JP2017183471A - 点欠陥領域の評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間かつ低コストで精度良くＮ領域の中からＮｖ領域とＮｉ領域とを区分することが可能なシリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法であって、シリコンウェーハを、８００〜１１００℃で３０〜９０分のパイロジェニック酸化条件で熱酸化処理することで、シリコンウェーハのバルク中に格子間シリコンを導入する工程と、熱酸化処理工程によりシリコンウェーハに成膜された熱酸化膜を、ＨＦエッチング処理により除去する工程と、熱酸化膜除去工程後、シリコンウェーハにおいて少数キャリア拡散長を測定する工程と、測定工程で測定された少数キャリア拡散長に基づき点欠陥領域を評価する工程と、を有することを特徴とする点欠陥領域の評価方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法に関する。

チョクラルスキー法（ＣＺ法）等にて引き上げられたシリコン単結晶では、結晶製造工程において点欠陥（空孔、格子間シリコン）が導入され、これらが凝集してグローイン欠陥を形成する領域（Ｖ領域、Ｉ領域）と、点欠陥が凝集していない完全結晶領域（Ｎ領域）等が存在する。また、Ｎ領域の中にも、点欠陥の凝集は起こっていないものの、空孔が優勢なＮｖ領域と、格子間シリコンが優勢なＮｉ領域とが存在する。

グローイン欠陥はデバイスの特性を損なう可能性が有るため、ウェーハ製造工程やウェーハ出荷直前などに検査を行い、グローイン欠陥の発生領域を含むウェーハをデバイス形成工程に投入しないようにすることが望ましい。

また、Ｎ領域においても、酸素析出等の挙動に違いが生じ、ゲッタリング効果等のデバイスの特性を損なう場合がある。よって、グローイン欠陥の発生が無いＮ領域の中でもその点欠陥の分布を予め把握しておくことが望ましく、特には、Ｎｖ領域とＮｉ領域の境界を特定しておくことが望ましい。

このように、シリコン単結晶インゴットにおいて、Ｖ領域、Ｉ領域、Ｎ領域の区分を行うことが単結晶の品質レベルを評価するうえで重要であり、同時に、Ｎ領域の中のＮｖ領域とＮｉ領域の区分を行うことも重要となる。

近年では、特に、Ｎ領域の中のＮｖ領域とＮｉ領域の区分を正確に行うことができる点欠陥領域の評価方法が求められている。

特開２００４−８７５９１号公報 特表２０１４−５２３１３９号公報

従来技術では、例えば、特許文献１のように、遷移金属の故意汚染工程や３段階の熱処理工程を経た後に、少数キャリア拡散長を測定し、該測定値によりウェーハのＮｉ領域とＮｖ領域を検査区分する方法が用いられている。しかし、この方法では遷移金属の故意汚染工程や３段に及ぶ熱処理工程を経たのちに測定を行うため、結果判定が出るまでに時間を要するうえに、多くのコストが必要となる。さらには、遷移金属でウェーハを過剰に汚染した場合に、Ｎｉ領域とＮｖ領域以外の領域でも過飽和に導入された遷移金属独自の析出物が現れ、測定の精度を下げてしまう可能性が高くなる。よって遷移金属の汚染量や面内分布を高精度で制御する必要があり、技術的に難易度が高い。

また、特許文献２では、ドライ酸化によって酸化膜を形成したのちに表面起電力法（ＳＰＶ法）により少数キャリア拡散長を測定し、これによりＮｖ領域、Ｎｉ領域等の区分を行っている。しかし、ドライ酸化では格子間シリコンの導入が十分に起こらないと考えられ、更には、酸化時の汚染が酸化膜とシリコンの界面に存在することとなる。その結果、汚染がライフタイムキラーとして振る舞い、少数キャリア拡散長の測定値がばらつき、測定精度が悪化する要因となる。更に、特許文献２では、拡散長の絶対値を判定に使用しているが、シリコンウェーハの特性上、抵抗率や酸素濃度等の因子により絶対値での評価は困難であると考えられる。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、短時間かつ低コストで精度良くＮ領域の中からＮｖ領域とＮｉ領域とを区分することが可能なシリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法であって、前記シリコンウェーハを、８００〜１１００℃で３０〜９０分のパイロジェニック酸化条件で熱酸化処理することで、前記シリコンウェーハのバルク中に格子間シリコンを導入する工程と、前記熱酸化処理工程により前記シリコンウェーハに成膜された熱酸化膜を、ＨＦエッチング処理により除去する工程と、前記熱酸化膜除去工程後、前記シリコンウェーハにおいて少数キャリア拡散長を測定する工程と、前記測定工程で測定された少数キャリア拡散長に基づき点欠陥領域を評価する工程と、を有することを特徴とする点欠陥領域の評価方法を提供する。

