JP2017224695A

JP2017224695A - シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法

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Publication number: JP2017224695A
Application number: JP2016118497A
Authority: JP
Inventors: 木村　明浩; Akihiro Kimura; 明浩木村; 孝世菅原; Takayo Sugawara
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2016-06-15
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-15
Also published as: JP6634962B2

Abstract

【課題】フォトルミネッセンス測定において、エピタキシャル層のドーパント濃度、欠陥、及び汚染などを正確かつ簡便に評価することができるシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法を提供する。【解決手段】単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜とシリコンエピタキシャルウェーハから移設されたシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを作製する工程と、作製したＳＯＩウェーハのシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、シリコンエピタキシャル層の評価を行う工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法及びシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法に関する。

ＣＩＳ（ＣＭＯＳイメージセンサー）やパワーデバイス向けの半導体ウェーハでは高ライフタイム化の要求があり、ライフタイムの低下を避けるために、ウェーハの低炭素化が求められている。また、ウェーハ面内の抵抗率を均一化することも求められている。従って、これらの用途に用いられるエピタキシャルウェーハ（ＥＰＷと表されることがある）においては、エピタキシャル層（ＥＰ層と表されることがある）の炭素やドーパント（ボロン、リンなど）、欠陥、不純物などの高精度の評価が求められている。

エピタキシャル層の評価方法のうち、ＦＴ−ＩＲでは炭素濃度測定は可能だが、透過法のためエピタキシャル層のみの評価ができないうえに、昨今の要求レベルに比べると測定感度が悪い。それに比べ、低温フォトルミネッセンス（ＰＬ）法は高感度である。また低温ＰＬ法はボロン、リンの濃度をそれぞれ独立して求めることができるため（非特許文献１）、上記の評価に適していると考えられる。

ＰＬ法について、以下で説明する。まず、バンドギャップよりも大きいエネルギーの光を励起源に用いて、励起光をシリコンウェーハに照射すると、励起された電子正孔対が形成される。これらが準安定状態を経由して再結合する際の発光（ルミネッセンス）を検出して、シリコンウェーハに存在する欠陥及び不純物を評価、定量する方法がＰＬ法である。

ＰＬ法では、励起光の波長に応じた侵入深さでの評価が行えるため、エピタキシャル層成長用の基板（シリコンウェーハ）上に形成したエピタキシャル層の評価に適用できると考えられる。例えば、５３２ｎｍの波長のレーザー光のシリコンへの侵入深さは０．８〜０．９μｍであり、それより厚いエピタキシャル層であれば、エピタキシャル層のみの評価は可能と考えられる。しかしながら、一般的に、励起光の侵入深さとはその強度が１／ｅになる深さのことであり、一部の光はより深い領域まで侵入する。また、形成された電子正孔対はシリコンウェーハ内を拡散する。従って、特にエピタキシャルウェーハの場合には、エピタキシャル層のみではなく、基板での発光までも検出されるとする文献が数多く存在する（特許文献１〜６）。

特許文献１には、基板をエッチングで除去してエピタキシャル層のみを残す方法が記載されている。特許文献２には、基板に低抵抗率基板を用いる方法が記載されている。特許文献３には、２種類の励起光でＰＬ測定を行い、拡散方程式を解いてエピタキシャル層のデータのみを抽出する方法が記載されている。特許文献４には、励起光の波長を変える方法が記載されている。特許文献５には、欠陥深さ位置とＰＬ強度の関係を温度別にシミュレーションし、また温度別にＰＬ測定を実際に行い、その比較から欠陥または汚染が存在する深さを求める方法が記載されている。さらに、特許文献６には、表面と裏面からＰＬを検出して、それらの差分からエピタキシャル層の欠陥を評価する方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では基板が無いのでエピタキシャル層のみの評価が可能であるが、基板が無い分、厚さが薄く、ハンドリングが難しい（エピタキシャル層が割れてしまう）。

特許文献２の方法では、基板表層の影響を受けるため、エピタキシャル層のみの評価はできない。

特許文献３の方法では、２種類の励起光でＰＬ測定するということは、測定工数が２倍掛かるということであり、拡散方程式を解くのも容易ではない。

特許文献４の方法では、上述のように励起光は侵入深さよりも深いところまで到達するし、また、電子正孔対はウェーハ内を拡散するので、励起光の波長を変えたところでエピタキシャル層のみの評価はできない。

