JP2017220587A - シリコンウェーハの高感度欠陥評価方法およびシリコン単結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】欠陥顕在化と高感度測定を両立し、Ｎｖ領域の極小さな析出核を精度よく高感度に検出するとともに、Ｎｉ領域から僅かに外れたＩ−ｒｉｃｈ領域に対しても高感度な検出が可能な、シリコンウェーハの高感度欠陥評価方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハの欠陥評価方法であって、シリコンウェーハに熱処理を施して二次欠陥を形成した後、該熱処理を施したシリコンウェーハの表面を研磨し、該研磨したシリコンウェーハをＬＬＳ検査装置で検査することによって、シリコンウェーハの結晶欠陥の評価を行うシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウェーハの高感度欠陥評価方法およびこれを用いたシリコン単結晶の製造方法に関する。

半導体素子製造の材料として用いられるシリコンウェーハには、Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＣＺ）法、特に磁場を印加しつつ結晶を製造するＭａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｐｐｌｉｅｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ（ＭＣＺ）法にて育成されたシリコン単結晶よりスライスされ、表面を研磨された基板が一般に用いられる。

近年は、半導体回路の高集積化に伴う素子の微細化に伴い、基板となるシリコン単結晶に対する品質要求が高まってきている。特に、従来問題とされていた比較的大サイズのＶｏｉｄやＯＳＦ核だけではなく、従来は問題視されていなかったＮｅｕｔｒａｌ領域中のｖａｃａｎｃｙ優勢域（Ｎｖ領域）に存在する極小さな酸素析出核までも厳格に制御することが求められるようになってきている。

これらのＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥の種類や分布は、結晶の引上げ速度Ｖとシリコン単結晶内の成長方向の温度勾配Ｇの比に依存する。Ｖ／Ｇが大きい場合は空孔が過剰となり、空孔の凝集体であるＶｏｉｄが発生する。一方、Ｖ／Ｇが小さい場合は格子間シリコン原子が過剰となり、格子間シリコンの凝集体である転位クラスタが発生する。

Ｖ／Ｇを変えることによって、熱処理された場合の挙動が異なる複数の領域が得られ、Ｖｏｉｄが発生する領域と転位クラスタが発生する領域の間には、Ｖ／Ｇが大きい方から順に、ＯＳＦ領域、Ｎｖ領域、Ｎｉ領域が存在する。

ＯＳＦ領域は、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態（結晶成長後に何の熱処理も行っていない状態） で３０ｎｍ程度の大サイズの酸素析出物（ＯＳＦ核）を含んでおり、高温（一般的には１０００℃から１２００℃）で熱酸化した場合にＯＳＦ（Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）が発生する領域である。Ｎｖ領域とは、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で微小な酸素析出核を含んでおり、低温からの２段階の熱処理（例えば、８００℃と１０００℃）を施した場合に酸素析出物が発生し易い領域である。Ｎｉ領域とは、ａｓ−ｇｒｏｗｎ状態で殆ど酸素析出核を含んでおらず、熱処理を施されても酸素析出物が発生し難い領域である。

現在、微細なＤＲ（Ｄｅｓｉｇｎ Ｒｕｌｅ）の先端デバイス用途では、Ｖ／Ｇが結晶の径方向と長さ方向で適切な範囲に入るように制御されたＮｖ領域又はＮｉ領域から成るウェーハが用いられている。しかしながら、従来はデバイスに影響しないとされていたＮｖ領域の極微小な酸素析出物であっても、近年のＤＲ進展に伴って問題視されるケースも見られるようになってきた。

これは、ＤＲの進展に伴ってより微細な欠陥が歩留まりに影響するようになるため、ＬＬＳ（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｓ）検査装置（パーティクルカウンター）がａｓ−ｇｒｏｗｎのＰｏｌｉｓｈｅｄ ｗａｆｅｒ（ＰＷ）でより微細サイズの欠陥等まで検出可能となってきたことに加え、デバイスプロセスの低温化によってＮｖ領域のより小さな析出核がデバイス歩留まりに影響を与えるサイズにまで成長及び顕在化してしまうことが原因である。

これらのＮｖ領域の極小さな析出核まで、厳格にコントロールされたウェーハを量産するには、より微細な欠陥を高感度で検出し、それをＣＺ結晶成長条件にフィードバックしていく必要がある。

