JP2013093406A - 気相成長装置の清浄度評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、気相成長装置内の汚染不純物の種類によってモニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、高感度で正確に清浄度を評価することのできる気相成長装置の清浄度評価方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、
前記気相成長装置を用いて、シリコンウエーハ上に導電型がＰ型のエピタキシャル層とＮ型のエピタキシャル層を順不同で連続して成長させたモニタウエーハを製造して、該モニタウエーハのライフタイム値を測定し、
前記モニタウエーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エピタキシャルウエーハを作製するために用いる気相成長装置の清浄度を評価する方法に関する。

シリコンウエーハ中の金属不純物の検出方法としてウエーハライフタイム（以下略してＷＬＴということがある。）法があり（例えば非特許文献１参照）、このＷＬＴ法の代表的な方法として、マイクロ波光導電減衰法少数キャリアライフタイム法（以下略してμＰＣＤ法）がある。この方法は、例えば試料（基板）に対して光を当てて、発生する少数キャリアの寿命をマイクロ波の反射率の変化で検出することで、試料中の金属不純物を評価するものである。

そして、ウエーハ内に金属が取り込まれると、このＷＬＴ値が小さくなるため、熱処理や気相成長させたウエーハのＷＬＴ値を測定して評価することで、熱処理炉内の金属汚染の管理を行うことができる。つまり、清浄度評価用のモニタウエーハを準備して実工程で用いる熱処理炉で熱処理を行い、熱処理後のウエーハのＷＬＴ値を測定することで、熱処理炉が金属不純物に汚染されているかいないかを判定することができる。

「シリコン結晶・ウエーハ技術の課題」（リアライズ社、平成６年１月３１日発行）２６５頁〜２６９頁 「シリコンの化学」（リアライズ社、１９９６年６月２８日発行）７０５頁〜７１１頁

この方法は、簡便でありながら微量の汚染でも高感度に検出できる為、熱処理炉の管理や気相成長装置の清浄度評価に広く用いられている。特に気相成長装置の場合、Ｐ⁻やＮ⁻の導電型を持つウエーハを準備し、評価対象となる気相成長装置を用いてそのウエーハの上にエピタキシャル層を成膜し、そのエピタキシャルウエーハを上述のμＰＣＤ法で測定することで気相成長装置の清浄度評価を行うことができる。

一方、μＰＣＤ法で測定されるライフタイムが受ける影響は、モニタウエーハの導電型と汚染元素の種類によって異なることが知られている（例えば、非特許文献２）。具体的には不純物がＣｕの場合、モニタウエーハの導電型がＰ／Ｐ型では汚染量に対する感度が低い。また、不純物がＦｅの場合は、Ｐ／Ｐ型の導電型のモニタウエーハの方が感度が高い。このように不純物の種類とモニタウエーハの導電型によって検出感度が変わってくるため、様々な不純物に対して高感度に汚染を評価するには、モニタウエーハの導電型を使い分けなければならず、複数枚のモニタウエーハを用いて評価する必要があった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、気相成長装置内の汚染不純物の種類によってモニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、高感度で正確に清浄度を評価することのできる気相成長装置の清浄度評価方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、
前記気相成長装置を用いて、シリコンウエーハ上に導電型がＰ型のエピタキシャル層とＮ型のエピタキシャル層を順不同で連続して成長させたモニタウエーハを製造して、該モニタウエーハのライフタイム値を測定し、
前記モニタウエーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法を提供する。

このような気相成長装置の清浄度評価方法であれば、気相成長装置内の汚染不純物の種類によってモニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、高感度で正確に清浄度を評価することができる。また、一枚のモニタウエーハで高感度で正確に清浄度を評価することができるため評価コストを削減することも可能である。

