拡散する条件とされる。

こうした加熱工程でシリコンウェーハ１３ａを所定の温度範囲で所定時間加熱すると、図２に示すように、シリコンウェーハ（バルク層）１３ａに含まれていた不純物としてのＣｕが、シリコンウェーハ１３ａの表面に形成されたポリシリコン層１４ａに一定の拡散速度で拡散する。これにより、ポリシリコン層１４ａには、加熱工程の前にはシリコンウェーハ１３ａに含まれていたＣｕが拡散して蓄積される。

こうしたシリコンウェーハ１３ａに含まれるＣｕの加熱によるポリシリコン層１４ａへの拡散は、特にボロンが多く含まれているｐ⁻，ｐ^＋，ｐ^＋＋タイプのシリコンウェーハに効果的である。ｐ⁻のシリコンウェーハは、１０^１５atoms/cm^３程度のボロンを含み、その抵抗値は１Ω・ｃｍ以上とされる。ｐ^＋のシリコンウェーハは、１０^１８atoms/cm^３程度のボロンを含み、その抵抗値は１０〜１０００ｍΩ・ｃｍ程度とされる。また、ｐ^＋＋のシリコンウェーハは、１０^１９atoms/cm^３程度のボロンを含み、その抵抗値は１〜１０ｍΩ・ｃｍ程度とされる。

ｐ⁻，ｐ^＋，ｐ^＋＋のような多くのボロンが存在するＰ型シリコンウェーハの基板内部ではボロンはマイナス電位、Ｃｕはプラス電位にあり、ボロンとＣｕによる電子静力学効果によってＣｕは拡散し難い状態におかれている。従って、ｐ⁻，ｐ^＋，ｐ^＋＋のような高濃度のボロンが含まれるシリコンウェーハにおいては、従来の加熱工程ではポリシリコン層へのＣｕの十分な拡散が得られない。本発明のように、シリコンウェーハ１３ａを２００〜４５０℃の温度範囲で５〜６０分間という条件、または、これに等しい条件で加熱することによってポリシリコン層へのＣｕの十分な拡散が達成される。

例えば、ｐ⁻のシリコンウェーハでは、２００℃で１０分程度加熱すればよい。また、Ｃｕの更に多いｐ^＋＋のシリコンウェーハでは、４５０℃で６０分程度加熱すれば、ポリシリコン層へのＣｕの十分な拡散が得られる。なお、こうした加熱工程では、ホットプレート１５の上に不純物を含まない清浄なシリコンウェーハを予め載置しておき、この清浄なシリコンウェーハの上に被評価対象のシリコンウェーハ１３ａを乗せて加熱したほうが評価しようとする研磨工程以外におけるＣｕ汚染を防止できるため好ましい。

また、こうしたシリコンウェーハ１３ａに含まれるＣｕの加熱によるポリシリコン層１４ａへの拡散工程の前工程である研磨工程において、一方の面のポリシリコン層１４ａを研磨によって取り去るので、加熱によって拡散するＣｕを一方の面だけに残されたポリシリコン層１４ａで捕捉することができる。これによって、ポリシリコン層１４ａに拡散されるＣｕの量が高められ、従来より高精度でかつ高感度なＣｕの分析を可能にする。

以上のように、評価対象の一方のシリコンウェーハ１３ａに含まれるＣｕを加熱工程によりポリシリコン層１４ａへ拡散させたら、このシリコンウェーハ１３ａをエッチングにより一部（１４ａ）を溶解し、分析用溶液を回収する（図１ｆ）。また、比較のために、評価対象のもう一方である、ポリシリコン層１４ｂを積層した直後の状態のシリコンウェーハ１３ｂも、エッチングにより一部（１４ｂ）を溶解し、分析用溶液を回収する（図１ｉ）。こうしたエッチングにより一部を溶解し、分析用溶液を回収する手法（ＤＳＥ法）の例を図８に示す。

図８によれば、まず、テフロン（登録商標）製のプレート２１に混酸１６ａ，１６ｂを滴下する（図８ａ）。そして、このプレート２１上の混酸１６ａ，１６ｂに押し付けるようにして評価対象のシリコンウェーハ１３ａ，１３ｂを載置する（ポリシリコン層１４ａ，１４ｂと混酸１６ａ，１６ｂを接触させる）。そして、シリコンウェーハ１３ａ，１３ｂを回転させてシリコンウェーハ１３ａ，１３ｂの一部（１４ａ，１４ｂ）を混酸１６ａ，１６ｂに溶解する（図８ｂ）。この後、ピンセット等でシリコンウェーハ１３ａ，１３ｂをプレート２１上から取り除く（図８ｃ）。そしてプレート２１に残った混酸（溶液）１６ａ，１６ｂを回収する（図８ｄ）。

