JP2010140994A

JP2010140994A - シリコンウエハの評価方法

Info

Publication number: JP2010140994A
Application number: JP2008314148A
Authority: JP
Inventors: Tooru Itakoshi; 徹板越
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】本発明は、従来困難であったμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定を用いた拡散ウエハのより的確な品質評価を可能にすることを課題とする。
【解決手段】本発明によると、拡散ウエハ表面に膜厚１．４μｍ以上１．５μｍ以下の酸化膜を形成したのち、μ−ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定することを特徴とする拡散ウエハのライフタイム評価方法が提供される。また、本発明によると、前記拡散ウエハの熱酸化処理は、ウェット酸化で行われてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、拡散ウエハのμ−ＰＣＤ法による評価プロセスにおける熱処理方法に関する。

トランジスタ、ダイオード等のディスクリート半導体の基板としては、ドーパントとしてリンやホウ素等の不純物を高濃度に拡散させた不純物拡散層と、不純物が拡散されていない非不純物拡散層との２層からなる拡散ウエハが一般的に用いられている。

拡散ウエハの製造工程には、拡散炉にて不純物拡散層を形成する熱処理工程が含まれ、その熱処理は製品の規格にもよるが、１２５０℃以上の温度域で１００時間以上におよぶ。このとき、前記不純物拡散層を形成するウエハは、拡散炉の炉心管やウエハ保持部材等の熱処理部材中に含まれる重金属の汚染を受ける。

一般に、半導体ウエハ内に存在する重金属汚染の評価には、μ−ＰＣＤ法による再結合ライフタイム値の測定が用いられる（以下、単にライフタイム測定という）。通常、ライフタイム測定の前処理として、半導体ウエハ表面に安定な膜を形成するパシベーション処理が必要となり、熱酸化膜を形成する方法や、ヨウ素やフッ化水素を用いたケミカルパシベーションなどが知られている（特許文献１）。
特開２００７−４８９５９号公報

しかし、拡散ウエハのライフタイム測定においては、拡散ウエハの全面がほとんど均等なライフタイム値になってしまい、本来識別できるはずの拡散処理に用いる熱処理部材からの汚染状態や製造した拡散ウエハ間の品質の差異を明確に評価することが困難であった。これは、拡散ウエハが高濃度のドーパントを拡散させた不純物拡散層を持っていること、及び１２５０℃以上の温度域で１００時間以上におよぶ熱処理の熱履歴が影響しているものと考えられる。

このため、拡散ウエハの汚染状態を評価する場合におけるμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定を実現するための、適切な前処理方法の開発が必要となった。

本発明は、従来困難であったμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定を用いた拡散ウエハのより的確な品質評価を可能にすることを課題とする。

本発明の一実施形態によると、拡散ウエハ表面に膜厚１．４μｍ以上１．５μｍ以下の酸化膜を形成したのち、μ−ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定することを特徴とする拡散ウエハのライフタイム評価方法が提供される。

また、本発明の一実施形態によると、前記拡散ウエハの熱酸化処理は、ウェット酸化で行われてもよい。

本発明によると、従来困難であったμ−ＰＣＤ法によるライフタイム測定を用いた拡散ウエハのより的確な品質評価が可能になり、ひいてはウエハの拡散処理に用いる拡散炉や熱処理部材の評価にも利用することが出来る。

以下、本発明の実施形態について、詳細に説明する。本発明では、拡散ウエハ表面に膜厚１．４μｍ以上１．５μｍ以下の酸化膜を形成したのち、μ−ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定する拡散ウエハのライフタイム評価方法が提供される。

ここで、酸化膜の膜厚は１．４μｍ以上１．５μｍ以下が好ましい。これは、通常のライフタイムにおけるパシベーション酸化膜である４５〜５０ｎｍの膜厚と比較すると極端に厚い。詳細な理由の解明はこれからであるが、拡散ウエハには１２５０℃以上で１００時間の熱履歴が付加されているので、この影響による重金属の分布や影響を顕在化させるためには、これに相応する高温長時間の酸化熱履歴が必要であるためと考えられる。本発明者は、この酸化熱履歴が酸化膜厚にて規定できることを見出し、本発明に至った。