また、前記モニタウエーハのライフタイム値の測定は、μＰＣＤ法で行うことが好ましい。

このようにμＰＣＤ法を用いることで、簡単にライフタイム値の測定を精度良く行うことができる。

さらに、前記気相成長装置の清浄度の評価において、Ｃｕの汚染度とＦｅの汚染度を同時に評価することができる。

このようにモニタウエーハの導電型を使い分けることなく、１枚のウエーハでＣｕのようにＰ型エピタキシャル層ではライフタイム値を下げにくい元素の汚染とＦｅのようにＮ型エピタキシャル層ではライフタイム値を下げにくい元素の汚染を同時に評価することができる。

また、本発明は上述の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造する方法を提供する。

本発明の清浄度評価方法で汚染がないことを評価した気相成長装置でエピタキシャルウエーハを製造すれば、様々な汚染の少ない高品位なエピタキシャルウエーハを歩留まり良く製造することが可能となる。

以上説明したように、本発明の気相成長装置の清浄度評価方法であれば、気相成長装置内の汚染不純物の種類によってモニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、高感度で正確に清浄度を評価することができる。また、一枚のモニタウエーハで高感度で正確に清浄度を評価することができるため評価コストを削減することができる。さらに、本発明の清浄度評価方法により汚染がないことを評価した気相成長装置でエピタキシャルウエーハを製造すれば、様々な汚染の少ない高品位なエピタキシャルウエーハを高歩留まりで製造することが可能となる。

本発明の気相成長装置の清浄度評価方法のフロー図である。 導電型がＰ型とＮ型の２つのエピタキシャル層を有するモニタウエーハの断面図である。 予めＣｕで汚染した気相成長装置、予めＦｅで汚染した気相成長装置、及び汚染していない気相成長装置で実施例及び比較例１〜２のモニタウエーハを作製した場合の各モニタウエーハのウエーハライフタイム値を示すグラフである。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。上述のように、モニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、１枚のモニタウエーハで高感度で正確に清浄度を評価することのできる気相成長装置の清浄度評価方法が望まれていた。

本発明者らは、上記問題点について鋭意検討を重ねた結果、モニタウエーハの導電型によって検出しやすい汚染元素種があることに着目し、モニタウエーハが二つの導電型、すなわちＰ型とＮ型の両方のエピタキシャル層を具備すれば、Ｐ型とＮ型の導電型で検出されやすい不純物を同時に高感度に検出できることを見出して、本発明を完成させた。以下、本発明をより詳細に説明する。

図１に本発明の気相成長装置の清浄度評価方法のフロー図を示す。まず本発明の清浄度評価方法では、評価対象となる気相成長装置を用いて、シリコンウエーハ上に導電型がＰ型のエピタキシャル層とＮ型のエピタキシャル層を順不同で連続して成長させたモニタウエーハを製造する（図１（Ａ））。このときＰ型とＮ型のエピタキシャル層を成長させて２層エピタキシャル層とするが、Ｐ型、Ｎ型のエピタキシャル層の成長順序は特に制限されない。従って、Ｐ型を形成してからＮ型を形成しても、Ｎ型を形成してからＰ型を形成してもよい。また、用いるシリコンウエーハはＰ型のものを用いてもＮ型のものを用いても良い。

次に、モニタウエーハのライフタイム値を測定する（図１（Ｂ））。ライフタイム値の測定は、特に制限されないが、簡単に測定を行えるμＰＣＤ法で行うことが好ましい。

最後に、モニタウエーハのライフタイム値から気相成長装置の清浄度を評価する（図１（Ｃ））。モニタウエーハのエピタキシャル層に不純物、特に金属が取り込まれるとライフタイム値が小さくなる。そのため、評価対象となる気相成長装置を用いてモニタウエーハを製造した結果、そのモニタウエーハが汚染されてライフタイム値が小さくなっている場合には、気相成長装置の清浄度が低いと評価できる。逆に、ライフタイム値の減少が小さければ、気相成長装置に由来するモニタウエーハの汚染は少ないと評価でき、気相成長装置の清浄度は高いと評価できる。