特許文献５の方法では、温度別深さ依存グラフを作るのは手間が掛かるのに加え、その具体的な方法が開示されておらず、不明である。さらには、温度別にＰＬ測定することも多大な工数を要する。

特許文献６の方法では、表面から測定した時の測定深さと、裏面から測定した時の測定深さは当然異なっており、バルク（基板）の欠陥や汚染には深さ分布があるため、両面からのＰＬデータの差分を取っても、エピタキシャル層のデータとはならない。

特公平７−３２１８２号公報特開平８−１３９１４６号公報特開２００２−８３８５２号公報特開２０１４−１９９２５３号公報特開２０１１−６０８６１号公報特開２００８−１９８９１３号公報

ＪＩＳＨ０６１５

上記のように、ＰＬ法を用いたシリコンエピタキシャル層の欠陥や汚染の評価において、評価対象のシリコンエピタキシャル層以外の基板部分等の影響を排除し、簡便な方法で評価を行うことは困難であるという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、フォトルミネッセンス測定において、エピタキシャル層のドーパント濃度、欠陥、及び汚染などを正確かつ簡便に評価することができるシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法を提供することを目的とする。また、本発明は、エピタキシャル層の欠陥や汚染を低減したシリコンエピタキシャルウェーハを製造可能な製造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、シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法であって、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と前記シリコンエピタキシャルウェーハから移設された前記シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを作製する工程と、該作製したＳＯＩウェーハの前記シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記シリコンエピタキシャル層の評価を行う工程とを有することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法を提供する。

このように、ＳＯＩ層を評価対象のシリコンエピタキシャル層のみから構成すれば、シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層の表面からフォトルミネッセンス測定を行うことで、励起光によりシリコンエピタキシャル層内部で生成された電子正孔対は埋め込み絶縁膜を通過することができずに、シリコンエピタキシャル層内で再結合する。よって、電子正孔対のベース基板への拡散の影響をほぼ排除することができ、シリコンエピタキシャル層のみの評価を簡便に精度よく行うことができる。また、埋め込み絶縁膜上には評価対象のシリコンエピタキシャル層のみが存在しているため、基本的に、シリコンエピタキシャル層からの測定情報のみを得ることができ、正確な評価を行うことができる。

また、本発明のエピタキシャル層の評価方法では、前記シリコンエピタキシャル層の評価を行う工程の前に、調査用ＳＯＩウェーハとして、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と該ベース基板と導電型が異なる単結晶シリコンからなるＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを、該ＳＯＩ層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程を有し、前記複数枚準備した調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行い、該フォトルミネッセンス測定に用いられる励起光が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡを求め、前記ＳＯＩウェーハを作製する工程において、前記移設されるシリコンエピタキシャル層の厚さを前記Ａ以上として、前記ＳＯＩウェーハを作製することが好ましい。

このように、励起光がベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡを求め、Ａ以上の厚さの評価対象のエピタキシャル層をベース基板上の埋め込み絶縁膜上に移設させてフォトルミネッセンス測定を行うようにすれば、ベース基板に励起光が到達しないため、ベース基板内での発光の影響を排除することができ、より正確にエピタキシャル層の評価を行うことができる。

また、前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハに対するフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記ベース基板の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることができる。

このような基準で厚さＡを求めて、その厚さ以上の評価対象のシリコンエピタキシャル層を有するＳＯＩウェーハを作製すれば、そのベース基板の影響を受けずに、評価対象のシリコンエピタキシャル層のドーパント濃度、不純物汚染、欠陥などをより高精度に検出することができる。また、簡便に評価対象のシリコンエピタキシャル層の評価を行うことができる。

また、前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からフォトルミネッセンス測定を行うのに加えて、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からもフォトルミネッセンス測定を行い、前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることができる。

このような基準で厚さＡを求めて、その厚さ以上の評価対象のシリコンエピタキシャル層を有するＳＯＩウェーハを作製すれば、ベース基板の影響を受けずに、評価対象のシリコンエピタキシャル層のドーパント濃度、不純物汚染、及び欠陥などをより高精度に検出することができる。

また、本発明のエピタキシャル層の評価方法では、前記移設されたシリコンエピタキシャル層の厚さを１０μｍ以上とすることが好ましい。

このように、評価対象のシリコンエピタキシャル層の厚さを１０μｍ以上とすれば、励起光はベース基板まで到達しないため、シリコンエピタキシャル層のみの評価をより確実に行うことができる。