しかしながら、Ｎｖ領域の２０ｎｍ以下（１０ｎｍ程度まで）の極小さな析出核を厳格にコントロールするため、Ｖ／Ｇを小さくコントロールしていくと、今度は格子間シリコン原子が過剰となって格子間シリコンの凝集体である転位クラスタが発生するＩ−ｒｉｃｈ領域となってしまう危険が高まってしまう。このため、極小さな析出核を精度よく高感度に検出するとともに、Ｎｉ領域から僅かに外れたＩ−ｒｉｃｈ領域に対してもより高感度な検出が求められる。

Ｓｉ結晶欠陥の検出評価は、（１）酸化熱処理による欠陥の拡大及び成長、（２）選択エッチや反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、以降ではＲＩＥと言う）などによる欠陥（ａｓ−ｇｒｏｗｎ／二次欠陥）顕在化、（３）光学顕微鏡やＬＬＳ検査装置や赤外トモグラフ法などによる観察、の三要素から成る。

この中で、上記の（１）及び（２）で欠陥を顕在化できないものは上記の（３）で観察できないが、（１）、（２）の工程でウェーハ表面が荒れしてしまうと、（３）の工程で最先端の高感度の観察ができなくなるという相反性がある。このため、極小さな析出核とＩ−ｒｉｃｈ領域を精度良く高感度に検出することは非常に困難となる。

例えば、特許文献１〜３に示されるような、簡便かつ迅速な検査によってＣＺ結晶成長条件のフィードバックを行う際に使用されている湿式の選択エッチング法では、ターゲットとする２０ｎｍ以下（１０ｎｍ程度まで）の析出核とＩ−ｒｉｃｈ欠陥を精度良く検出することが困難である。しかし、その原因が、（１）の酸化熱処理による欠陥の拡大及び成長が不十分なためか、（２）の選択エッチング等による欠陥顕在化が不十分なためか、どちらの要素に問題があるかを判別することも難しいため、必要な感度を出すための条件最適化もきわめて困難となる。

また、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ３やＳＰ５、レーザーテック社製のＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０などの現行の最高感度のＬＬＳ検査装置をもってしてもａｓ−ｇｒｏｗｎのＰＷで２０ｎｍ以下、特に１７ｎｍ以下の欠陥を検出することは困難である上、Ｉ−ｒｉｃｈ欠陥にはほとんど感度を持たない問題もある。

さらに、特許文献４に示されるようなＰＷにＲＩＥ処理を施して欠陥を顕在化した場合、ＲＩＥ処理による面荒れの影響で、最高感度のＬＬＳ検査装置を使用することができず、結局２０ｎｍ程度までの欠陥しか検出することができない。また、同じＳｉからなるＩ−ｒｉｃｈ欠陥については、ＲＩＥによる選択性がほとんどないため、ほとんど感度がない。

この他に、ＳｉとＳｉＯ_２の屈折率の違いから欠陥を検出する赤外トモグラフ法を用いた検査装置もあるが、２０ｎｍ程度の欠陥検出が限界で、ＲＩＥと同じく、屈折率に差が無いＩ−ｒｉｃｈ欠陥については感度がない。

ここまで述べたように、近年のシリコン結晶成長の課題は、従来のＤＲではデバイス形成に適したパーフェクトな領域とされていたＮｖ領域であってもＤＲの進展に伴って問題化するケースにおいて、微小な酸素析出物の厳格なコントロールとＩ−ｒｉｃｈ欠陥を回避する非常に狭い領域の品質を作り込む上で、十分な感度を持った欠陥評価方法がないことである。

特開平８−１１１４４４号公報 特開２０１０−２７５１４７号公報 特開平６−０９７２５１号公報 特開２０１３−０８２６２２号公報

二次欠陥の十分な拡大及び成長のために、長時間の熱処理を行い、それによって生じたシリコン酸化膜をフッ酸で除去した状態では、シリコンウェーハの表面に面荒れが生じてしまい、高感度のＬＬＳ検査装置を利用することが困難である。また、フッ酸に代えて、例えば、ＲＩＥを用いた場合でも、面荒れが生じてしまい、高感度のＬＬＳ検査装置を利用することが困難である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、欠陥顕在化と高感度測定を両立し、Ｎｖ領域の極小さな析出核を精度よく高感度に検出するとともに、Ｎｉ領域から僅かに外れたＩ−ｒｉｃｈ領域に対しても高感度な検出が可能な、シリコンウェーハの高感度欠陥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欠陥評価方法であって、
前記シリコンウェーハに熱処理を施して二次欠陥を形成した後、該熱処理を施したシリコンウェーハの表面を研磨し、該研磨したシリコンウェーハをＬＬＳ検査装置で検査することによって、前記シリコンウェーハの結晶欠陥の評価を行うことを特徴とするシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法を提供する。