酸化膜厚が１．４μｍ以上１．５μｍであれば、より発明の効果が明確になる。１．４μｍ未満ではウエハ中心部と外周部のライフタイム値の差が小さく、発明の効果が小さく好ましくない。一方、１．５μｍ以上の酸化膜を現状の熱酸化工程で付加するには、１１００℃以上の酸化温度と５００分以上の酸化時間が必要となるが、著しく酸化時間がかかり、酸化処理に係るコストが過大となるので実用的でない。また、高温長時間の酸化のため酸化膜にむらが生じやすくなり、この点からも好ましくない。

酸化膜形成は、ウェット酸化で行うのが好ましい。これは、本発明で求められる酸化膜の膜厚１μｍ以上を得るには、酸化レートの速いウェット酸化で行うほうが合理的であり、ドライ酸化では１μｍ以上の酸化膜を得ることが実用上極めて困難なためである。なお、ウェット酸化方法としては、純水をバブリングした水蒸気でも、水素と酸素の混合気体でもよく、特にこれらに限定されるものではない。

実験での拡散ウエハの酸化膜形成は、図１に示す５インチ用横型拡散炉を用いて行った。また、酸化膜形成後の拡散ウエハの酸化膜の膜厚測定は、拡散ウエハの中央１点を非接触式光学測定器（装置名ナノスペック）にて行い、酸化膜厚はボート両端に立てた２枚の拡散ウエハの平均値にて表した。拡散ウエハは、５インチ径、Ｓｂドープで抵抗１０−２５Ωｃｍのウエハに拡散抵抗０．００２Ωｃｍ、拡散深さを平均で２５０μｍになるよう拡散熱処理を実施して製造したものを用いている。実験では、すべて同一炉にて拡散熱処理したウエハを使用する。

前述の拡散ウエハを用いて、μ−ＰＣＤ法による再結合ライフタイム測定を図３に示し、その結果を図２に示す。測定装置はコベルコ技研製のライフタイム測定装置（モデル名：ＬＴＡ−１０００ＥＰ、測定モード：Ｐ＋／Ｎ＋モード）を使用し、測定モードは装置標準測定モードのうちＥＰＩモードにてウエハ面内全域を測定した。そして、本発明の判定方法として、拡散ウエハ１００の熱処理部材に触れていた部位であるウエハ中心位置から半径２ｍｍの円内部１０１と、熱処理部材に触れているウエハ外周部すなわちウエハ下半分の半周部の外周端から５ｍｍ〜７ｍｍの部位１０２についてのライフタイム値の測定値の平均値を用いて、式１にて判定を行った。
（式１）
（ウエハ中心部のライフタイム平均値−ウエハ外周部ライフタイム平均値）／（ウエハ中心部のライフタイム平均値）×１００（％）

（実施例）
ウェット酸化にて、１１００℃×２５０分で１．３μｍの酸化膜厚（実施例１）、１１００℃×３３０分で１．４μｍの酸化膜厚（実施例２）、１１２０℃×４３０分で１．５μｍの酸化膜厚（実施例３）の３種類の酸化膜厚で酸化膜を形成したウエハを、ライフタイム測定を実施した。

（比較例）
ウェット酸化にて、１１００℃×３０分で０．７μｍの酸化膜厚（比較例１）、１１５０℃×５００分で１．６μｍの酸化膜厚（比較例２）、ドライ酸化にて１０００℃×４０分で０．０４５μｍの酸化膜厚（比較例３）、１１００℃×１５０分で０．４μｍの酸化膜厚（比較例４）、の４種類の酸化膜厚で酸化膜を形成したウエハを、同様にライフタイム測定を実施した。

図２に実験条件と判定基準、判定結果を示す。酸化膜厚が１．４〜１．５μｍで形成された条件では判定良好であったが、それ以外の条件では不十分であることがわかる。

横型拡散炉２００の概略図である。評価条件と結果を示す図である。 μ−ＰＣＤ法による再結合ライフタイム測定を表す図である。

符号の説明

１００拡散ウエハ
１０１ウエハ中心部のライフタイム測定部位
１０２ウエハ外周部のライフタイム測定部位
２００拡散炉
２０１炉心管
２０２ヒータ
２０３配管
２１１ウエハ保持部材
２２１ウエハ

Claims

拡散ウエハ表面に膜厚１．４μｍ以上１．５μｍ以下の酸化膜を形成したのち、μ−ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定する拡散ウエハのライフタイム評価方法。
前記拡散ウエハの熱酸化処理は、ウェット酸化で行われることを特徴とする請求項１に記載の拡散ウエハのライフタイム評価方法。