JP4252258B2 - Ｓｏｉ基板のｈｆ欠陥評価方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法、詳しくはＳＯＩ基板をＨＦ溶液を使用してエッチングした際に検出されるＳＯＩ基板中のＨＦ欠陥（結晶欠陥）を評価する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＯＩ層と支持基板用ウェーハとの間に埋め込み酸化膜が介在されたＳＯＩ基板の欠陥の一種として、ＨＦ欠陥が知られている。ＨＦ欠陥とは、ＳＯＩ基板を４９ｗｔ％のＨＦ溶液に、室温で１０分間程度浸すことで検出されるＳＯＩ層中の結晶欠陥である。ＨＦ欠陥の形状的な特徴は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ＳＯＩ層１０の表面に存在するピットタイプのＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ Ｄｅｆｅｃｔｓ：微小欠陥）１０ａと、このＬＰＤ１０ａの直下の埋め込み酸化膜２０の部分に形成されたＬＰＤ１０ａより若干大径な円筒形状の微小空洞２０ａとが連通している点である。この微小空洞２０ａは、走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）などで観察した際、同心円状のコントラストとして視認することができる。このようなＨＦ欠陥が発生するのは、まずＳＯＩ層１０の表面に存在するピットタイプのＬＰＤ１０ａを通して、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜２０に浸透する。そして、この浸透したＨＦ溶液により、ＬＰＤ１０ａの直下の埋め込み酸化膜２０が部分的にエッチングされるためである。
【０００３】
このＨＦ欠陥の発生原因としては、ＳＯＩ層１０中に存在するＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）、転位、ＴＳＦ（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒａｌ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）、金属汚染によりＳＯＩ層１０に形成されたシリサイドなどが挙げられる。
これらの欠陥が、ＳＯＩ基板製造の高温アニール工程、洗浄工程および薄膜化工程などにおいて、ウェーハ表面にピットを形成すると考えられる。これらのピットのうち、ＳＯＩ層１０と埋め込み酸化膜２０との界面と、ウェーハ表面とを連通するものがＨＦ欠陥であると考えられる。なお、このＨＦ欠陥はＳＯＩ層１０の層厚に依存し、この層厚が０．２μｍ以下にあっては、薄くなるほど高密度にＨＦ欠陥が発生することが分かっている。これは、前述したようにＨＦ欠陥を形成するには、ＳＯＩ層１０と埋め込み酸化膜２０との界面と、ウェーハ表面とを連通するようなピットが形成されている必要があり、ＳＯＩ層１０の層厚が薄くなるほど、このピットがＳＯＩ層１０と埋め込み酸化膜２０との界面と、ウェーハ表面とを連通する確率が高くなるためである。従来、このＨＦ欠陥の評価方法としては、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＡＦＭ）、光学顕微鏡などを利用した目視によるものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとした課題】
しかしながら、このような走査型電子顕微鏡などを使用するＨＦ欠陥の評価では、いずれも観察エリアが小さな目視による評価となる。そのため、この評価に長時間を要していた。
ところで、近年では、ＭＯＳメモリの高集積化に伴ってＬＳＩの微細化が進み、６４〜２５６メガビットのＤＲＡＭを得るため、０．２μｍ以下の薄いＳＯＩ層１０を有する薄膜ＳＯＩ基板４０の需要が増大すると予測される。また、さらに集積度が高い１ギガビットのＤＲＡＭの要請が多くなれば、ＤＲＡＭの高集積化の観点から、ＳＯＩ基板の中でも薄膜ＳＯＩ基板４０の占める割合がさらに大きくなると考えられる。これを踏まえ、今日、薄膜ＳＯＩ基板４０の評価時に大きな問題となっているＨＦ欠陥を、短時間で高精度に評価することができる技術の開発が待望されている。
【０００５】
【発明の目的】
そこで、この発明は、ＨＦ欠陥を短時間で高精度に評価することができ、しかもＨＦ欠陥の分布を示すマップが得られるＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、０．０２〜０．５μｍの厚さのＳＯＩ層と、これを支持する支持基板用ウェーハとの間に埋め込み酸化膜が介在されたＳＯＩ基板の表面をパーティクルカウンタにより測定し、前記ＳＯＩ層表面の直径０．２μｍ以上の微小欠陥を検出する第１の測定工程と、この後、この第１の測定工程での測定結果に基づき、前記微小欠陥の分布を示す第１のマップを作成する第１のマッピング工程と、前記ＳＯＩ層の表面をＨＦ溶液によりエッチングするＨＦエッチング工程と、このＨＦエッチング後のＳＯＩ基板を、パーティクルカウンタにより測定し、このＨＦエッチング後の前記ＳＯＩ層の表面での直径が５μｍ以上の微小欠陥を検出する第２の測定工程と、この第２の測定工程での測定結果に基づき、前記微小欠陥の分布を示す第２のマップを作成する第２のマッピング工程と、前記第１のマップと第２のマップとを対比し、そのマップ上で合致した位置に存在する微小欠陥をＨＦ欠陥と判定するＨＦ欠陥判定工程とを備えたＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法である。