このように、熱処理を施したシリコンウェーハの表面を研磨して、ＬＬＳ検査装置で検査することによって、シリコンウェーハの表面の面荒れによる擬似欠陥を排除することができ、Ｎｖ領域、及び、Ｎｉ領域から僅かに外れたＩ−ｒｉｃｈ領域に対してもより高感度な欠陥検出を行うことができる。

このとき、前記熱処理は酸化熱処理であり、該酸化熱処理によって前記シリコンウェーハの表面に形成されたシリコン酸化膜をフッ酸を用いて除去した後、前記シリコンウェーハの表面を研磨することが好ましい。

このように、熱処理が酸化熱処理であれば、欠陥の顕在化を効果的に行うことができる。また、酸化熱処理により、シリコンウェーハの表面にはシリコン酸化膜が形成されるが、このシリコン酸化膜はフッ酸によって効率的に除去することができ、シリコンウェーハの表面を容易に露出することができる。

このとき、前記熱処理の温度を８００℃以上１１００℃以下とすることが好ましい。

このような熱処理の温度範囲であれば、Ｉ−ｒｉｃｈ欠陥の成長及び顕在化を促進できるのに加え、Ｎｖ領域の析出核を十分に顕在化できる。

このとき、前記熱処理の温度を９００±５０℃の範囲とすることがさらに好ましい。

このような熱処理の温度範囲であれば、より好適に欠陥の拡大及び成長を行うことができる。

このとき、前記熱処理後の研磨による前記シリコンウェーハの取り代を、可視光を用いたＬＬＳ検査装置で検査するときは片側０．５μｍ以上とし、遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置で検査するときは片側２μｍ以上とすることが好ましい。

このように、比較的長波長の可視光を用いたＬＬＳ検査装置では、検出に用いる可視光がシリコンウェーハの表面から３〜４μｍの深さまで侵入するので、片側０．５μｍ以上の取り代で十分にＤＺ（Ｄｅｎｕｔｅｄ Ｚｏｎｅ）層より深い領域の欠陥を評価することができる。また、比較的短波長の遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置では、検出に用いる遠紫外光はシリコンの内部にほとんど侵入しないが、片側２μｍ以上研磨することで、ＤＺ層より深い領域の欠陥が表面に現れ、良好に評価を行うことができる。

このとき、前記熱処理の時間を、４時間以上とすることが好ましい。

このような熱処理の時間であれば、二次欠陥形成を確実に行うことができる。

このとき、前記熱処理の時間を、９時間以上とすることがさらに好ましい。

このような熱処理の時間であれば、二次欠陥形成をより確実に行うことができる。

このとき、前記熱処理の雰囲気をドライ酸化雰囲気、又は、ウェット酸化雰囲気とすることができる。

このように、熱処理の雰囲気をドライ酸化雰囲気又はウェット酸化雰囲気とすることで、二次欠陥の形成を確実に促進することができる。

このとき、前記熱処理を前段熱処理と後段熱処理による二段熱処理とし、前記後段熱処理の温度を前記前段熱処理の温度に対して、１００℃以上３００℃以下の範囲で高くすることが好ましい。

このような温度の二段熱処理を用いることで、二次欠陥の形成をより促進することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、上述したシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法を用いて、シリコンウェーハを評価し、該評価結果を使用してシリコンの結晶品質を制御、管理、又は改善することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法を提供する。

このようなシリコン単結晶の製造方法により、高品質なシリコンウェーハを製造することができる。

本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法によれば、ａｓ−ＰＷを測定するのに比べて、数十倍の高感度で欠陥を検出することができる。また、Ｖｏｉｄ系欠陥（ＣＯＰ、ＯＳＦ、酸素析出物）及びＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ欠陥（転位ループ、転位クラスター）の双方の欠陥種を極めて高い感度で検出することができる。さらに、本発明のシリコン単結晶の製造方法によれば、高品質なシリコンウェーハを製造することができる。

