JP2013161821A - 金属汚染評価用シリコン基板の選別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を高感度で評価することができる金属汚染評価用シリコン基板の選別方法を提供する。
【解決手段】 金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を準備する工程と、該シリコン基板を熱処理する工程と、該シリコン基板に対して表面パシベーション処理を行う工程と、該シリコン基板の再結合ライフタイムをマイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、該測定値が所定の基準値以上である場合に合格と判定する工程と、前記合格と判定されたシリコン基板を作製したものと同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を前記金属汚染評価用シリコン基板として選別する工程とを含む金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を評価する際に用いる金属汚染評価用シリコン基板の選別方法に関する。

半導体シリコン基板（ウェーハ）の製造プロセスや半導体デバイスの製造プロセスにおいて、ウェーハが金属不純物などで汚染されると製品の性能に悪影響が生じるので、金属汚染の低減は極めて重要な課題である。

シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセス中の金属汚染を評価する方法として、マイクロ波光導電減衰法（μ―ＰＣＤ法）による再結合ライフタイムの測定が広く用いられている。このμ―ＰＣＤ法では、まずシリコン単結晶のバンドギャップよりも大きなエネルギーの光パルスを照射し、ウェーハ中に過剰キャリアを発生させる。発生した過剰キャリアによりウェーハの導電率が増加するが、その後、時間経過に伴い過剰キャリアが再結合によって消滅することで導電率が減少する。この変化を反射マイクロ波パワーの時間変化として検出し、解析することにより再結合ライフタイムを求めることができる。再結合ライフタイムは、禁制帯中に再結合中心となる準位を形成する金属不純物や欠陥などが存在すると短くなる。このことから、再結合ライフタイムの測定により、ウェーハ中の金属不純物や結晶欠陥などを評価することができる（例えば、非特許文献１）。

評価対象の試料がウェーハ形状の場合、光パルスによって発生した過剰キャリアは、ウェーハ内部で再結合して消滅するだけではなく、ウェーハ表面及び裏面に拡散し、表面再結合により消滅する。従って、ウェーハ内部の金属汚染を評価するためには、表面及び裏面での表面再結合を抑制する必要がある。表面再結合を抑制する方法として、熱酸化処理（酸化膜パシベーション）や電解溶液処理（ケミカルパシベーション処理、ＣＰ処理と略称されることがある）が一般的に用いられている。酸化膜パシベーションでは、酸化膜を形成するための熱処理工程において、金属汚染や結晶欠陥を発生させないように注意する必要がある。そのため、酸化炉以外の熱処理炉、例えばエピタキシャルウェーハを製造するためのエピタキシャル成長炉の金属汚染を評価する場合は、ケミカルパシベーション処理が用いられる。

ケミカルパシベーション処理用の溶液としては、ヨウ素アルコール溶液（例えば、非特許文献２）とキンヒドロンアルコール溶液（例えば、特許文献１）が知られている。キンヒドロンアルコール溶液の場合は、表面パシベーション効果が安定するまでに時間がかかる（例えば、非特許文献３）。そのため、金属汚染の評価結果をできるだけ早く得たい場合には、ヨウ素アルコール溶液が用いられる。

特開２００２−３２９６９２号公報

ＪＥＩＤＡ−５３−１９９７"シリコンウェーハの反射マイクロ波光導電減衰法による再結合ライフタイム測定方法" Ｔ． Ｓ． Ｈｏｒａｎｙｉ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌ． Ｓｕｒｆ． Ｓｃｉ． ６３（１９９３）３０６． Ｈ． ｔａｋａｔｏ ｅｔ ａｌ．， Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ４１（２００２）Ｌ８７０．

半導体デバイスの高性能化に伴い、微量な金属汚染でもデバイス性能に悪影響を及ぼすようになり、金属汚染を低減することが極めて重要な課題となっている。特に、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＩＳ（ＣＭＯＳイメージセンサ）などの撮像素子においては、受光感度や解像度の向上に伴い、微弱な白キズや暗電流などが問題となり、極微量の金属汚染が悪影響を及ぼすことが懸念されている。そのため、撮像素子用基板として広く用いられているエピタキシャルウェーハでは、デバイス製造プロセスにおける金属汚染のみならず、エピタキシャルウェーハを製造するプロセスにおける金属汚染も低減することが強く望まれている。

シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける金属汚染を低減するためには、極微量な金属汚染を高感度、かつ高精度で評価する方法が必要である。

前述したように、金属汚染を評価する方法として、μ―ＰＣＤ法による再結合ライフタイム測定が広く用いられている。この方法により金属汚染を高感度で評価するためには、金属汚染前の段階での再結合ライフタイムの初期値が高いシリコン基板を、金属汚染評価用シリコン基板として用いることが望ましい。

従来は、金属汚染評価用シリコン基板を準備する方法として、例えば、ｎ型又はｐ型で抵抗率が１Ω・ｃｍ以上というように、シリコン基板の抵抗率を限定していた（非特許文献１）。さらに、再結合ライフタイムにより金属汚染を高感度かつ高い信頼性をもって評価するために、１００〜１００００Ω・ｃｍの範囲の抵抗率を有するシリコンウェーハを用いることが開示されている（特開２０１０−０４０７９３号公報）。

しかし、シリコン基板の再結合ライフタイムの初期値は、抵抗率のみで決まるわけではなく、結晶育成中に形成されたＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥（結晶成長導入欠陥）がキャリアの再結合中心となることにより、低下する場合がある（以下、結晶育成中に形成された再結合中心をＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心と称する場合がある）。そのため、シリコン基板の抵抗率範囲を限定するだけでは、再結合ライフタイムの初期値が高いシリコン基板を作製できるとは限らないという問題があった。そのため、金属汚染評価用シリコン基板を選別する一つの方法として、再結合ライフタイムの初期値を実測し、その実測値が高いシリコン基板を金属汚染評価用シリコン基板として用いる方法が考えられる。

一方、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心は、熱的に不安定なため、金属汚染を評価する対象の熱処理工程で消滅する場合がある。そのため、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心により再結合ライフタイムの初期値が低い基板でも、金属汚染評価用シリコン基板として使える可能性があるが、初期値を実測した結果からでは、金属汚染評価用シリコン基板として相応しくないシリコン基板として判断してしまうという問題があった。もちろん、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の密度が極めて低いシリコン結晶を製造すれば問題はないが、そのようなシリコン結晶を製造するには、製造条件が極めて限定的になり、生産性が低くなってコスト高となるという問題が生じる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、シリコン基板製造プロセス又はデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を高感度で評価することができる金属汚染評価用シリコン基板の選別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、再結合ライフタイムの測定値を用いて熱処理炉の金属汚染を評価する際に用いる金属汚染評価用シリコン基板を選別する方法であって、前記金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を、シリコン単結晶インゴットから作製して準備する工程と、前記候補となるシリコン基板を熱処理する工程と、前記候補となるシリコン基板の表面に対して表面パシベーション処理を行う工程と、前記熱処理及び表面パシベーション処理を行った後のシリコン基板の再結合ライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、前記測定により得られた測定値が所定の基準値以上である場合に、前記測定を行ったシリコン基板が金属汚染評価用シリコン基板として合格であると判定する工程と、前記判定により合格と判定されたシリコン基板を作製した前記シリコン単結晶インゴットと同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を前記金属汚染評価用シリコン基板として選別する工程とを含むことを特徴とする金属汚染評価用シリコン基板の選別方法を提供する。

このような金属汚染評価用シリコン基板の選別方法により、熱的に不安定なＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の影響を除去した再結合ライフタイム測定値に基づいて金属汚染評価用シリコン基板を選別できる。

この場合、前記候補となるシリコン基板を準備する工程は、前記シリコン単結晶インゴットから前記シリコン基板を切断する段階と、該シリコン基板の表面及び裏面の前記切断によるダメージ層を除去する段階とを含むことが好ましい。