また、前記ＳＯＩウェーハを作製する工程において、前記ベース基板と前記シリコンエピタキシャル層の導電型を同一とすることが好ましい。

このようにすれば、シリコンエピタキシャル層の評価において、ベース基板及びシリコンエピタキシャル層の導電型とは逆の導電型のドーパントが検出された場合に、それはシリコンエピタキシャル層のメジャードーパントではなく、シリコンエピタキシャル層の成長工程で導入された汚染であると推定することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、上述したシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法で良品と判断された前記シリコンエピタキシャル層の成長条件を用いて、単結晶シリコンからなるウェーハの該単結晶シリコンウェーハ上に単結晶シリコンからなるシリコンエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法を提供する。

このような方法により、シリコンエピタキシャル層の欠陥や汚染を低減したシリコンエピタキシャルウェーハを確実に製造することができる。

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法によれば、シリコンエピタキシャル層のＰＬ測定において、ベース基板の影響を排除して、シリコンエピタキシャル層のみの欠陥や汚染を正確かつ簡便に評価することができる。また、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法によれば、確実に欠陥や汚染を低減したシリコンエピタキシャルウェーハを製造することができる。

本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法の一態様の工程フローを示す図である。評価対象のシリコンエピタキシャル層をＳＯＩ層として有するＳＯＩウェーハの構成を示す概略図である。本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法の別の態様の工程フローの一部を示す図である。調査用ＳＯＩウェーハの構成を示す概略図である。

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。

まず、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法の実施態様の一例（第１の実施態様）について、図１及び図２を参照して説明する。

本発明は、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜とシリコンエピタキシャルウェーハから移設されたシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを利用して、シリコンエピタキシャル層のみの評価をする方法である。

図１は、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法の工程フローを示す図である。また、図２は、本発明のエピタキシャル層の評価方法に利用する評価用のＳＯＩウェーハの構成を示す概略図である。

本発明の評価方法では、まず、図２のような単結晶シリコンからなるベース基板２と埋め込み絶縁膜３とシリコンエピタキシャルウェーハから移設されたシリコンエピタキシャル層のみからなるＳＯＩ層４とを有する評価用のＳＯＩウェーハ１を作製する（図１の（Ａ））。次に、ＳＯＩウェーハ１のシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層４の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、シリコンエピタキシャル層の評価を行う（図１の（Ｂ））。

図１の（Ａ）のＳＯＩウェーハの作製工程では、公知の技術を利用して、図２のようなＳＯＩウェーハ１を作製できる。作製手法は特に限定されないが、より具体的には、例えば、特開平７−２５４６８９号公報や特開平１１−３０７４１３号公報などに記載されているような貼り合わせ法によりＳＯＩウェーハ１を作製できる。貼り合わせ法とは、ベースウェーハとボンドウェーハを酸化膜等の絶縁膜を介して貼り合わせ、その後、ボンドウェーハを薄膜化してＳＯＩ層とすることで、ＳＯＩウェーハを作製する手法である。

本発明の場合、例えば以下の手順でＳＯＩウェーハ１を作製できる。まず、ボンドウェーハとして、シリコン単結晶から成る基板上にシリコンエピタキシャル層を成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを作製する。また、ベースウェーハとして、シリコン単結晶から成るベース基板を準備する。次に、シリコンエピタキシャルウェーハのシリコンエピタキシャル層側の面を、絶縁膜を介してベース基板に貼り合わせる。その後、貼り合わせたボンドウェーハを薄膜化して、埋め込み絶縁膜３上に所望の厚さのシリコンエピタキシャル層のみを残す。ボンドウェーハの薄膜化にはスマートカット法（商標登録）等を用いればよい。このようにしてボンドウェーハ（シリコンエピタキシャルウェーハ）からシリコンエピタキシャル層のみを移設して、シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層４を有するＳＯＩウェーハを作製できる。

また、シリコンエピタキシャルウェーハ作製時のシリコンエピタキシャル層の成長は、実際に評価したい成長条件で行うことが好ましい。さらに、ＳＯＩ層４が確実にシリコンエピタキシャル層のみとなるように、シリコンエピタキシャルウェーハには十分に厚いシリコンエピタキシャル層を成長させることが好ましい。