本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法の工程フローを示す図である。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＮｖ領域サンプルに適用し、熱処理温度依存性を評価した結果を示すグラフである（可視光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＮｖ領域サンプルに適用し、熱処理温度依存性を評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＩ−ｒｉｃｈ領域サンプルに適用し、熱処理温度依存性を評価した結果を示すグラフである（可視光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＩ−ｒｉｃｈ領域サンプルに適用し、熱処理温度依存性を評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＮｖ領域サンプルに適用し、熱処理時間依存性を評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＩ−ｒｉｃｈ領域サンプルに適用し、熱処理時間依存性を評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＮｖ領域サンプルに適用し、熱処理としてドライ酸化とウェット酸化を比較評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＩ−ｒｉｃｈ領域サンプルに適用し、熱処理としてドライ酸化とウェット酸化を比較評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＮｖ領域サンプルに適用し、熱処理として二段熱処理を評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。 本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法をＩ−ｒｉｃｈ領域サンプルに適用し、熱処理として二段熱処理を評価した結果を示すグラフである（遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置を使用）。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法について、図１を参照して説明する。図１は、本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法の工程フローを示す図である。本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法では、まず、評価対象のシリコンウェーハを準備し、そのシリコンウェーハに熱処理を施して、二次欠陥を形成する（図１のＡ工程）。準備する試料は、ウェーハ状態であればよく、シリコンウェーハの製造工程におけるＣＷ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｔｃｈｅｄ ｗａｆｅｒ）以降のものであればよい。

このとき、上記の熱処理は酸化熱処理が好ましい。そして、酸化熱処理でシリコンウェーハの表面に形成されたシリコン酸化膜はフッ酸を用いて除去することが好ましい。しかしながら、本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法では、これに限定されず、シリコン酸化膜の除去はＲＩＥにより行うことが可能であるし、研磨によって除去することも可能である。

次に、本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法では、シリコン酸化膜の除去により面荒れが発生したシリコンウェーハの表面を研磨し、平坦な表面にする（図１のＢ工程）。シリコンウェーハの研磨には、一般的なＣＭＰ装置等を用いることができる。そして、シリコンウェーハの研磨された表面を、ＬＬＳ検査装置（パーティクルカウンター）によって検査する（図１のＣ工程）。

このような工程フローを有する本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法によれば、熱処理を施したシリコンウェーハの表面を研磨した後に、ＬＬＳ検査装置で検査することによって、シリコンウェーハの表面の面荒れによる擬似欠陥等を排除することができ、Ｎｖ領域、及び、Ｎｉ領域から僅かに外れたＩ−ｒｉｃｈ領域に対してもより高感度な欠陥検出を行うことができる。

ここで、現行の代表的なＬＬＳ（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｓ）検査装置としては、例として、レーザーテック社製のＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０、及び、ＫＬＡ−ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ３及びＳＰ５を挙げることができる。レーザーテック社のＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０は、検査に用いる光の波長が５３２ｎｍ（可視光）である。本明細書においては、例えば、レーザーテック社のＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０で代表される可視域の光を用いた欠陥検査装置を、可視光を用いたＬＬＳ検査装置と呼ぶ。一方、ＫＬＡ−ｔｅｎｃｏｒ社のＳＰ３及びＳＰ５は、検査に用いている光は遠紫外（Ｄｅｅｐ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光である。本明細書においては、例えば、ＫＬＡ−ｔｅｎｃｏｒ社のＳＰ３及びＳＰ５で代表される遠紫外域の光を用いた欠陥検査装置を、遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置と呼ぶ。

ここで、図１のＡ工程における熱処理の温度を８００℃以上１１００℃以下とすることが好ましい。さらに、熱処理の温度範囲を、９００±５０℃の範囲とすることがより好ましい。これについて、一例として、図２及び図４を参照して説明する。図２及び図４は、Ｎｖ領域及びＩ−ｒｉｃｈ領域のサンプルに対して、熱処理の温度を変えて本発明のシリコンウェーハの高感度検査方法を適用し、検出できた欠陥の個数を比較したものである。横軸の温度は熱処理温度であり、縦軸の欠陥密度指数はＮｖ領域のサンプルに対して熱処理を全く行わなかったときに検出できた欠陥の個数を１とした場合の相対値を示すものである。ここでは、説明を簡単にするために、ＬＬＳ検査装置として、ＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０を使用し、シリコンウェーハの表面を０．５μｍ研磨した場合に着目する（図２及び図４の各水準の左右の棒のうち、左側のみ）。

