JP2016178122A - 半導体基板の評価方法及び半導体基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]半導体基板の品質をフォトルミネッセンス測定より評価する半導体基板の評価方法であって、
前記フォトルミネッセンス測定による評価は、評価対象半導体基板の表面に前処理を施した後に励起光を照射し、該励起光が照射された表面から得られる発光を検出することを含み、且つ、
前記前処理は、前記励起光が照射される評価対象半導体基板の表面に酸化膜形成処理を施すこと及び形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させることを含む、前記半導体基板の評価方法。
[2]前記半導体基板は、p型半導体基板である[1]に記載の半導体基板の評価方法。
[3]前記半導体基板は、n型半導体基板である[1]に記載の半導体基板の評価方法。
[4]前記コロナ放電により、前記酸化膜の表面をプラスに帯電させる[1]〜[3]のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
[5]前記評価される品質は、半導体基板の金属汚染である[1]〜[4]のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
[6]前記酸化膜形成処理を、乾式酸化により行う[1]〜[5]のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
[7]前記酸化膜形成処理を、熱酸化により行う[6]に記載の半導体基板の評価方法。
[8]前記半導体基板は、シリコン基板である[1]〜[7]のいずれかに記載の半導体基板の評価方法。
[9]複数の半導体基板を含む半導体基板のロットを準備すること、
前記ロットから少なくとも1つの半導体基板を抽出すること、
前記抽出された半導体基板を評価すること、及び、
前記評価により良品と判定された半導体基板と同一ロットに含まれていた少なくとも1つの半導体基板を製品基板として出荷すること、
を含み、且つ
前記抽出された半導体基板の評価を、[1]〜[8]のいずれかに記載の方法によって行う、半導体基板の製造方法。
本発明の一態様は、半導体基板の品質をフォトルミネッセンス測定により評価する半導体基板の評価方法に関する。本発明の半導体基板の評価方法において、前記フォトルミネッセンス測定による評価は、評価対象半導体基板の表面に前処理を施した後に励起光を照射し、該励起光が照射された表面から得られる発光を検出することを含み、且つ、前記前処理は、前記励起光が照射される評価対象半導体基板の表面に酸化膜形成処理を施すこと及び形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させることを含む。
以下、本発明の半導体基板の評価方法(以下、単に「評価方法」とも記載する。)について、更に詳細に説明する。
評価対象半導体基板は、例えばシリコン基板(シリコンウェーハ)である。ただし、評価対象基板はシリコン基板に限定されるものではなく、例えば化合物半導体基板にも、本発明の評価方法は適用可能である。
詳細を後述するように、PL測定による評価では、評価対象半導体基板のいずれか一方の表面(以下、「被照射表面」ともいう。)に励起光を照射し、この励起光が照射された表面から得られる発光を検出する。本発明の評価方法では、かかる励起光照射前に、前処理として、被照射表面に酸化膜形成処理を施し、その後、形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させる。これにより表面再結合を抑制できることがPL強度を高めることに寄与し、且つ上記前処理後の表面は経時変化が少ないことが評価結果の時間の経過に伴うばらつきを低減することに寄与すると、本発明者らは推察している。
以下、上記の酸化膜形成及びコロナ放電について更に詳細に説明する。
酸化膜形成では、評価対象半導体基板の少なくとも被照射表面に酸化膜を形成すればよく、被照射表面以外の部分に酸化膜が形成されてもよい。酸化膜形成は、乾式酸化(ドライ酸化)、湿式酸化(ウェット酸化)のいずれによって行ってもよい。測定精度の更なる向上の観点からは、形成される酸化膜の均質性や膜厚の面内均一性は高いことが好ましい。この点からは、湿式酸化に比べて乾式酸化が有利である。
本発明の評価方法では、上記酸化膜形成処理により形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させる。コロナ放電は、市販のコロナ処理装置を用いる等の従来公知のコロナ放電処理法によって行うことができる。コロナ放電により酸化膜表面を帯電させることにより表面再結合が抑制されることが、PL強度を高めることに寄与すると本発明者らは推察している。