このような各段階によって表面及び裏面の切断によるダメージを除去したシリコン基板であれば、表面再結合が抑制された状態での再結合ライフタイムを測定することができる。

また、前記熱処理を、熱処理温度を１０００℃以上１２００℃以下とし、熱処理時間を１分以上６０分以下の範囲として行うことが好ましい。

このような熱処理条件とした熱処理を施すことにより、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心を効果的に消滅させることができる。

また、前記表面パシベーション処理を、ケミカルパシベーション処理により、又は、前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成することにより行うことができる。

ケミカルパシベーション処理はパシベーション効果が高いので、表面パシベーション処理をケミカルパシベーション処理で行うことにより、表面再結合の影響をより効果的に抑制できるので好ましい。また、表面パシベーション処理をシリコン基板の表面に酸化膜を形成することにより行うこともできる。前記熱処理によりシリコン基板の表面に酸化膜が形成されている場合は、その酸化膜を表面パシベーション用の酸化膜としても利用できる。

また、表面パシベーション処理をケミカルパシベーション処理で行う場合は、前記ケミカルパシベーション処理を、ヨウ素アルコール溶液を用いて行うことが好ましい。

このようなケミカルパシベーション処理であれば、パシベーション効果が高く、処理後早く安定するので、再結合ライフタイムを迅速に測定することができる。

また、前記基準値を、３ｍｓｅｃ以上とすることが好ましい。

このような基準値とすることにより、金属汚染前の段階における金属汚染評価用シリコン基板の再結合ライフタイムの値が３ｍｓｅｃ以上となるので、金属汚染による再結合ライフタイムの劣化が大きくなり、金属汚染を高感度で評価できる。

本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法により、熱的に不安定なＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の影響を除去した再結合ライフタイム測定値に基づいて金属汚染評価用シリコン基板を選別できる。その結果、シリコン基板製造プロセスやデバイス製造プロセスにおける熱処理炉の金属汚染を高感度に評価することができる金属汚染評価用シリコン基板を選別することができる。

本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法の概略を示したフローチャートである。 実験例における熱処理温度と再結合ライフタイムとの関係を示したグラフである。 実験例における熱処理時間と再結合ライフタイムとの関係を示したグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して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。

図１に、本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法の概略を示した。

まず、図１（ａ）に示したように、金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を、シリコン単結晶インゴットから作製して準備する（工程ａ）。この候補となるシリコン基板を準備する工程は、シリコン単結晶インゴットからシリコン基板を切断する段階と、シリコン基板の表面及び裏面の切断によるダメージ層を除去する段階とによることが好ましい。このダメージ層を除去する方法は特に限定されないが、例えば、化学的エッチングにより、表層を約５０μｍ以上除去することにより、ダメージ層の除去を行うことができる。シリコン基板表面の平坦性を高めるために、シリコン基板を切断後、化学エッチングの前に、平面研削を行うこともできる。また、通常のシリコン基板の製品の製造工程に用いられるような、化学的機械的鏡面研磨を含む加工工程にすることもできる。いずれにしても重要なことは、切断によるダメージ層を除去することである。ここで準備するシリコン基板の直径は、金属汚染を評価する熱処理炉で処理されるウェーハの直径と同じにすることが好ましく、例えば６〜１２インチ（１５０〜３００ｍｍ）とすることができる。このシリコン基板の厚みは、例えば０．５〜２ｍｍとすることができる。

本発明において、シリコン基板を切断する前のシリコン単結晶インゴットを準備する方法は特に限定されない。例えば、チョクラルスキー法（ＣＺ法）やフローティングゾーン法（ＦＺ法）により作製することができる。なお、本発明における「シリコン単結晶インゴット」とは、シリコン単結晶からなるインゴット状の単結晶棒のことを指し、このインゴットからウェーハ形状のシリコン基板を切り出して作製できるものであればよい。例えば、本発明における「シリコン単結晶インゴット」は、ＣＺ法やＦＺ法により作製したシリコン単結晶インゴットを分割した状態の単結晶棒（しばしばシリコン単結晶ブロックと呼ばれるもの）を含む概念である。