そして、本発明では、上記のような方法で作製したＳＯＩウェーハ１において、シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層４の評価を行う。図２に示すように、ＳＯＩウェーハ１のベース基板２とＳＯＩ層４の間には、埋め込み絶縁膜３が存在している。この埋め込み絶縁膜３としては、シリコン酸化膜（ＢｕｒｉｅｄＯｘｉｄｅ：ＢＯＸ）層を好適に用いることができる。励起光で励起された電子正孔対は絶縁膜（酸化膜）を透過できないので、埋め込み絶縁膜３の上の領域内で生成した電子正孔対は、その領域内で再結合する。従って、埋め込み絶縁膜３上のＳＯＩ層４の表面からＰＬ測定を行うことで、ベース基板２の影響をほぼ排除したシリコンエピタキシャル層（ＳＯＩ層４）のみの評価を行うことができる。また、本発明では、埋め込み絶縁膜３上にはシリコンエピタキシャル層のみが存在しており、基本的に、シリコンエピタキシャル層からの測定情報のみが得られるため、簡便に正確な評価を行うことができる。

なお、上記の特開平７−２５４６８９や特開平１１−３０７４１３には、ＳＯＩウェーハの品質向上の観点から、ＳＯＩ層が全てシリコンエピタキシャル層からなるＳＯＩウェーハが開示されている。ＳＯＩ層をチョクラルスキー法等で作製したシリコンウェーハではなく、エピタキシャル層から成るものとすればＳＯＩ層の品質が向上する。しかし、エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の品質評価を目的としたものではなく、ＳＯＩ層を全てシリコンエピタキシャル層としたＳＯＩウェーハを用いて評価することは、全く考えつかないことである。

また、本発明のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法の別の実施態様（第２の実施態様）について、さらに、図３及び図４を参照して説明する。この実施態様では、第１の実施態様における評価対象のシリコンエピタキシャル層（ＳＯＩ層４）の適切な厚さを予め求める。図３は、本発明のこの態様によるシリコンエピタキシャル層の評価方法の工程フローの一例を示す図である。また、図４はこの実施態様において用いる調査用ＳＯＩウェーハ１０の構成を示す概略図である。図３に示す本発明のシリコンエピタキシャル層の評価方法では、まず、上記第１の実施態様におけるシリコンエピタキシャル層の評価を行う工程（図１の（Ｂ））の前に、以下の工程を行う。

まず調査用ＳＯＩウェーハ１０として、単結晶シリコンからなるベース基板１２と埋め込み絶縁膜１３と該ベース基板１２と導電型が異なる単結晶シリコンからなるＳＯＩ層１５とを有するＳＯＩウェーハ（図４の構造）を、ＳＯＩ層１５の厚さｄが異なるようにして複数枚準備する（図３の（Ａ））。なお、調査用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５はシリコンエピタキシャル層のみで構成する必要はない。

そして、複数枚準備した調査用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行い（図３の（Ｂ））、該フォトルミネッセンス測定に用いられる励起光が、調査用ＳＯＩウェーハ１０のベース基板１２まで到達しないＳＯＩ層１５の厚さＡを求める（図３の（Ｃ））。

次に、評価対象のシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層４を有するＳＯＩウェーハ１を作製する工程において、移設されたシリコンエピタキシャル層の厚さをＡ以上としてＳＯＩウェーハ１を作製する（図３の（Ｄ））。ＳＯＩウェーハ１の作製については、上記と同様に、貼り合わせ法等を用いればよい。このとき、評価対象のシリコンエピタキシャル層は、実際に評価したい成長条件で成長させたものとすることが好ましい。

次に、作製したＳＯＩウェーハ１の、厚さがＡ以上のシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層４の表面から励起光を照射してＰＬ測定を行うことにより、シリコンエピタキシャル層の評価を行う（図３の（Ｅ））。

ＳＯＩ層の下に埋め込み絶縁膜が存在していても、励起光の一部はベース基板まで到達することがあり、ベース基板内で電子正孔対が生成され再結合することがある。この場合、検出したＰＬにはベース基板の欠陥や汚染の情報が含まれる。そこで、励起光の正確な到達深さ（励起光の強度が１／ｅになる深さではなく、励起光の強度がほぼゼロになる深さ）を把握しておくことが望ましい。