以下は本発明者らによる推察であって本発明を何ら限定するものではないが、本発明者らは、コロナ放電により酸化膜表面を帯電させることにより、半導体基板表面のエネルギーバンドを曲げることができることが、表面再結合を抑制しPL強度を高めること及び測定結果の時間の経過に伴うばらつきをより低減することに寄与していると考えている。詳しくは、プラスに帯電させることにより表面のバンドは負方向に曲がり、表面のエネルギー準位が電子によって埋められることが、再結合を抑制するように作用すると本発明者らは考えている。また、マイナスに帯電させることにより表面のバンドは正方向に曲がり、電子が表面に近づくことを阻害することが、再結合を抑制するように作用すると本発明者らは考えている。以上の表面バンドモデルによれば、表面のエネルギー準位を電子によって埋めることにより表面再結合を抑制する方が(プラスに帯電させる方が)、表面のバンドを曲げることで電子が表面に近づくことを阻害するよりも(マイナスに帯電させるよりも)、表面再結合をより効果的に抑制することができると考えられる。ただし上記の通り、以上は本発明者らによる推察であり、また本発明における酸化膜表面の帯電は、上記の通りプラスであってもマイナスであってもよい。
本発明の評価方法では、以上の酸化膜形成処理及びコロナ放電を行った後に、PL測定が行われる。PL測定は、公知の方法で行うことができ、特に限定されるものではない。操作の簡便性の観点からは、温度制御が不要な室温フォトルミネッセンス測定(室温PL測定)により行うことが好ましい。シリコン基板を例にとると、室温PL法では、試料基板表面から入射させた、シリコンのバンドギャップよりエネルギーの大きな励起光により表面近傍で発生させた電子正孔対(すなわちキャリア)が、基板内部に拡散しながら発光して消滅していく。この発光は、バンド端発光と呼ばれ、室温(例えば20〜30℃)での波長が約1.15μmの発光強度を示す。通常、フォトルミネッセンス測定では、励起光として可視光が使用されるため、PL強度としては、波長950nm以上の光強度を測定すれば励起光から分離することができるため高感度な測定が可能となる。この点からは、PL強度としてバンド端発光強度を測定することが好ましい。ここで、不純物や欠陥の存在や存在量によって、PL強度の高低の違いが生じるため、例えば評価対象半導体基板の被照射表面の一部で測定されるPL強度や面内各部で測定されるPL強度の平均値等により、不純物汚染の有無や程度、欠陥の存在の有無や存在量を、評価することができる。また、面内各部でのPL強度の高低の違いによって、不純物や欠陥の面内分布を評価することもできる。
本発明の評価方法において評価対象となる品質は、半導体基板に含まれることでPL強度の変化をもたらす各種結晶欠陥の有無や程度、存在量であることができる。例えば、金属、ドーパント等の不純物による汚染の有無や程度;点欠陥、線欠陥、面欠陥等の構造欠陥の有無や存在量;酸素析出物、微小空洞等の微小欠陥の有無や存在量;等の各種結晶欠陥の有無や存在量を、評価対象とすることができる。これらの結晶欠陥は、評価対象半導体基板の表面、表層部、又はバルクに存在し得る。ここで表層部とは、半導体基板の表面から深さ1μm程度の領域をいい、バルクとは半導体基板の表面から深さ1μm超より更に深い領域又は半導体基板全体をいうものとする。本発明の評価方法によれば、表面、表層部、又はバルクの各種結晶欠陥の有無や程度、存在量を評価することができる。
本発明の更なる態様は、
複数の半導体基板を含む半導体基板のロットを準備すること、
前記ロットから少なくとも1つの半導体基板を抽出すること、
前記抽出された半導体基板を評価すること、及び、
前記評価により良品と判定された半導体基板と同一ロットに含まれていた少なくとも1つの半導体基板を製品基板として出荷すること、
を含み、且つ
前記抽出された半導体基板の評価を、本発明の半導体基板の評価方法によって行う、半導体基板の製造方法、
に関する。
(1)評価対象半導体基板の準備
直径200mmのp型、n型のシリコンウェーハ(抵抗:10Ω・cm)を、各導電型についてそれぞれ8枚用意した。
(2)PL測定用試料の準備
以下、p型シリコンウェーハ8枚を、試料p−1、p−2、p−3、p−4、p−5、p−6、p−7、p−8と呼ぶ。n型シリコンウェーハ8枚も同様に、試料n−1〜n−8とする。
試料p−1、n−1は、前処理なしでPL測定を行った。他の試料は、それぞれ下記表1に示す前処理を施した後に、PL測定を行った。
表1に示す「酸化膜形成」は、熱酸化炉内で熱酸化処理である(酸素100%雰囲気、炉内雰囲気温度1100℃、処理時間10分間、形成された酸化膜の厚さは約40nm)。