上記のような温度範囲にするのが好ましい理由は、Ｉ−ｒｉｃｈ欠陥の成長及び顕在化が９００〜１０００℃で促進することに加え、Ｎｖ領域の析出核を顕在化するのに９００℃以上の熱処理で十分であり、より低温側の、例えば、６５０℃の（前段）熱処理から析出核を成長させると欠陥数が多くなりすぎ、最先端のＬＬＳ検査装置においてオーバーフローで測定困難になるためである。また、図２及び図４の結果から推察されるように、熱処理温度が１１００℃を超えると検出される欠陥の数が減少すると考えられる。このため、熱処理は上述した温度範囲とすることが好適である。

また、熱処理の時間は、４時間以上が好ましく、９時間以上がより好ましい。これについて、一例として、図６を参照して説明する。図６は、Ｎｖ領域のサンプルに対して、熱処理の時間を変えて本発明のシリコンウェーハの高感度検査方法を適用し、検出できた欠陥の個数を比較したものである。縦軸の欠陥密度指数については、上述した通りであり、図２の左端の水準の欠陥検出個数を基準としている。ここでは、ＬＬＳ検査装置として、ＳＰ５を使用し、シリコンの表面を３．５μｍ研磨した場合に着目する。

図６に示されたように、熱処理の時間が４時間以上であるときに、熱処理を行わなかった場合に比べて、欠陥密度指数が特に大きくなっており、欠陥の検出感度が向上していることが分かる。さらに、熱処理の時間が９時間以上では、より好適に欠陥を検出できていることが分かる。しかしながら、９時間以上ではほぼ二次欠陥の作り込み終了し、最大密度に漸近する。処理時間が必要以上に長時間となることはコスト面から好ましくないため、熱処理の時間は１６時間以下とするのがよい。

また、熱処理雰囲気は、ドライ酸化雰囲気、又は、ウェット酸化雰囲気とすることができ、いずれでも、二次欠陥の形成を確実に促進することができる。しかしながら、ウェット酸化の方がより酸化速度が高速化するため、二次欠陥形成がより促進される。このため、熱処理時間を短くする観点では、ウェット酸化雰囲気の方がより好ましい。

また、熱処理中、点欠陥の外方拡散の影響によって熱処理後のウェーハ表層部には欠陥密度の少ない領域（ＤＺ層）が形成されるため、このＤＺ層を取り除く意味でも、ＬＬＳ検査装置の検査光（レーザー光）侵入深さに応じて、ウェーハ表層を研磨する必要がある。熱処理後の研磨によるシリコンウェーハの取り代は、可視光を用いたＬＬＳ検査装置で検査するときは片側０．５μｍ以上とし、遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置で検査するときは片側２μｍ以上とすることが好ましい。

具体的には、必要な研磨代は、レーザー光が３〜４μｍ侵入するＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０で測定する場合は片側取代０．１μｍ以上、より好ましくは十分な平坦度を出すため片側取代０．５μｍ以上とするのがよい。レーザー光の侵入が数ｎｍ程度しかないＳＰ３、ＳＰ５で測定する場合は、表面の欠陥を検出するためには片側取代２μｍ以上とするのがよい。片側取代２μｍ以上であれば、ＤＺ層が取り除かれ、欠陥を表面に露出することができる。どのＬＬＳ検査装置を使用するかによらず、必要以上に研磨代を取ることは研磨時間の長時間化、及び、研磨の進捗に合わせて厚さの薄いキャリアに替えていく必要があることに加えて、薄いキャリアではキャリアの変形により十分な平坦度が出難い、また、ウェーハ自体の破損率が上昇するなどの問題につながるため、例えば直径３００ｍｍのシリコンウェーハの場合には最終ウェーハの厚さが７００μｍ以上となる範囲にした方がよい。

また、熱処理を前段熱処理と後段熱処理による二段熱処理とし、後段熱処理の温度を前段熱処理の温度に対して、１００℃以上３００℃以下の範囲で高くすることが好ましい。このような温度範囲の二段熱処理を行うことにより、さらに欠陥検査感度を向上させることができる。このとき、後段熱処理の温度が前段熱処理の温度に比べて、１００℃未満で高い場合は、欠陥の顕在化の向上効果が小さく、３００℃を超えて高い場合は、欠陥の顕在化効果が飽和するか又は減少する。