そのために、上記のように、評価用のＳＯＩウェーハとは別途用意した、調査用ＳＯＩウェーハ１０において、ＳＯＩ層１５とベース基板１２の導電型が異なり、かつ、ＳＯＩ層１５の厚さｄを変えた複数枚のＳＯＩウェーハを用意する。例えば、ＳＯＩ層１５をＮ型、ベース基板１２をＰ型（埋め込み絶縁膜がシリコン酸化膜である場合、この構造はＮ／ＢＯＸ／Ｐと表記できる）とすることができる。このような構造により、ＳＯＩ層１５とベース基板１２の導電型が異なっているので、ＰＬ測定の際にどちらに含まれているドーパントであるかを容易に区別することができる。上記のＮ／ＢＯＸ／Ｐ構造の場合、ＳＯＩ層１５の表面からＰＬ測定を行い、例えば、Ｐ型のベース基板１２のドーパントであるボロン濃度の測定値が十分に低くなるＳＯＩ層１５の厚さＡを求める。ＳＯＩ層１５側からのＰＬ測定においてボロン濃度の測定値が十分に低くなることは、すなわち、励起光がベース基板１２まで到達せずに、ＳＯＩ層１５内でほぼ全て吸収されたことを意味する。このように、励起光が埋め込み絶縁膜１３を透過してベース基板１２まで到達したか否かを、ベース基板１２と同じ導電型を示すドーパント濃度の測定値を基準にして判断することができる。従って、次のステップで評価対象のシリコンエピタキシャル層を評価する際には、厚さＡ以上のシリコンエピタキシャル層を有するＳＯＩウェーハを作製しておけば、励起光はベース基板２に到達せず、より確実にシリコンエピタキシャル層のみの評価が可能となる。

ここで、上記の厚さＡを求める際のさらに具体的な態様について説明する。上記の厚さＡを求める際に、調査用ＳＯＩウェーハ１０に対するＳＯＩ層１５の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、ベース基板１２と同じ導電型を示すドーパント濃度が、ベース基板１２の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる調査用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５の厚さを求め、その厚さを上記の厚さＡとすることができる。

一例として、調査用ＳＯＩウェーハ１０として、上記Ｎ／ＢＯＸ／Ｐの構造のＳＯＩウェーハを用いた場合を説明する。この場合、ベース基板１２はＰ型なので、ボロン濃度に着目する。調査用ＳＯＩウェーハ１０の裏面（ベース基板１２の表面）のボロン濃度は、ベース基板１２の抵抗率によって決まる。そして、ＰＬ測定において、調査用ウェーハ１０の表面（ＳＯＩ層１５側）から検出したボロン濃度が、ベース基板１２の抵抗率から求めたボロン濃度の５％以下であれば、励起光はベース基板１２まで到達しておらず、埋め込み絶縁膜１３の上のＳＯＩ層１５のみを評価していると判断できる。

また、上記の厚さＡを求める際のさらに具体的な態様として上記と別の態様について説明する。この場合、調査用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５の表面からフォトルミネッセンス測定を行うのに加えて、調査用ＳＯＩウェーハ１０のベース基板１２の表面からもフォトルミネッセンス測定を行うことができる。調査用ＳＯＩウェーハ１０のベース基板１２の表面のフォトルミネッセンス測定は、調査用ＳＯＩウェーハ１０を作製した後に、その裏面（すなわち、ベース基板１２の表面）について実施することもできるし、調査用ＳＯＩウェーハ１０を製造する前の状態のベース基板１２の表面について実施することもできる。

そして、調査用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、ベース基板１２と同じ導電型を示すドーパント濃度が、調査用ＳＯＩウェーハ１０のベース基板１２の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、ベース基板１２と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる調査用ＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５の厚さを求め、その厚さを上記の厚さＡとすることができる。

ここで、本発明者の調査によると、エピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層とベース基板の導電型が異なるＳＯＩウェーハの該エピタキシャル層を厚さを振って形成し、エピタキシャル層の表面からＰＬ測定した場合に、このＰＬ測定で検出されたベース基板と同じ導電型のドーパント濃度の測定値が、エピタキシャル層の厚さが厚くなるにつれて減少し、ベース基板のドーパント濃度の５％以下となると、その減少は指数関数のように非常に緩やかになった。これは、励起光がベース基板に到達せず、ＢＯＸ上のＳＯＩ層（エピタキシャル層のみで形成されている）だけを評価していることを意味している。このため、ベース基板と同じ導電型のドーパント濃度がベース基板のドーパント濃度の５％以下であるか否かを判断基準とすることで、励起光がベース基板に到達していないか、又は、到達しているかを判断できる。さらに、ドーパントの濃度がベース基板のドーパント濃度の３％以下、もしくは１％以下であれば、より確実に励起光がベース基板に到達していないと判断できる。