こうしたＤＳＥ法によるシリコンウェーハ１３ａ，１３ｂの溶解の前に、シリコンウェーハ１３ｂをシリコンウェーハ１３ａのように加熱しないのは、ポリシリコン層１４ｂを積層する際に加熱する必要があるため、上記の熱処理と同じようにＣｕがポリシリコン層１４ｂに充分拡散しているからである。この溶解工程で使用される混酸１６ａ，１６ｂは、フッ化水素酸溶液及び硝酸を含む混酸が好ましく用いられる。

溶解工程では、上述した混酸等を用いて、シリコンウェーハ１３ａに形成されたポリシリコン層１４ａと、シリコンウェーハ１３ｂに形成されたポリシリコン層１４ｂとをそれぞれ表面から２μｍ程度溶解する（図１ｆ，図１ｉ）。これにより、シリコンウェーハ１３ａに含まれるＣｕが拡散されたポリシリコン層１４ａが混酸１６ａに溶解される。また、シリコンウェーハ１３ｂに含まれるＣｕが拡散されたポリシリコン層１４ｂが混酸１６ｂに溶解される

そして、溶解工程でポリシリコン層１４ａ，１４ｂをそれぞれ溶解した混酸１６ａ，１６ｂを、それぞれ原子吸光分光光度分析装置（ＡＡＳ；Atomic absorption spectoroscopy）または誘導結合プラズマ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ：Inductively Coupled Plasma Mass Spectroscopy）を用いて、それぞれの混酸１６ａ，１６ｂに含まれるＣｕ濃度を定量する（図１ｋ）。

以上のような工程で、被評価対象のシリコンウェーハと同じ特性を持つ２枚のＰ型シリコンウェーハの一方を加熱によってポリシリコン層にＣｕを拡散させ、一方のポリシリコン層のＣｕを定量することによって、研磨工程前のシリコンウェーハ中に拡散しているＣｕ量を知ることができる。そして、この研磨工程前のシリコンウェーハ１３ｂのＣｕ量と、研磨工程後のシリコンウェーハ１３ａのＣｕ量とを比較することによって、研磨工程でどれだけシリコンウェーハがＣｕに汚染されたかを正確に定量することが可能になる。

本出願人は本発明の有用性を検証した。検証にあたって、３種類のシリコンウェーハを２枚づつ準備した。
１．ｐ⁻シリコンウェーハ：抵抗値１０Ω・cm
２．ｐ^＋シリコンウェーハ：抵抗値１５ｍΩ・cm
３．ｐ^＋＋シリコンウェーハ：抵抗値８ｍΩ・cm
これら１〜３のシリコンウェーハのそれぞれ２枚に、ポリシリコン層を厚み１．５μｍで形成した。そして、ポリシリコン層を形成した１〜３のシリコンウェーハのそれぞれ２枚づつの内の１枚を研磨し、一方の面のポリシリコン層を除去した。そして、ホットプレートで、それぞれ２５０，３００，３５０℃の加熱温度で５，１５，３０，６０分間それぞれ加熱処理を行い、シリコンウェーハ中のＣｕをポリシリコン層に加熱拡散させた。

この後、これら研磨〜加熱工程を経た１〜３のシリコンウェーハをフッ化水素酸と硝酸から成る混酸によって、それぞれ表面から２μｍエッチングして回収した。この回収液を原子吸光分光光度分析装置（ＡＡＳ）を用いてＣｕ定量を行なった。また、研磨〜加熱工程を行なわない１〜３のシリコンウェーハをフッ化水素酸と硝酸から成る混酸によって全溶解し、この回収液を原子吸光分光光度分析装置（ＡＡＳ）を用いてＣｕ定量を行なった。

こうした工程を経て定量された研磨前と研磨後のＣｕ評価結果を図３に示す。図３によれば、ポリシリコン層のＣｕ評価によって、研磨前は全てのシリコンウェーハでＣｕは検出されなかった。しかし、研磨後はｐ⁻シリコンウェーハで１０^１０レベル、ｐ^＋シリコンウェーハとｐ^＋＋シリコンウェーハで１０^１２レベルのＣｕがポリシリコン層へ拡散していることが分かった。また、全溶解評価とポリシリコン層評価との比較により、ｐ⁻シリコンウェーハ、ｐ^＋シリコンウェーハ、ｐ^＋＋シリコンウェーハの全溶解評価とポリシリコン層評価結果が同じレベルであることから、３００℃のホットプレート上で６０分間熱処理を行なうと、ほぼ全てのＣｕがバルク中からポリシリコン層へ拡散することが分かった。