【０００７】
ＳＯＩ基板の種類は限定されない。例えば、(1) 支持基板用ウェーハに埋め込み酸化膜を介して貼り合わせた活性層用ウェーハを表面研削、表面研磨して薄膜のＳＯＩ層を形成した貼り合わせＳＯＩウェーハ、(2) このＳＯＩ層の薄膜化に選択エッチングを採用したＥＬＴＲＡＮＳＯＩウェーハ、(3) このＳＯＩ層の薄膜化に水素イオン剥離を採用したスマートカットＳＯＩウェーハ、または、(4) ＳＯＩ層の薄膜化に局所プラズマエッチングを採用したＰＡＣＥ−ＳＯＩウェーハ、(5) 単結晶シリコンウェーハ中に高濃度の酸素イオンを注入し、その後、高温熱処理によりシリコンと酸素とを反応させてシリコンウェーハ内に埋め込み酸化膜を形成するＳＩＭＯＸなどを採用することができる。活性層には、他の製法により作製されたウェーハに比べて、ウェーハ内部にＣＯＰが多量に存在するＣＺウェーハを採用した方が、この発明の効果が顕著となる。ＣＺウェーハとは、ＣＺ法によって引き上げられたシリコンインゴットに、所定のウェーハ加工を施して得られたシリコンウェーハである。
【０００８】
ＳＯＩ層の厚さは０．０２〜０．５μｍである。ただし、薄膜のＳＯＩ層の方が、この発明の効果が顕著となる。
微小欠陥（ＬＰＤ）は、大別すると、ウェーハ表面に付着したパーティクルなどの微細な異物（凸型の微小欠陥）、および、ＣＯＰおよびＨＦ欠陥などの微細なピット（凹型の微小欠陥）の２種類がある。
パーティクルカウンタとは、ウェーハ表面をレーザ光により走査し、微小欠陥からの光散乱強度を測定することにより、微小欠陥の位置と大きさを認識する装置である。ただし、薄膜のＳＯＩ層の場合には、レーザ光がＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面でも散乱することがある。そのため、例えばＨＦ欠陥の埋め込み酸化膜側の部分、すなわち外部には直接露出していない同心円状の微小空洞、および、その他の実体のない凹凸がノイズとして検出される。
【０００９】
レーザ光としては、ヘリウム−ネオンレーザ光、アルゴンレーザ光などを採用することができる。このようなレーザ光を収束して照射し、パーティクルからの散乱光を広い立体角でフォトマルチプライヤ（光電子増倍管）またはフォトダイオードにより受光するのが一般的である。受光に際しては、光ファイバ、積分球、楕円鏡、放物面鏡、広角レンズなどのいずれか、あるいは、これらを組み合わせた光学系などを用いて、散乱光を広い立体角で集光するように構成されている。
レーザスポットの走査方式には、大別してＸＹ走査方式と、螺旋回転方式の２通りがある。何れかによりウェーハ表面を全面走査することにより、所定のパーティクルマップ、ヒストグラム表示が得られる。
【００１０】
ＨＦエッチングとしては、ＳＯＩ基板をＨＦ溶液の中に浸漬する方法、ＨＦ溶液の液面にＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面だけを接触させる片面エッチングによる方法などが挙げられる。
ＨＦ溶液の温度は室温（１８〜２３℃）程度でよく、ＨＦ溶液は試薬をそのまま用いる。
第１のマップと第２のマップとのマッチングは、例えばパーティクルカウンタに組み込まれたモニタの画面上で行うことができる。
第１の測定工程で検出される微小欠陥のサイズは、直径０．２μｍ以上である。また、第２の測定工程で検出される微小欠陥のサイズは、直径５μｍ以上である。
【００１１】
また、前記第１の測定工程では、ＳＯＩ層の表面での直径０．２μｍ以上の微小欠陥を測定し、前記第２の測定工程では、ＨＦエッチング後のＳＯＩ層の表面での直径が５μｍ以上の微小欠陥を測定する請求項１に記載のＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法である。
第１の測定時に測定されるＬＰＤの大きさは、ＳＯＩ基板の種類、ＳＯＩ層の厚さ、埋め込み酸化膜の厚さに依存するが、０．２μｍ程度が好ましい。ＬＰＤが小さ過ぎると、ウェーハ全面にわたって多数のノイズを検出してしまい、実際のＬＰＤと区別し難くなる。
また、第２の測定時に測定されるＬＰＤの大きさは、前工程でのＨＦエッチング時間に依存する。しかしながら、５μｍ以上である。ＬＰＤが小さ過ぎると、ＨＦ欠陥ではない他のＬＰＤを検出してしまい、それらの欠陥とＨＦ欠陥との区別が困難になる。また、ＬＰＤが大き過ぎれば、ＬＰＤを見落とすおそれがある。
【００１２】
【作用】
この発明によれば、ＳＯＩ基板をＨＦエッチングする前にパーティクルカウンタを用いて作成された小さい微小欠陥の第１のマップと、ＨＦエッチング後にパーティクルカウンタを用いて作成された大きい微小欠陥の第２のマップとを対比し、合致したマップ上で同一位置にある微小欠陥だけをＨＦ欠陥と判定する。これにより、ＨＦ欠陥以外の微小欠陥も検出するパーティクルカウンタによる測定であるにもかかわらず、ＨＦ欠陥を高精度に評価することができる。