また、ＳＯＩウェーハを作製する工程において（図１の（Ａ）及び図３の（Ｄ））、評価対象のシリコンエピタキシャル層（ＳＯＩ層４）の厚さを、１０μｍ以上とすることができる。本発明者らは、ＰＬ法の励起光として波長５３２ｎｍの光を用いた場合、ＳＯＩ層の厚さが１０μｍあればベース基板まで励起光が到達しないことを確認した。より好ましくは、評価対象のシリコンエピタキシャル層の厚さを１５μｍ以上、さらには、２０μｍ以上とすることができる。

尚、ＰＬ測定における励起光が変われば、上記の方法で励起光の正確な到達深さ（励起光の強度がほぼ０になる深さ）を求め、それに応じた厚さのシリコンエピタキシャル層を設定すれば良い。例えば、紫外光などの波長の短い光を励起光に用いれば、シリコンへの到達深さ（及び侵入深さ）はより短くなり、より薄いシリコンエピタキシャル層の評価も可能となる。

また、ＳＯＩウェーハ１を作製する工程において、ベース基板２とシリコンエピタキシャル層の導電型を同一とすることができる。これにより、シリコンエピタキシャル層の評価で、シリコンエピタキシャル層に意図的に導入したドーパントと逆の導電型のドーパントが検出された場合、それは評価対象のシリコンエピタキシャル層の成長工程での汚染であると推定することができる。尚、シリコンエピタキシャル層の導電型がＰ型の場合、逆の導電型のドーパントとはリン、ヒ素等であり、シリコンエピタキシャル層の導電型がＮ型の場合、逆の導電型のドーパントとはボロン等である。

さらに、本発明では、上述したシリコンエピタキシャル層の評価方法で良品と判断されたシリコンエピタキシャル層の成長条件を用いて、単結晶シリコンからなるウェーハの該単結晶シリコンウェーハ上に単結晶シリコンからなるシリコンエピタキシャル層の成長を行うシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法が提供される。このような方法で製造されたシリコンエピタキシャルウェーハであれば、シリコンエピタキシャル層における欠陥や汚染をより確実に軽減することができる。

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）
実施例では、図３に示した第２の実施態様に従い、予め、ベース基板に励起光が到達しないシリコンエピタキシャル層の厚さを求めた。ここでは、ＰＬ測定の励起光として波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザーを用いた。この波長の光のシリコンへの侵入深さ（強度が１／ｅになる深さ）は０．８〜０．９μｍである。ＰＬ測定のサンプルは液体ヘリウムで４．２Ｋに冷却し、いわゆる低温ＰＬ法で測定した。

まず、励起光の正確な到達深さ（強度が１／ｅになる深さではなく、励起光の強度がほぼゼロになる深さ）を把握するため、上記のＮ／ＢＯＸ／Ｐの構造の調査用ＳＯＩウェーハ１０を複数枚準備した。これらのベース基板１２の抵抗率は１０Ωｃｍであり、この時のベース基板１２のボロン濃度は１．３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。ＳＯＩ層１５の抵抗率も１０Ωｃｍであり、この時のＳＯＩ層１５のリン濃度は４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であった。尚、ベース基板１２はＰ型単結晶シリコン基板、埋め込み絶縁膜１３はシリコン酸化膜、ＳＯＩ層１５はＮ型単結晶シリコンとした。

上記の複数枚の調査用ＳＯＩウェーハ１０におけるＳＯＩ層１５の厚さは４μｍ、１０μｍ、１５μｍの３水準とした。これらのＳＯＩ層１５を有するＳＯＩウェーハ１０についてＳＯＩ層１５の表面からＰＬ測定したところ、ＳＯＩ層１５の厚さが４μｍの場合はリンとボロンの両方が検出され、かつ、リンよりボロンの方が高濃度であった。この時のボロン濃度の測定値は３．３×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ベース基板１２のボロン濃度の２５％であった。ＳＯＩ層１５の厚さが１０μｍ及び１５μｍではいずれもボロン濃度の測定値はベース基板１２のボロン濃度の５％以下で、リンはＳＯＩ層１２の抵抗率に対応した濃度で検出された。以上の結果は、ＳＯＩ層１５の厚さが４μｍでは励起光はベース基板１２まで侵入し、そのドーパント（ボロン）も検出していることを意味しており、ＳＯＩ層１５の厚さが１０μｍ以上では励起光はベース基板１２まで到達せず、ＳＯＩ層１５のみの評価が行えていることを意味している。