表1に示す「コロナ(+)」は、被処理表面をプラスに帯電させるコロナ放電処理(プラスのコロナ放電処理)である。
表1に示す「コロナ(−)」は、被処理表面をマイナスに帯電させるコロナ放電処理(マイナスのコロナ放電処理)である。
表1に示す「HF」とは、試料を5質量%フッ化水素酸水溶液に10分間浸漬した後に10分間純粋でリンスする処理(HF処理)である。
また、表1中、「→」とは、→の左側に記載の処理の後、右側に記載の処理を施したことを意味する。
(3)PL測定
上記各試料の表面(前処理を施した試料については前処理が施された表面)において上記マップ測定を5回繰り返し、各回の面内平均値を当該回のPL強度とした。こうして求められた各回のPL強度、及び5回のPL強度の平均値、変動係数CV(Coefficient of variation;(標準偏差/平均値)×100)を求めた。結果を表1に示す。
また、表1に示す結果から、p型シリコンウェーハ、n型シリコンウェーハとも、コロナ放電により酸化膜表面をプラスに帯電させた場合、マイナスに帯電させた場合と比べてPL強度が高まり、且つ測定結果の時間の経過に伴うばらつき(経時的な変化)が低減されることも確認された。
表面を既知濃度のタングステンWで汚染した直径200mmのn型シリコンウェーハを、各汚染水準についてそれぞれ2枚準備した。
各汚染水準のシリコンウェーハについて、PL測定の前処理として、1枚のシリコンウェーハには上述の「酸化膜形成→コロナ(+)」を施し、他の1枚には上述のHF処理を施した後、上述の方法によりPL強度を求めた。
既知の金属汚染濃度(タングステン濃度)を横軸に取り、縦軸にPL強度を取ったグラフが、図2に示すグラフである。図2に示すグラフを最小二乗法によりフィッティングしたところ、図2に示す直線が得られた。相関係数の二乗R2が1に近いほど、タングステン量と求められたPL強度との間に強い相関があることを意味する。
図2に示すように、PL測定の前処理として酸化膜形成及びコロナ放電処理を行った結果、HF処理を行った場合と比べて、いずれの汚染水準でもPL強度は高く、且つ相関係数R2は1に近かった。
以上の結果から、本発明の評価方法により金属汚染の高感度測定が可能であることが確認できる。また、表1に示すように、本発明の評価方法によれば、測定結果の時間の経過に伴うばらつき(経時的な変化)が少なく、高精度での評価も可能である。
Claims (9)
- 半導体基板の品質をフォトルミネッセンス測定により評価する半導体基板の評価方法であって、
前記フォトルミネッセンス測定による評価は、評価対象半導体基板の表面に前処理を施した後に励起光を照射し、該励起光が照射された表面から得られる発光を検出することを含み、且つ、
前記前処理は、前記励起光が照射される評価対象半導体基板の表面に酸化膜形成処理を施すこと及び形成された酸化膜の表面をコロナ放電により帯電させることを含む、前記半導体基板の評価方法。 - 前記半導体基板は、p型半導体基板である請求項1に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記半導体基板は、n型半導体基板である請求項1に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記コロナ放電により、前記酸化膜の表面をプラスに帯電させる請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記評価される品質は、半導体基板の金属汚染である請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記酸化膜形成処理を、乾式酸化により行う請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記酸化膜形成処理を、熱酸化により行う請求項6に記載の半導体基板の評価方法。
- 前記半導体基板は、シリコン基板である請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体基板の評価方法。
- 複数の半導体基板を含む半導体基板のロットを準備すること、
前記ロットから少なくとも1つの半導体基板を抽出すること、
前記抽出された半導体基板を評価すること、及び、
前記評価により良品と判定された半導体基板と同一ロットに含まれていた少なくとも1つの半導体基板を製品基板として出荷すること、
を含み、且つ
前記抽出された半導体基板の評価を、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法によって行う、半導体基板の製造方法。
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