以上のように金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を準備した後、図１（ｂ）に示したように、候補となるシリコン基板を熱処理する（工程ｂ）。この熱処理において用いる熱処理炉は、半導体基板を熱処理することができる種々の熱処理炉を用いることができ、エピタキシャル成長炉を用いることもできる。

この熱処理においては、熱処理温度は１０００℃以上１２００℃以下とし、熱処理時間は１分以上６０分以下の範囲とすることが好ましい。また、この熱処理は酸化性雰囲気下で行うことがより好ましい。このような熱処理条件が好ましいことは、後述する実験例により得られた知見に基づくものである。

熱処理温度が１０００℃以上であれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心を効果的に消滅させることができる。熱処理温度が１２００℃以下であれば、その熱処理により新たに金属汚染や格子欠陥が導入されることによる再結合ライフタイムの低下を抑制することができる。熱処理時間が１分以上であれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心を効果的に消滅させることができる。熱処理時間が長くても問題ないが、長すぎると効率的ではなくなるため、６０分以下とすることが好ましい。

熱処理雰囲気を酸化性雰囲気とした場合は、シリコン基板の表面に酸化膜が形成される。酸化膜が形成されることにより、シリコン基板内に格子間シリコンが注入され、空孔起因のＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心を効果的に消滅させることができる。また、酸化膜が形成されることにより、その熱処理における金属汚染を抑制でき、さらには、その酸化膜をパシベーション用の酸化膜として使用することができるので、後述のように、独立したケミカルパシベーション処理を行うことなく、再結合ライフタイムを測定できる。

次に、図１（ｃ）に示したように、候補となるシリコン基板の表面に対して表面パシベーション処理を行う（工程ｃ）。この表面パシベーション処理は、ケミカルパシベーション処理により行うことが好ましいが、シリコン基板の表面に酸化膜を形成すること（酸化膜パシベーション）により行うこともできる。酸化膜パシベーションにより表面パシベーションを行う場合には、熱処理工程（工程ｂ）と表面パシベーション処理工程（工程ｃ）を同時に行うこともできる。

ケミカルパシベーションは、酸化膜パシベーションよりもパシベーション効果が高く、表面再結合の影響をより効果的に抑制できるので、この表面パシベーション処理工程（工程ｃ）においてケミカルパシベーション処理を採用することにより、再結合ライフタイムをより厳密に評価できる。また、熱処理工程（工程ｂ）がエピタキシャル成長炉による熱処理の場合など、酸化膜が形成されない熱処理の場合には、後から酸化膜を形成する酸化膜パシベーションよりもケミカルパシベーションの方が容易である。

ケミカルパシベーション処理は、ヨウ素アルコール溶液を用いて行うことが好ましい。このように、ヨウ素アルコール溶液を用いたケミカルパシベーション処理であれば、パシベーション効果が高く、処理後早く安定するので、再結合ライフタイムを迅速に測定することができる。

熱処理工程（工程ｂ）で酸化膜を形成する場合は、その酸化膜をパシベーション用の酸化膜として、ケミカルパシベーション処理を行うことなく、再結合ライフタイムを測定できる。但し、酸化膜パシベーションはケミカルパシベーション処理よりもパシベーション効果が低いので、再結合ライフタイムを厳密に評価したい場合には、熱処理工程（工程ｂ）で形成された酸化膜を除去した後、ケミカルパシベーション処理を行うことが好ましい。

次に、図１（ｄ）に示したように、熱処理及び表面パシベーション処理を行った後のシリコン基板の再結合ライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法（μ―ＰＣＤ法）により測定する（工程ｄ）。μ―ＰＣＤ法における測定条件は、一般的に用いられている条件で良く、例えば非特許文献１に記載された条件により測定することができる。測定装置は市販されているものを用いることができる。なお、表面パシベーション処理をケミカルパシベーション処理で行う際に、シリコン基板の表面に自然酸化膜が形成されている場合は、ケミカルパシベーション処理の前にフッ酸水溶液により自然酸化膜を除去する。熱処理工程（工程ｂ）で用いた熱処理炉がエピタキシャル成長炉の場合は、エピタキシャル成長後のシリコン基板の再結合ライフタイムを測定することができる。