また、ＳＯＩ層１５の厚さが３μｍ及び１０μｍのＰ／ＢＯＸ／Ｎの構造の調査用ＳＯＩウェーハ１０（すなわち、ベース基板１２がＮ型単結晶シリコン、埋め込み絶縁膜１３がシリコン酸化膜、ＳＯＩ層１５がＰ型単結晶シリコンである。）も準備し、同様の評価を行った。ベース基板１２の抵抗率は１０Ωｃｍであり、リン濃度は４．４×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。ＳＯＩ層１５の抵抗率も１０Ωｃｍであり、ボロン濃度は１．３×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３である。

これらのＳＯＩウェーハ１０のＳＯＩ層１５の表面からＰＬ測定を行った。ＳＯＩ層１５の厚さが３μｍの場合は、ボロンとリンの両方が検出され、かつ、ボロンよりリンの方が高濃度であった。この時のリン濃度の測定値は２．２×１０^１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、ベース基板１２のリン濃度の５０％であった。一方、ＳＯＩ層１５の厚さが１０μｍの場合は、リン濃度の測定値はベース基板１２のリン濃度の５％以下で、ボロンはＳＯＩ層１５の抵抗率に対応した濃度で検出された。すなわち、ＳＯＩ層１５の厚さが３μｍの場合は、励起光は埋め込み絶縁膜１３を透過してベース基板１２（Ｎ型、リンドープ）に到達するが、厚さが１０μｍの場合には、励起光はベース基板１２に到達せず、ＳＯＩ層１５のみの評価が行えていることが確認できた。即ち、励起光が調査用ＳＯＩウェーハのベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡ＝１０μｍであることが分かった。

以上の結果から、励起光の波長が５３２ｎｍのＰＬ測定では、評価対象のシリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層４を１０μｍ以上の厚さとすることで、埋め込み絶縁膜３により電子正孔対の拡散が防止されるのに加え、ベース基板２内で電子正孔対が生成されることがなく、ＰＬ法によるシリコンエピタキシャル層のみの評価が可能であることが分かった。

次に、以下のように、調査用ＳＯＩウェーハ１０とは別に、シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層を有するＳＯＩウェーハ１を作製した。まず、Ｐ型シリコン単結晶上にＰ型のシリコンエピタキシャル層を１５μｍ成長させてシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。そして、これをボンドウェーハとし、かつ、Ｎ型のシリコン単結晶ウェーハをベースウェーハとして、ＳＯＩ層４（シリコンエピタキシャル層）を１０μｍとしたＰ／ＢＯＸ／Ｎ構造のＳＯＩウェーハ１を作製した。シリコンエピタキシャル層の表面（Ｐ型）とＳＯＩウェーハ１の裏面（ベース基板１の表面、Ｎ型）の両方からＰＬ測定を行ったところ、シリコンエピタキシャル層の表面からはＰ型のドーパントであるボロンのみがシリコンエピタキシャル層の抵抗率に対応した濃度で検出された。一方、ＳＯＩウェーハ１の裏面（ベース基板１の表面）からはＮ型のドーパントであるリンのみがベース基板１の抵抗率に対応した濃度で検出された。以上より、評価対象のシリコンエピタキシャル層のみの評価が行えていることが確認できた。

また、上記のＰ／ＢＯＸ／Ｎ構造のＳＯＩウェーハ１とは別に、新たに、Ｐ／ＢＯＸ／ＰとなるＳＯＩウェーハ１を複数枚作製した。このＳＯＩウェーハ１の作製工程では、まず、Ｐ型シリコン単結晶上にＰ型のシリコンエピタキシャル層を１５μｍ成長させて、複数枚のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。なお、シリコンエピタキシャルウェーハは、リアクターのチャンバーメンテナンス前の時点のエピタキシャル成長装置でエピタキシャル成長を行ったものと、チャンバーメンテナンス後の時点のエピタキシャル成長装置でエピタキシャル成長を行ったものの、２種類のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。そして、これらをボンドウェーハとし、かつ、Ｐ型のシリコン単結晶ウェーハをベースウェーハとして、ＳＯＩ層４（シリコンエピタキシャル層）を１０μｍとしたＰ／ＢＯＸ／Ｐ構造のＳＯＩウェーハ１を複数枚作製した。その後、低温ＰＬ法でシリコンエピタキシャル層（ＳＯＩ層４）表面からドーパント濃度を測定した。