このように、本発明では、少数キャリア拡散長の測定の前処理として、基本的には、熱酸化処理工程及び熱酸化膜除去工程のみを必須としており、また、これらの工程によってＮ領域の中からＮｉ領域を特定できるため、短時間かつ低コストで点欠陥領域の精度のよい評価を行うことができる。そして、本発明では、Ｎｉ領域及びＮｉ領域とＮｖ領域の境界が判定できるので、Ｎ領域のうち特定されたＮｉ領域以外の部分をＮｖ領域と特定することができる。

このとき、前記少数キャリア拡散長の測定方法は表面起電力法又はウェーハライフタイム法とすることができる。

本発明では、これらのような方法で少数キャリア拡散長を測定することができる。

また、前記シリコンウェーハは、ｐ型のシリコンウェーハとすることができる。

本発明のシリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法は、特にｐ型のシリコンウェーハの点欠陥領域の評価に有効な方法である。

本発明の点欠陥領域の評価方法であれば、短時間かつ低コストで精度良くＮ領域の中からＮｖ領域とＮｉ領域とを区分することが可能である。

本発明の点欠陥領域の評価方法の一例を示すフロー図である。 実施例及び比較例で行った点欠陥領域の評価手順を示したフロー図である。 実施例及び比較例で熱処理前及び熱処理後に測定された少数キャリア拡散長のウェーハ面内分布を示すマップである。 実施例の熱酸化処理で形成された欠陥分布と、欠陥の観察像である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

以下、図１を参照して本発明のシリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法を説明する。

本発明は、シリコンウェーハの評価方法であり、より具体的には、該シリコンウェーハの評価から、シリコン単結晶インゴットにおける格子間シリコンが優勢な領域（Ｎｉ領域）を特定することが可能な方法である。特に、本発明は、ｐ型のシリコンウェーハを評価対象とする場合に有効である。

本発明のシリコンウェーハの評価方法は、シリコンウェーハを、８００〜１１００℃で３０〜９０分のパイロジェニック酸化条件で熱酸化処理することで、シリコンウェーハのバルク中に格子間シリコンを導入する工程（図１の（７））と、熱酸化処理工程によりシリコンウェーハに成膜された熱酸化膜を、ＨＦエッチング処理により除去する工程（図１の（８））と、熱酸化膜除去工程後、シリコンウェーハにおいて少数キャリア拡散長を測定する工程（図１の（９））と、測定工程で測定された少数キャリア拡散長に基づき点欠陥領域を評価する工程（図１の（１０））とを有する。

まず、本発明において評価対象とするシリコンウェーハは、例えば、ＣＺ法等の方法によってシリコン単結晶インゴットを引上げ（図１の（１））、該インゴットをスライス加工（図１の（２））して作製したものとすることができる。

また、シリコンウェーハは、ウェーハ表面に残存する加工歪みが予め除去されているものであることが特に好ましい。加工歪みがほとんど無いシリコンウェーハであれば、少数キャリア拡散長の測定精度がより向上するため、より精度の高い評価ができる。

加工歪みがほとんど無いシリコンウェーハとしては、例えば、製品レベルのポリッシュドウェーハ（以降、ＰＷとも呼称する）を用いればよい（図１の（１１））。また、ポリッシュ工程の途中で抜き取ったシリコンウェーハを用いても良い。ＰＷウェーハの製造工程では、加工工程を通過するにつれ、シリコンウェーハの表裏面のダメージが取り去られる。

また、シリコン単結晶インゴットからシリコンウェーハをスライス加工し（図１の（２））、例えばＮ領域付近のシリコンウェーハをスラブサンプルとし（図１の（３））、該スラブサンプルを高精度平面研削し（図１の（４））、研削歪み除去のためのエッチングを行ったシリコンウェーハ（図１の（５））を評価対象のシリコンウェーハとしても良い。このようにシリコン単結晶インゴットからスラブサンプルを切り取って、Ｎｉ領域を特定したい場合には、スラブサンプルの加工歪みを除去してから本発明の評価方法を行うことが好ましい。

また、評価対象のシリコンウェーハを熱酸化処理する（図１の（７））前に、洗浄（図１の（６））を行っても良い。この洗浄は、ＨＦ溶液による洗浄と、ＨＦ溶液による洗浄後のＳＣ１洗浄を組み合わせて行っても良い。