以上のように、本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法によれば、ａｓ−ＰＷで現行のＬＬＳ検査装置では検出が困難な、Ｎｖ領域、ｂ−Ｂａｎｄ領域（Ｎｅｕｔｒａｌ領域よりもＩ−ｒｉｃｈ側のＩｎｔｅｒｓｔｉｔｉａｌ領域でありながら、酸素析出物が発生しやすい領域）、及び、Ｉ領域の欠陥を極めて高い感度で検出することができる。

また、本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法により、二次欠陥の形成を直接可視化して評価することが可能となるため、結晶検査技術の核となる二次欠陥形成及び選択エッチングによる欠陥の顕在化を最適化して、結晶欠陥検査のさらなる高感度化にも繋げることができる。

また、本発明のシリコン単結晶の製造方法では、上述したシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法を用いて、シリコンウェーハを評価し、該評価結果を使用してシリコンの結晶品質を制御、管理、又は改善することができる。本発明のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法では、極めて高い感度でシリコンウェーハの欠陥を評価することができるので、例えば、製造したシリコンウェーハの中から高品質のウェーハを選別することや、製造条件を変えてシリコンウェーハを製造し、品質の高いシリコンウェーハを提供できる製造条件を評価すること等ができ、それらの評価結果を用いてシリコン単結晶を製造することで、シリコンの結晶品質の制御、管理、又は改善を行うことができる。

以下、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、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
はじめに、ＣＺ法で育成した単結晶インゴットをスライスして作製した方位＜１００＞、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを準備した。ドライ酸化雰囲気中で９時間、熱処理温度１０００℃の処理を施した後、ＨＦ溶液によってシリコン酸化膜を除去した後、研磨を実施せずにそのままＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０測定を実施した。

その結果、シリコンウェーハの面荒れの影響で擬似欠陥が検出されて、検出オーバーフロー（１０００００個以上）となってしまい、高感度測定を実施することはできなかった。このように、熱処理を実施した後、ＨＦ溶液でシリコン酸化膜を除去したのみでは、面荒れの影響で高感度測定を実施できなかった。このため、以下では、比較例としては、熱処理を行っていないシリコンウェーハに対してＬＬＳ検査装置で欠陥測定を行っている。

次に、上記の検出オーバーフローで高感度測定を実施できなかった、酸化膜を除去したシリコンウェーハを用いて、片側０．５μｍの研磨を行って平坦度を出した後に、Ｍ５６４０での測定を実施した。その結果、検出オーバーフローが発生することはなく、Ｎｖ領域に存在する欠陥の分布を明瞭に確認することができ、擬似欠陥の検出のない高感度測定を実施することができた。

（実施例２）
前述したＶ／Ｇが結晶の径方向と長さ方向で適切な範囲に入るように制御して、Ｎｖ領域又はＮｉ領域から成る直径３００ｍｍシリコンウェーハを製造可能な引上げ機を用いて、故意にＶ／Ｇを変えるため、結晶成長中に引上げ速度を高速から低速に漸減させて結晶引上げを実施し、Ｖｏｉｄが発生するＶ−ｒｉｃｈ領域、ＯＳＦ領域、Ｎｖ領域、Ｎｉ領域、転位クラスタが発生するＩ−ｒｉｃｈ領域から成るＰＷをそれぞれ製造し、Ｎｖ領域およびＩ−ｒｉｃｈ領域のＰＷを評価サンプルとした。

Ｎｖ領域、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成る各ＰＷウェーハに対して、それぞれドライ酸化雰囲気中で９時間、熱処理温度８００、９００、１０００、１１００℃の各温度で熱処理を施した後、ＨＦ溶液によってシリコン酸化膜を除去した。その後、そのシリコンウェーハに対して、最初に片側０．５μｍ研磨した後に、Ｍ５６４０及びＳＰ５で測定を行い、その後、同一ウェーハを追加で片側３μｍ研磨し、再度Ｍ５６４０及びＳＰ５で測定を実施した。