図４は、ｐ⁻シリコンウェーハを２５０、３００、３５０℃で、それぞれ５、１５、３０、６０分間ホットプレート上で熱処理を行なった後のポリシリコン層のＣｕ評価をした際の回収率の結果を表示している。これによれば、ｐ⁻シリコンウェーハではホットプレート上で熱処理が５分以上の場合Ｃｕが約１００％ポリシリコン層へ拡散することが判明した。

図５は、ｐ^＋シリコンウェーハを２５０、３００、３５０℃で、それぞれ５、１５、３０、６０分間ホットプレート上で熱処理を行なった後のポリシリコン層のＣｕ評価をした際の回収率の結果を表示している。これによれば、ｐ^＋シリコンウェーハではホットプレート上で熱処理が３０分以上の場合Ｃｕが約９５％以上ポリシリコン層へ拡散することが判明した。

図６は、ｐ^＋＋シリコンウェーハを２５０、３００、３５０℃で、それぞれ５、１５、３０、６０分間ホットプレート上で熱処理を行なった後のポリシリコン層のＣｕ評価をした際の回収率の結果を表示している。これによれば、ｐ^＋＋シリコンウェーハではホットプレート上で熱処理が３０分以上の場合Ｃｕが約９５％以上ポリシリコン層へ拡散することが判明した。

これらの結果から、Ｐ型シリコンウェーハはポリシリコン層を形成して研磨及び熱処理することにより、研磨時にバルク中へ拡散するＣｕを１００％評価できることが実証された。研磨時にＰ型シリコンウェーハに拡散するＣｕ評価が高感度、高精度で、かつ比較的簡単な工程でできるようになった。

図７は、Ｐ型シリコンウェーハにおける、熱処理温度とＣｕの拡散係数を計算により求めた結果を１つのグラフに示したものである。
計算に使用したＰ型シリコンウェーハは以下の通りである。
１．ｐ⁻シリコンウェーハ：抵抗値１０Ω・cm ボロン濃度３．０Ｅ＋１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３
２．ｐ^＋シリコンウェーハ：抵抗値０．０１４Ω・cm ボロン濃度５．０Ｅ＋１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３
３．ｐ^＋＋シリコンウェーハ：抵抗値０．００８Ω・cm ボロン濃度１．０Ｅ＋１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３

図７によれば、ｐ^＋シリコンウェーハやｐ^＋＋シリコンウェーハでは、熱処理温度が２００℃程度であるとＣｕの拡散係数が低く、充分なＣｕの拡散が得られない可能性があるが、４００℃以上で熱処理を行なうと、ｐ⁻シリコンウェーハ、ｐ^＋シリコンウェーハ、ｐ^＋＋シリコンウェーハは、いずれも同程度の拡散係数が得られるようになり、充分なＣｕの拡散を行なえることが分かった。

図１は、本発明のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法の概要を示す説明図である。図２は、熱処理工程でのＣｕの拡散を示す模式図である。図３は、本発明の検証結果を示すグラフである。図４は、本発明の検証結果を示すグラフである。図５は、本発明の検証結果を示すグラフである。図６は、本発明の検証結果を示すグラフである。図７は、本発明の検証結果を示すグラフである。図８は、本発明のＣｕ評価方法における溶解工程の処理手順の一例を示す説明図である。

符号の説明

１３ａ，１３ｂシリコンウェーハ
１４ａ，１４ｂポリシリコン層
１５ホットプレート（加熱手段）

Claims

被評価対象のシリコンウェーハと同じ特性を持つＰ型シリコンウェーハの面上にポリシリコン層を形成する工程と、前記Ｐ型シリコンウェーハを研磨した後に熱処理を行う工程と、熱処理後の前記Ｐ型シリコンウェーハの前記ポリシリコン層を、少なくともフッ化水素酸と硝酸とを含む混酸を用いて溶解し、前記ポリシリコン層を溶解後の前記混酸中に含まれるＣｕ成分を定量する工程とを備えたことを特徴とするシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法。
前記シリコンウェーハの特性は、少なくとも電気抵抗値、結晶軸方向、および酸素濃度であることを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法。
前記熱処理は、前記シリコンウェーハのドーパント濃度にしたがって、前記シリコンウェーハ中のＣｕが前記ポリシリコン層に移るのに必要な温度範囲・処理時間内で行なうことを特徴とする請求項１または２に記載のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法。
前記混酸による溶解は、前記ポリシリコン層中のＣｕを検出可能な厚さ範囲で減じることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法。
前記Ｃｕ成分の定量は、原子吸光分光光度法または誘導結合プラズマ質量分析装置により行なうことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のシリコンウェーハ中のＣｕ評価方法。