次に、シリコンウェーハを、８００〜１１００℃で３０〜９０分のパイロジェニック酸化条件で熱酸化処理することで、シリコンウェーハのバルク中に格子間シリコンを導入する（図１の（７））。なお、パイロジェニック酸化条件とは、水蒸気を含むガス、例えば、水蒸気を含む酸素ガス等を酸化種とするウェット酸化のことを言う。酸化種としてはその他にも、水蒸気を含む窒素ガス、水蒸気を含むアルゴンガス等を用いることもできる。本発明者の研究の結果、点欠陥導入領域のうち、Ｎｉ領域では、８００〜１１００℃で３０〜９０分のパイロジェニック酸化条件で酸化処理することで、Ｎｉ領域に過飽和な格子間シリコンが導入されることが分かった。すなわち、ドライ酸化ではなくパイロジェニック酸化を行うことで、Ｎｉ領域に格子間シリコンを効率よく大量に導入することができることがわかった。

このように過飽和に導入された格子間シリコンは、シリコンウェーハの熱酸化処理後の冷却過程において格子間シリコン同士で凝集し、その周辺には応力を生じ、応力を許容できなくなると転位が導入され結晶欠陥となる。Ｎｉ領域にパイロジェニック酸化条件下の熱酸化処理によって発生した転位の密度は、同様の熱酸化処理をＮｖ領域等の他の領域に施した場合に比べて高密度になる。よって、後述のようにＮｉ領域とＮｖ領域との少数キャリア拡散長に大きく差が生じるため、Ｎｉ領域とＮｖ領域とを正確に区別できる。

次に、熱酸化処理工程によりシリコンウェーハに成膜された熱酸化膜を、ＨＦエッチング処理により除去する（図１の（８））。

熱酸化膜除去工程後、シリコンウェーハにおいて少数キャリア拡散長を測定する（図１の（９））。少数キャリア拡散長の測定方法は、本発明では、表面起電力法又はウェーハライフタイム法とすることができる。

続いて、測定された少数キャリア拡散長に基づき点欠陥領域を評価する（図１の（１０））。前述のように導入された転位は、少数キャリア拡散長を阻害する、所謂、ライフタイムキラー欠陥であることが知られており、この欠陥の作用により拡散長が、格子間シリコンが過剰な領域（即ち、上記の熱酸化処理によってＮｉ領域に過飽和に格子間シリコンを導入された領域）では短くなる。よって、拡散長を正確にとらえられる測定装置を用いれば、熱酸化処理前にはＮｉ領域であった部位が特定できる。

例えば、上記熱酸化処理を行い、熱酸化膜の除去後、少数キャリア拡散長を測定すると、少数キャリア拡散長の分布に、少数キャリア拡散長が低下している領域がリング状に現れる。このようなリング状の拡散長低下領域が現れた場合、そのシリコンウェーハはＮｉ領域から切り出されたものであると容易に判定できる。

上記のように、少数キャリア拡散長の測定により得られた拡散長の分布に、拡散長の短い部位が見られるシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットの格子間シリコンが優位な結晶部位から作製されたシリコンウェーハであると評価できる。これにより、例えば、ＣＺ法により引上げ速度を漸減させて結晶を成長させた場合は、インゴットの結晶成長方向で言えば、そのウェーハより下、つまりメルト側から作製されたウェーハは全て格子間シリコンが優位な結晶である可能性が高いと判断できる。即ち、本発明の点欠陥領域の評価方法によって、シリコン単結晶インゴットのＮ領域中のＮｖ領域とＮｉ領域との境界を判定することができる。そして、本発明では、Ｎｉ領域が判定できるとともに、Ｎｉ領域とＮｖ領域の境界が判定できるので、Ｎ領域のうち特定されたＮｉ領域以外の部分をＮｖ領域と特定することができる。

なお、少数キャリア拡散長の長短は、抵抗率、酸素濃度等にも依存するため、品種間差が伴うが、シリコンウェーハ面内でのこれらの影響は格子間シリコンの寄与による拡散長の低下による影響よりも小さい。従って、本発明のような評価方法であれば、例えば、ウェーハ面内における少数キャリア拡散長が低下する位置と、ほとんど低下しない通常位置とを比較した拡散長の低下割合を規格化し、検査することで結晶品質を評価することもできる。

例えば、少数キャリア拡散長の長い部位の１００点の平均値より、少数キャリア拡散長が１５％以上低い部位が２０点以上確認できる場合はＮｉ領域のシリコンウェーハと判定するなどすればよい。なお、上記のように、判定に用いる拡散長の差はドーパント濃度や酸素濃度によって変化するため適時変更しても良い。

以上のように、本発明であれば、従来技術のような複雑かつ技術的に難易度が高く、測定精度のバラツキが多い手法によらず、基本的に、単段の熱酸化処理工程、熱酸化膜の除去工程、及び少数キャリア拡散長の測定によって、Ｎ領域中のＮｉ領域を特定することができる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（実施例）
実施例では、図２に示すような本発明の点欠陥領域の評価方法に従った工程フローで、ｐ型のシリコンウェーハの点欠陥領域を評価した。