次に、図1（ｅ）に示したように、工程ｄの測定により得られた測定値が所定の基準値以上である場合に、測定を行ったシリコン基板が金属汚染評価用シリコン基板として合格であると判定する（工程ｅ）。再結合ライフタイムの測定値が基準値以上である場合は、金属汚染評価用シリコン基板として合格とする。この基準値を例えば３ｍｓｅｃとすることにより、近年の高性能デバイスの性能に悪影響を及ぼす極微量の金属汚染を高感度で評価するための金属汚染評価用シリコン基板を選別することができる。このように基準値を３ｍｓｅｃとした場合、金属汚染前の段階における金属汚染評価用シリコン基板の再結合ライフタイムの値は３ｍｓｅｃ以上となり、金属汚染による再結合ライフタイムの劣化を大きくすることができる。

次に、図1（ｆ）に示したように、工程ｅの判定により合格と判定されたシリコン基板を作製したシリコン単結晶インゴットと同一のシリコン単結晶インゴット（同一の結晶ロット）から作製したシリコン基板を金属汚染評価用シリコン基板として選別する（工程ｆ）。合格と判定されたシリコン基板を作製したものと同一のシリコン単結晶インゴットからシリコン基板を作製するのは、工程ａ〜ｅを終えてからでもよいが、工程ａのシリコン単結晶インゴットから金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を作製する際に、同時に複数のシリコン基板を作製しておいてもよい。

このようにして、本発明に係る金属汚染評価用シリコン基板の選別方法によって選別された金属汚染評価用シリコン基板は、近年の高性能デバイスの性能に悪影響を及ぼす極微量の金属汚染を高感度で評価するための金属汚染評価用シリコン基板として好適である。

次に、本発明において、熱処理温度は１０００℃以上１２００℃以下とし、熱処理時間は１分以上６０分以下の範囲とするのが好ましい理由は、以下のような実験により得られた知見による。

（実験例）
フローティングゾーン法により、導電型がｐ型で、抵抗率が４５００Ω・ｃｍ（結晶a）と導電型がｎ型で、抵抗率が４３Ω・ｃｍ（結晶ｂ）のシリコン単結晶インゴットを育成した。それぞれのシリコン単結晶インゴットの直径は２００ｍｍ、結晶軸方位は＜１００＞である。そして、これらのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、結晶ａの再結合ライフタイムは１０６７μｓｅｃ、結晶ｂの再結合ライフタイムは６１９μｓｅｃであった。

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、熱処理時間を３０分に固定し、熱処理温度を５００℃、６００℃、７００℃、８００℃、９００℃、１０００℃、１１００℃、１２００℃と変えて、酸素雰囲気下の熱処理を施した。また、熱処理温度を１０００℃に固定して、熱処理時間を１０秒、１分、１０分、３０分、６０分と変えて、酸素雰囲気下の熱処理を施した。

次に、熱処理を施したシリコン基板の表面に形成された酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。熱処理条件が１０００℃、３０分の場合については、酸化膜を除去する前にも、熱処理で形成された酸化膜をパシベーション用の酸化膜として再結合ライフタイムを測定した。

熱処理時間を３０分に固定して、熱処理温度を変えた場合の再結合ライフタイムの測定結果を図２（ａ）と（ｂ）に示した。図２（ａ）のグラフは結晶ａに対応し、図２（ｂ）のグラフは結晶ｂに対応する。

図２（ａ）に示したように、結晶ａの場合は、熱処理温度が１０００℃以上になると、再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなることがわかった。この結果は、１０００℃以上の熱処理により、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心が消滅したことを示している。結晶ｂの場合は、図２（ｂ）に示したように、熱処理温度が９００℃以上になると、再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなることがわかった。結晶ｂの方が結晶ａよりも低い温度から再結合ライフタイムが高くなったのは、結晶ｂのＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心の方が熱的に不安定であったためと考えられる。