測定（評価）結果を図２〜図４に示す。図２は、Ｎｖ領域から成るサンプルをＭ５６４０で測定した結果であり、図３は同じくＮｖ領域から成るサンプルをＳＰ５で測定した結果である。また、図４はＩ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルをＭ５６４０で測定した結果であり、図５は同じくＩ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルをＳＰ５で測定した結果である。いずれの図においても、縦軸は上述した欠陥密度指数である。また、それぞれの図には、熱処理を実施していないａｓ−ＰＷの欠陥密度指数も併せて示してある（後述する比較例２）。

本発明の実施例２の各熱処理温度において、Ｎｖ領域から成るサンプルでは熱処理を実施していないａｓ−ＰＷと比較して、適切な研磨代とすることで、９〜７０倍と極めて高感度にＮｖ領域の欠陥を検出することができた（図２及び図３）。また、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルにおいても、熱処理を実施していないａｓ−ＰＷと比較して、欠陥密度指数９〜３４と極めて高感度にＩ−ｒｉｃｈ領域の欠陥を検出することができている（図４及び図５）。さらに、この結果より、熱処理温度は８００℃から１１００℃であればａｓ−ＰＷの１０倍以上の感度で欠陥検出可能であるが、より好ましくは９００℃近辺の９００℃±５０℃の方がより一層の検出感度向上効果が得られることが分かる。

また、熱処理による点欠陥の外方拡散の影響によって熱処理後のウェーハ表層部には欠陥密度の少ない領域（ＤＺ層）が形成されるため、レーザー波長が短くレーザー侵入深さがほとんどないＳＰ３、ＳＰ５で測定する場合は、片側取代２μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上の研磨を施すことが望ましい。一方、レーザー波長が長く、３〜４μｍウェーハ内部に侵入するＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０で測定する場合は、０．５μｍ程度研磨して平坦度を出すだけでよい。このように、熱処理後に研磨して高平坦度を出しつつ、形成された二次欠陥をシリコンウェーハ表面に露出することにより、欠陥顕在化と高感度測定が両立し、超高感度の欠陥評価が可能となる。

（実施例３）
実施例２と同様の方法で製造した、Ｎｖ領域、Ｉ-ｒｉｃｈ領域から成る各ＰＷウェーハに対して、それぞれドライ酸化雰囲気中で９００℃にて、１時間、２時間、４時間、６時間、及び、９時間の各熱処理を施した。その後、ＨＦ溶液によってシリコン酸化膜を除去した後、シリコンウェーハの表面を片側３．５μｍ研磨し、ＳＰ５で測定を実施した。Ｎｖ領域から成るサンプルについての測定結果を図６に、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルについての測定結果を図７に示す。

図６及び図７に示した、本発明の実施例３の熱処理温度９００℃、１〜９時間の熱処理時間での評価結果から、二次欠陥の形成、顕在化には少なくとも４時間以上の熱処理が好適であることが分かる。また、９時間以上では、ほぼ二次欠陥の作り込みが終了し、最大密度に漸近する。

（実施例４）
実施例２と同様の方法で製造した、Ｎｖ領域、Ｉ-ｒｉｃｈ領域から成るＰＷウェーハに対して、それぞれ９００℃で、ドライ酸化雰囲気及びウェット酸化雰囲気で、４時間、６時間、９時間の各熱処理を施した。その後、ＨＦ溶液によってシリコン酸化膜を除去した後、シリコンウェーハの表面を片側３．５μｍ研磨し、ＳＰ５で測定を実施した。Ｎｖ領域から成るサンプルについての測定結果を図８に、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルについての測定結果を図９に示す。

ドライ酸化及びウェット酸化のいずれでも、４時間以上の熱処理を施すことで、ａｓ−ＰＷに比べて高い欠陥密度指数が得られている。また、ドライ酸化と比較してウェット酸化では酸化速度が高速化するため、二次欠陥形成が促進され、より短時間で二次欠陥の作り込みが終了し、最大密度（感度）が得られる。

（実施例５）
実施例２と同様の方法で製造した、Ｎｖ領域、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成るＰＷウェーハに対して、ウェット酸化雰囲気で９００℃、９時間の熱処理を施したサンプル、及び、ウェット酸化雰囲気での９００℃、９時間の熱処理に加えて、１１００℃、１６時間の熱処理を施したサンプルを用い、ＨＦ溶液によってシリコン酸化膜を除去した後、シリコンウェーハの表面を片側３．５μｍ研磨し、ＳＰ５で測定を実施した。Ｎｖ領域から成るサンプルについての測定結果を図１０に、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルについての測定結果を図１１に示す。