図２に示すように、本発明で用いるモニタウエーハ４の様に、第１エピタキシャル層１及び第２エピタキシャル層２としてシリコンウエーハ３上にＰ型とＮ型のエピタキシャル層を層状に積み重ねた構造の場合、ウエーハライフタイム値は近似的には各層のライフタイム値の逆数結合で表される。
１／Ｔｗ＝１／Ｔ１＋１／Ｔ２
Ｔｗ： モニタウエーハ４のウエーハライフタイム値
Ｔ１： 第１エピタキシャル層１のライフタイム値
Ｔ２： 第２エピタキシャル層１のライフタイム値

このため、図２のようにいくつかのエピタキシャル層が積み重なっている場合、最もライフタイム値の低いエピタキシャル層がウエーハライフタイム値に対し支配的になる。これにより、気相成長装置内の汚染不純物の種類によってモニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、高感度で正確に清浄度を評価することが可能となる。

例えば、本発明では、ＣｕのようにＰ型エピタキシャル層ではライフタイム値を下げにくい元素の汚染があった場合でも、Ｎ型エピタキシャル層でライフタイム値が下がるため、トータルとしてのウエーハライフタイム値はＮ型エピタキシャル層のライフタイム値によって引き下げられ、感度良く汚染を検出することができる。逆にＦｅ汚染の場合も、Ｎ型エピタキシャル層ではそれほどライフタイム値を下げにくいが、Ｐ型エピタキシャル層で大きくライフタイム値を下げるため、この場合も高感度に汚染を検出できることとなる。このようにして、ＣｕのようにＰ型エピタキシャル層ではライフタイム値を下げにくい元素の汚染度とＦｅのようにＮ型エピタキシャル層ではライフタイム値を下げにくい元素の汚染度を同時に評価することができる。

さらに、本発明の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造することが好ましい。このようにＰ型エピタキシャル層とＮ型エピタキシャル層の二層を堆積したモニタウエーハを用いると、従来のＰ型又はＮ型の単一エピタキシャル層のモニタウエーハでは見落としていた不純物種の汚染を見逃すことなく高感度に不純物を検出することができるようになる。そのため、本発明の清浄度評価方法で汚染がないことを評価した気相成長装置でエピタキシャルウエーハを製造すれば、汚染の少ない高品位なエピタキシャルウエーハを高歩留まりで製造することが可能となる。

以下、本発明の実施例および比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

〔実施例〕
直径２００ｍｍ、基板抵抗率１０ΩｃｍのＰ型シリコンウエーハを準備した。次に、予めＣｕで汚染した気相成長装置、予めＦｅで汚染した気相成長装置、汚染していない気相成長装置を準備した。これらの気相成長装置を使って、このシリコンウエーハの上に、１０ΩｃｍのＰ型エピタキシャル層を１０μｍ堆積し、さらに引き続き１０ΩｃｍのＮ型エピタキシャル層を１０μｍ堆積させたモニタウエーハをそれぞれ作製した。

このようにして作製した各モニタウエーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤウエーハライフタイム測定装置を使ってウエーハライフタイム値を測定した。図３に、実施例の各モニタウエーハのウエーハライフタイム値の面内平均値を示す。図３から明らかなように、予めＣｕ汚染とＦｅ汚染をした気相成長装置で作製したモニタウエーハのウエーハライフタイム値は、汚染がなかった気相成長装置で作製したモニタウエーハのウエーハライフタイム値に比べ大きく下がっており、ＣｕとＦｅの汚染の有無を高感度に検出することができた。

〔比較例１〕
次に、直径２００ｍｍ、基板抵抗率１０ΩｃｍのＰ型シリコンウエーハを準備した。実施例と同じく、予めＣｕで汚染した気相成長装置、予めＦｅで汚染した気相成長装置、汚染していない気相成長装置を用いて、このＰ型シリコンウエーハの上に１０ΩｃｍのＰ型エピタキシャル層を１０μｍ堆積してモニタウエーハをそれぞれ作製した。