１０００℃、３０分の熱処理条件で熱処理を施したシリコン基板において、酸化膜を除去する前にライフタイムを測定した結果、結晶ａの場合は６３２０μｓｅｃ、結晶ｂの場合は２３６８μｓｅｃとなった。いずれの場合も、酸化膜をフッ酸水溶液により除去した後にケミカルパシベーション処理を施して測定した再結合ライフタイムの値よりも若干低くなったものの、再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなっていることがわかった。

熱処理温度を１０００℃に固定して、熱処理時間を変えた場合の再結合ライフタイムの測定結果を図３（ａ）と（ｂ）に示した。図３（ａ）のグラフは結晶ａに対応し、図３（ｂ）のグラフは結晶ｂに対応する。

図３に示したように、いずれの結晶の場合も、熱処理時間が１分以上の場合に再結合ライフタイムの値が熱処理前よりも高くなることがわかった。この結果は、熱処理時間が１分以上であれば、Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心を十分に消滅させることができることを示している。

これらの結果から、少なくとも熱処理温度を１０００℃以上とし、熱処理時間を１分以上とすれば、より効果的にＧｒｏｗｎ−ｉｎ再結合中心を消滅させることができ、再結合ライフタイムの値が高くなることがわかった。

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、これらは本発明を限定するものではない。

（実施例１）
フローティングゾーン法により、導電型がｐ型で、抵抗率が４５００Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は２００ｍｍ、結晶軸方位は＜１００＞である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、１３７８μｓｅｃであった。

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、１０００℃で１０分間、酸素雰囲気下の熱処理を施した。その後、熱処理を施したシリコン基板の表面に形成された酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、６７２７μｓｅｃであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を３０００μｓｅｃとし、金属汚染評価用シリコン基板として合格とした。

次に、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、エピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約１０μｍのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、４０２２μｓｅｃであった。

（比較例１）
フローティングゾーン法により、導電型がｎ型で、抵抗率が４３Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は２００ｍｍ、結晶軸方位は＜１００＞である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、９６２μｓｅｃであった。

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、１０００℃で１０分間、酸素雰囲気下の熱処理を施した。その後、熱処理を施したシリコン基板の表面に形成された酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、２７２９μｓｅｃであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を３０００μｓｅｃとし、金属汚染評価用シリコン基板として不合格としたが、金属汚染に対する感度を実施例１と比較するため、次の実験を行った。

エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、実施例１と同一のエピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約１０μｍのエピタキシャル層を成長させた。その後、実施例１と同様に再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、１９１７μｓｅｃであった。

実施例１と比較すると、エピタキシャル成長による再結合ライフタイムの低下度合（熱処理後とエピタキシャル成長後との差）が小さいことがわかる。

（実施例２）
チョクラルスキー法により、導電型がｎ型で、抵抗率が６３Ω・ｃｍ、酸素濃度が１０．７ｐｐｍａのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は２００ｍｍ、結晶軸方位は＜１００＞である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、３８１８μｓｅｃであった。

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、１１３０℃で３分間、水素雰囲気下の熱処理を施した。その後、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、５２７５μｓｅｃであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を３０００μｓｅｃとし、金属汚染評価用シリコン基板として合格とした。

次に、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、エピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約１０μｍのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、４１１２μｓｅｃであった。

（実施例３）
チョクラルスキー法により、導電型がｎ型で、抵抗率が５０Ω・ｃｍ、酸素濃度が５．９ｐｐｍａのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は２００ｍｍ、結晶軸方位は＜１００＞である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、４０４９μｓｅｃであった。

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、１１３０℃で３分間、水素雰囲気下の熱処理を施した。その後、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、４８３４μｓｅｃであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を３０００μｓｅｃとし、金属汚染評価用シリコン基板として合格とした。