まず、本実施例では、ＣＺ法によって引き上げたｐ型のシリコン結晶インゴットの格子間シリコンの優位な位置（Ｎｉ領域）から切り出したスラブウェーハを評価用のｐ型のシリコンウェーハとして準備した（図２の（１）〜（３））。このように、シリコン単結晶インゴットのＮｉ領域を含むインゴットから切り出したことが予め分かっているｐ型のシリコンウェーハを準備した。

次に、シリコンウェーハの加工歪みを除去するために、高精度平面研削及び研削歪み除去エッチングを行った（図２の（４）〜（５））。加工歪みの除去後、ＨＦ洗浄及びＳＣ１洗浄を行った（図２の（６））。

次に、熱酸化処理前の少数キャリア拡散長を表面起電力法により測定した（図２の（７））。

次に、シリコンウェーハをパイロジェニック酸化条件下、９５０℃で９０分熱酸化処理することで、シリコンウェーハのバルク中に格子間シリコンを導入した（図２の（８））。その後、シリコンウェーハを十分に冷却し、ＨＦ溶液によるエッチングで熱酸化膜を除去した（図２の（９））。

次に、熱酸化処理及び熱酸化膜除去後の少数キャリア拡散長を表面起電力法により測定した（図２の（１０））。

次に、少数キャリア拡散長に基づき点欠陥領域を評価した（図２の（１１））。図３に熱酸化処理前及び熱酸化処理後に測定された少数キャリア拡散長のウェーハ面内分布を示す。なお、ウェーハエッジの影響を除外するために、ウェーハ外周端より５ｍｍ以上内側の位置の少数キャリア拡散長のデータのみを用いた。

図３からわかるように、実施例の熱酸化処理後ではシリコンウェーハの中心から半径の二分の一程度離れた位置に帯状（ウェーハ全面においてはリング状）の少数キャリア拡散長の低下部分が確認される。この少数キャリア拡散長の低下部分は上述のように、熱酸化処理前では、格子間シリコンが優勢なＮｉ領域であったと推測できる。よって、このシリコンウェーハが、シリコン単結晶インゴットのＮｉ領域から切り出されたものであると容易に評価できた。このように、本発明の評価方法であれば、容易にｐ型シリコンウェーハの点欠陥領域を評価できることが確認された。

また、パイロジェニック酸化条件下の熱酸化処理後のシリコンウェーハにおいて、レーザーテック社製 ＭＡＧＩＣＳを用いた欠陥位置の特定と、位置を特定した欠陥の鏡焦点レーザー顕微鏡（ＭＡＧＩＣＳに搭載）によるウェーハ表面からの観察と、該欠陥の断面サンプルの作製及びＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）による断面観察とを行った。図４に、欠陥位置のマップと、鏡焦点レーザー顕微鏡及びＴＥＭにより得られた像とを示す。図４からわかるように、予想通り、パイロジェニック酸化条件下の熱酸化処理により、Ｎｉ領域に少数キャリア拡散長を低下させる転位が発生していることが確認できた。

（比較例）
パイロジェニック酸化条件下の熱酸化処理の代わりに、窒素雰囲気下、９５０℃で９０分の熱処理（図２の（１０８））を行ったこと以外、実施例と同様にシリコンウェーハの点欠陥領域を評価した。なお、比較例では、実施例と同じｐ型のシリコン単結晶インゴットにおいて、実施例で用いたシリコンウェーハと隣り合うようにサンプルを採取したスラブウェーハを評価用のｐ型のシリコンウェーハとして用いた。よって、比較例で準備したシリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットのＮｉ領域から切り出したことが予め分かっているものであった。

その結果、図３から分かるように、比較例では、実施例のような少数キャリア拡散長の帯状の分布等といった特徴的な分布は現れなかった。この結果から、比較例の手法では、シリコン単結晶インゴットのＮｉ領域から切り出されたものであると判定できないことが確認された。

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。

Claims (3)

1. シリコンウェーハの点欠陥領域の評価方法であって、
   前記シリコンウェーハを、８００〜１１００℃で３０〜９０分のパイロジェニック酸化条件で熱酸化処理することで、前記シリコンウェーハのバルク中に格子間シリコンを導入する工程と、
   該熱酸化処理工程により前記シリコンウェーハに成膜された熱酸化膜を、ＨＦエッチング処理により除去する工程と、
   該熱酸化膜除去工程後、前記シリコンウェーハにおいて少数キャリア拡散長を測定する工程と、
   該測定工程で測定された少数キャリア拡散長に基づき点欠陥領域を評価する工程と、
   を有することを特徴とする点欠陥領域の評価方法。
2. 前記少数キャリア拡散長の測定方法は表面起電力法又はウェーハライフタイム法とすることを特徴とする請求項１に記載の点欠陥領域の評価方法。
3. 前記シリコンウェーハを、ｐ型のシリコンウェーハとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の点欠陥領域の評価方法。