このようにして作製した各モニタウエーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤウエーハライフタイム測定装置を使ってウエーハライフタイム値を測定した。図３に、比較例１における各モニタウエーハのウエーハライフタイム値の面内平均値を示す。

Ｐ型シリコンウエーハの上にＰ型エピタキシャル層を堆積した比較例１のＰ／Ｐモニタウエーハの場合、Ｆｅ汚染した気相成長装置で作製したモニタウエーハのウエーハライフタイム値は汚染がなかった気相成長装置に比べ大きく値が下がっているが、Ｃｕ汚染した気相成長装置で作製した場合には汚染がなかった気相成長装置のものと値はほとんど変わっていない。

〔比較例２〕
直径２００ｍｍ、基板抵抗率１０ΩｃｍのＮ型シリコンウエーハを準備した。実施例と同じく、予めＣｕで汚染した気相成長装置、予めＦｅで汚染した気相成長装置、汚染していない気相成長装置を用いて、このＮ型シリコンウエーハの上に１０ΩｃｍのＮ型エピタキシャル層を１０μｍ堆積してモニタウエーハをそれぞれ作製した。

このようにして作製した各モニタウエーハについて、ケミカルパッシベーションによる表面処理を行い、μＰＣＤウエーハライフタイム測定装置を使ってウエーハライフタイム値を測定した。図３に、比較例２における各モニタウエーハのウエーハライフタイム値の面内平均値を示す。

Ｎ型シリコンウエーハの上にＮ型エピタキシャル層を堆積した比較例２のＮ／Ｎモニタウエーハの場合、Ｃｕ汚染した気相成長装置で作製したモニタウエーハのウエーハライフタイム値は汚染がなかった気相成長装置に比べ大きく値が下がっているが、Ｆｅ汚染した気相成長装置で作製した場合には汚染がなかった気相成長装置のものと値はほとんど変わっていない。

このように、比較例１〜２のようにＮ／ＮモニタウエーハやＰ／ＰモニタウエーハのときはＣｕ、Ｆｅいずれか片方の汚染の検出ができるが、もう片方の不純物の検出能力は低く気相成長装置の清浄度評価に問題があることが確認された。これに比べ、実施例のようにＮ／Ｐ／ＰモニタウエーハのときはＣｕ、Ｆｅの両方を高感度に検出でき、気相成長装置内の汚染不純物の種類によってモニタウエーハの導電型を使い分ける必要なく、高感度で正確に清浄度を評価することができることが示された。また、実施例では一枚のモニタウエーハでＣｕ、Ｆｅの両方を高感度に検出できるため評価コストを削減できることも示された。

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。

１…第１エピタキシャル層、 ２…第２エピタキシャル層、 ３…シリコンウエーハ、 ４…モニタウエーハ

Claims (4)

1. 気相成長装置の清浄度を評価する方法であって、
   前記気相成長装置を用いて、シリコンウエーハ上に導電型がＰ型のエピタキシャル層とＮ型のエピタキシャル層を順不同で連続して成長させたモニタウエーハを製造して、該モニタウエーハのライフタイム値を測定し、
   前記モニタウエーハのライフタイム値から前記気相成長装置の清浄度を評価することを特徴とする気相成長装置の清浄度評価方法。
2. 前記モニタウエーハのライフタイム値の測定は、μＰＣＤ法で行うことを特徴とする請求項１に記載の気相成長装置の清浄度評価方法。
3. 前記気相成長装置の清浄度の評価において、Ｃｕの汚染度とＦｅの汚染度を同時に評価することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の気相成長装置の清浄度評価方法。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気相成長装置の清浄度評価方法により評価した気相成長装置を用いてエピタキシャルウエーハを製造することを特徴とするエピタキシャルウエーハの製造方法。
   
   

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