次に、エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、実施例２と同一のエピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約１０μｍのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、３８８２μｓｅｃであった。

（比較例２）
チョクラルスキー法により、導電型がｎ型で、抵抗率が５Ω・ｃｍ、酸素濃度が１２．６ｐｐｍａのシリコン単結晶インゴットを育成した。直径は２００ｍｍ、結晶軸方位は＜１００＞である。そして、そのシリコン単結晶インゴットから、標準的なウェーハ加工プロセスにより、鏡面研磨仕上げのシリコン基板を作製した。

次に、作製したシリコン基板において、熱処理前の再結合ライフタイムの値を調べるため、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、２６４１μｓｅｃであった。

次に、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板に対して、１１３０℃で３分間、水素雰囲気下の熱処理を施した。その後、自然酸化膜をフッ酸水溶液により除去し、表面再結合を抑制するためにヨウ素エタノール溶液を用いたケミカルパシベーション処理を施した後、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、２７４８μｓｅｃであった。ここで、熱処理後の再結合ライフタイムの基準値を３０００μｓｅｃとし、金属汚染評価用シリコン基板として不合格としたが、金属汚染に対する感度を実施例２及び実施例３と比較するため、次の実験を行った。

エピタキシャル成長炉の金属汚染を評価するために、同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を、実施例２及び実施例３と同一のエピタキシャル成長炉内に入れて、ノンドープで厚み約１０μｍのエピタキシャル層を成長させた。その後、ヨウ素エタノール溶液を用いてケミカルパシベーション処理を行い、μ―ＰＣＤ法により再結合ライフタイムを測定した。測定は、ウェーハ全面で２ｍｍ間隔のマッピング測定を行った。その結果、再結合ライフタイムの面内平均値は、２２６９μｓｅｃであった。

実施例２及び実施例３と比較すると、エピタキシャル成長による再結合ライフタイムの低下度合（熱処理後とエピタキシャル成長後との差）が小さいことがわかる。

以上の実施例及び比較例の結果から、本発明によれば、熱処理炉の金属汚染を高感度に評価することができる金属汚染評価用シリコン基板を選別できることがわかった。

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。

Claims (6)

1. 再結合ライフタイムの測定値を用いて熱処理炉の金属汚染を評価する際に用いる金属汚染評価用シリコン基板を選別する方法であって、
   前記金属汚染評価用シリコン基板の候補となるシリコン基板を、シリコン単結晶インゴットから作製して準備する工程と、
   前記候補となるシリコン基板を熱処理する工程と、
   前記候補となるシリコン基板の表面に対して表面パシベーション処理を行う工程と、
   前記熱処理及び表面パシベーション処理を行った後のシリコン基板の再結合ライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法により測定する工程と、
   前記測定により得られた測定値が所定の基準値以上である場合に、前記測定を行ったシリコン基板が金属汚染評価用シリコン基板として合格であると判定する工程と、
   前記判定により合格と判定されたシリコン基板を作製した前記シリコン単結晶インゴットと同一のシリコン単結晶インゴットから作製したシリコン基板を前記金属汚染評価用シリコン基板として選別する工程と
   を含むことを特徴とする金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
2. 前記候補となるシリコン基板を準備する工程は、
   前記シリコン単結晶インゴットから前記シリコン基板を切断する段階と、
   該シリコン基板の表面及び裏面の前記切断によるダメージ層を除去する段階と
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
3. 前記熱処理を、熱処理温度を１０００℃以上１２００℃以下とし、熱処理時間を１分以上６０分以下の範囲として行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
4. 前記表面パシベーション処理を、ケミカルパシベーション処理により、又は、前記シリコン基板の表面に酸化膜を形成することにより行う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金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
5. 前記ケミカルパシベーション処理を、ヨウ素アルコール溶液を用いて行うことを特徴とする請求項４に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。
6. 前記基準値を、３ｍｓｅｃ以上とすることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の金属汚染評価用シリコン基板の選別方法。

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