高温の後段熱処理を加えることで、前段熱処理で成長させた析出物を核とするＯＳＦ形成が生じるため、Ｎｖ領域から成るサンプルでは更に感度を向上させることができる（図１０）。これに対して、Ｉ−ｒｉｃｈ領域から成るサンプルについては、ＯＳＦ形成反応は起こらないため、後段熱処理の有無による欠陥密度への影響はほとんどみられない（図１１）。

（比較例１）
ＣＺ法で作製した直径３００ｍｍのシリコンウェーハを準備した。ドライ酸化雰囲気中で９時間、熱処理温度１０００℃の処理を施した後、ＨＦ溶液によってシリコン酸化膜を除去した後、研磨を実施せずにそのままＭＡＧＩＣＳ Ｍ５６４０測定を実施した。その結果、シリコンウェーハの面荒れの影響で擬似欠陥が検出されて、検出オーバーフロー（１０００００個以上）となってしまい、高感度測定を実施することはできなかった。

（比較例２）
実施例２において製造したＮｖ領域及びＩ−ｒｉｃｈ領域から成るＰＷに対して、熱処理を実施せず、また、研磨も実施せず、Ｍ５６４０及びＳＰ５で測定を実施した。その結果については、図２〜図１１の左側部分に比較例２として示した。いずれの図に示された評価結果においても、実施例の方が比較例２に比べ欠陥密度指数が大きくなっていた。

このように、本発明では、通常は長時間酸化によって二次欠陥を作り込んだ場合に生じる面荒れを研磨によって解消することで、熱処理による作り込みで拡大したＮｖ領域及びＩ−ｒｉｃｈ領域の欠陥を最高感度のＬＬＳ検査装置で検出することができ、近年の課題である先端ＤＲのデバイスにおけるＮｖ領域の微小な酸素析出物の厳格なコントロールとＩ−ｒｉｃｈ欠陥の回避を実現するための超高感度欠陥評価が可能となる。

これらにより、ＤＲの進展に伴って問題化するＮｖ領域を避けることで、先端デバイスプロセスに合わせた高歩留まりウェーハを提供することができる。

さらに、二次欠陥の形成を直接可視化して評価することも可能となるため、結晶検査技術の核となる二次欠陥形成及び選択エッチングによる欠陥顕在化を最適化して、結晶検査の高感度化にも繋げることができる。

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 (10)

1. シリコンウェーハの欠陥評価方法であって、
   前記シリコンウェーハに熱処理を施して二次欠陥を形成した後、該熱処理を施したシリコンウェーハの表面を研磨し、該研磨したシリコンウェーハをＬＬＳ検査装置で検査することによって、前記シリコンウェーハの結晶欠陥の評価を行うことを特徴とするシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
2. 前記熱処理は酸化熱処理であり、該酸化熱処理によって前記シリコンウェーハの表面に形成されたシリコン酸化膜をフッ酸を用いて除去した後、前記シリコンウェーハの表面を研磨することを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
3. 前記熱処理の温度を８００℃以上１１００℃以下とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
4. 前記熱処理の温度を９００±５０℃の範囲とすることを特徴とする請求項３に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
5. 前記熱処理後の研磨による前記シリコンウェーハの取り代を、可視光を用いたＬＬＳ検査装置で検査するときは片側０．５μｍ以上とし、遠紫外光を用いたＬＬＳ検査装置で検査するときは片側２μｍ以上とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
6. 前記熱処理の時間を、４時間以上とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
7. 前記熱処理の時間を、９時間以上とすることを特徴とする請求項６に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
8. 前記熱処理の雰囲気をドライ酸化雰囲気、又は、ウェット酸化雰囲気とすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
9. 前記熱処理を前段熱処理と後段熱処理による二段熱処理とし、前記後段熱処理の温度を前記前段熱処理の温度に対して、１００℃以上３００℃以下の範囲で高くすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法。
10. 請求項１から請求項９に記載のシリコンウェーハの高感度欠陥評価方法を用いて、シリコンウェーハを評価し、該評価結果を使用してシリコンの結晶品質を制御、管理、又は改善することを特徴とするシリコン単結晶の製造方法。
    

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