その結果、ＰＬ測定において、チャンバーメンテナンス前に成長させたエピタキシャル層のリン濃度より、チャンバーメンテナンス後に成長させたエピタキシャル層のリン濃度の方が低く検出され、このことからリアクターの清浄度が改善されたことが確認できた。

（比較例）
シリコンエピタキシャル層を成長させるウェーハとして、Ｐ型の単結晶シリコン基板を複数枚準備した。そして、実施例と同様にして、エピタキシャル成長装置のリアクターのチャンバーメンテナンス前後のそれぞれの時点で、準備したＰ型の単結晶シリコン基板上に、Ｐ型のエピタキシャル層を１０μｍの厚さで成長させ、２種類のシリコンエピタキシャルウェーハを作製した。その後、実施例と同様に励起光の波長が５３２ｎｍの低温ＰＬ法でエピタキシャル層の表面からドーパント濃度を測定した。

比較例では、チャンバーメンテナンス前後でリン濃度の測定値に大きな違いは見られず、また実施例よりも高濃度にリンが検出された。これは比較例では埋め込み絶縁膜がないので、エピタキシャル層成長用の基板として用いたＰ型の単結晶シリコン基板に含まれている不純物のリンも検出されてしまったためと考えられる。

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。

１…（評価用の）ＳＯＩウェーハ、
２、１２…ベース基板、３、１３…埋め込み絶縁膜、
４…（評価対象の）シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層、
１０…調査用ＳＯＩウェーハ、１５…（調査用ＳＯＩウェーハの）ＳＯＩ層。

Claims

シリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法であって、
単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と前記シリコンエピタキシャルウェーハから移設された前記シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを作製する工程と、
該作製したＳＯＩウェーハの前記シリコンエピタキシャル層のみから成るＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行うことにより、前記シリコンエピタキシャル層の評価を行う工程と
を有することを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法。
前記シリコンエピタキシャル層の評価を行う工程の前に、
調査用ＳＯＩウェーハとして、単結晶シリコンからなるベース基板と埋め込み絶縁膜と該ベース基板と導電型が異なる単結晶シリコンからなるＳＯＩ層とを有するＳＯＩウェーハを、該ＳＯＩ層の厚さが異なるようにして複数枚準備する工程を有し、
前記複数枚準備した調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面から励起光を照射してフォトルミネッセンス測定を行い、
該フォトルミネッセンス測定に用いられる励起光が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板まで到達しないＳＯＩ層の厚さＡを求め、
前記ＳＯＩウェーハを作製する工程において、前記移設されるシリコンエピタキシャル層の厚さを前記Ａ以上として、前記ＳＯＩウェーハを作製することを特徴とする請求項１に記載のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法。
前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハに対するフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記ベース基板の抵抗率から求められるドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることを特徴とする請求項２に記載のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法。
前記厚さＡを求める際に、前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からフォトルミネッセンス測定を行うのに加えて、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からもフォトルミネッセンス測定を行い、
前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度が、前記調査用ＳＯＩウェーハのベース基板の表面からのフォトルミネッセンス測定により検出された、前記ベース基板と同じ導電型を示すドーパント濃度の５％以下となる前記調査用ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の厚さを求め、該厚さを前記厚さＡとすることを特徴とする請求項２に記載のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法。
前記移設されたシリコンエピタキシャル層の厚さを１０μｍ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エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法。
前記ＳＯＩウェーハを作製する工程において、前記ベース基板と前記シリコンエピタキシャル層の導電型を同一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エピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のシリコンエピタキシャルウェーハのエピタキシャル層の評価方法で良品と判断された前記シリコンエピタキシャル層の成長条件を用いて、単結晶シリコンからなるウェーハの該単結晶シリコンウェーハ上に単結晶シリコンからなるシリコンエピタキシャル層の成長を行うことを特徴とするシリコンエピタキシャルウェーハの製造方法。