【００１３】
これに対して、ＨＦエッチング後の第２のマップだけでＨＦ欠陥を評価すると、ＨＦエッチング後から第２の測定までの間に、新たにパーティクルなどがＳＯＩ層の表面に付着し、それを検出するおそれがある。新たなパーティクルとしては、ＨＦ溶液により埋め込み酸化膜が空洞化した部分の直上部分に位置するＳＯＩ層の部分が欠落したものなどが挙げられる。
しかしながら、ＨＦエッチング前に測定した第１のマップでは、このような新しいパーティクルは検出されていない。したがって、第１のマップと第２のマップとを重ね合わせれば、ＨＦ欠陥とパーティクルとを容易に区別することができる。
【００１４】
さらに、ウェーハ表面のＬＰＤを測定する際、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面からの影響により、実体のない凹凸（ヘイズ）を検出するおそれがある。しかしながら、ＨＦエッチング後の第２の測定時に、比較的大きなサイズのＬＰＤを検出しているので、ヘイズはほとんど検出されない。仮に検出されても、ヘイズの発生位置はランダムで、第１の測定時の検出位置と一致することはほとんどない。
以上のことから、この発明の評価方法によれば、高い精度でＨＦ欠陥評価を行うことができる。さらには、ＨＦ欠陥の分布を示すマップも得られる。
また、パーティクルカウンタでは、その観測エリアがＳＯＩ層の全面となり、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡などに比べて大きい。そのため、ＳＯＩ層の全域のＨＦ欠陥を評価する時間が短縮される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。ここでは、ＳＯＩ基板として貼り合わせＳＯＩ基板を例にとる。
図１は、この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法を示すフローシートである。図２（ａ）は、この発明の一実施例に係る第１のマッピング工程で作成された第１のマップである。図２（ｂ）は、この発明の一実施例に係る第２のマッピング工程で作成された第２のマップである。図２（ｃ）は、この発明の一実施例に係るＨＦ欠陥判定工程で作成されたマッチングマップである。図２（ｄ）は、実際のＨＦ欠陥を示すマップである。
【００１６】
図１に示すように、この発明の一実施例の貼り合わせＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法は、主に、第１の測定、第１のマッピング、ＨＦエッチング、第２の測定、第２のマッピング、ＨＦ欠陥の判定という各工程から構成される。次に、これらの工程を詳細に説明する。
まず、ＨＦ欠陥が評価される貼り合わせＳＯＩ基板を作製する（Ｓ１００）。すなわち、ＣＺ法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットをスライスし、研磨して、直径２００ｍｍ、厚さ７００〜８００μｍの２枚の鏡面仕上げされたシリコンウェーハを用意する。このうち、活性層用ウェーハには、熱酸化炉を用いた熱酸化処理により、その露出面の全体に絶縁性のシリコン酸化膜が形成されている。次いで、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとを常温で重ね合わせ、貼り合わせウェーハを作製する。これにより、２枚のウェーハの間に埋め込み酸化膜が現出される。その後、この貼り合わせウェーハに、雰囲気ガスに酸素を使用し、加熱温度８００℃以上の貼り合わせ熱処理を施す。次に、活性層用ウェーハの外周部を研削し、貼り合わせ不良部分を除去する。それから、活性層用ウェーハを表面研削し、さらに表面研磨することで、厚さ２００μｍのＳＯＩ層を有する貼り合わせＳＯＩ基板が作製される。
【００１７】
次に、貼り合わせＳＯＩ基板のＳＯＩ層の表面に存在する０．２μｍ以上のＬＰＤを、パーティクルカウンタにより測定する第１の測定を施す（Ｓ１０１）。具体的には、ＳＯＩ層の表面を純水でリンスし、乾燥し、これをパーティクルカウンタの測定ステージに配置する。そして、パーティクルカウンタの発光部から発射されたＡｒレーザ光をいったん集光する。その後、Ａｒレーザ光をＳＯＩ層の表面に向かって照射し、さらにＳＯＩ層の表面でＡｒレーザ光を走査しながら、この表面で反射した散乱光の強度を測定する。これにより、ＳＯＩ層の表面に存在するＬＰＤが検出される。ここでは、パーティクルカウンタとして、テンコール社製の「Ｓｕｒｆｓｃａｎ−６２００」を使用している。測定されたＬＰＤのデータに基づき、ＳＯＩ層の表面におけるＬＰＤの分布を示す第１のマップが作成される（Ｓ１０２）。図２（ａ）に、作成された第１のマップを示す。第１のマップ中のＬＰＤには、評価の対象であるＨＦ欠陥以外に、ピットなどの凹型の微小欠陥と、パーティクルなどの凸型の微小欠陥と、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面の影響を受けた実体のない凹凸などのノイズを含んでいる。
【００１８】
それから、貼り合わせＳＯＩ基板を４９ｗｔ％、２０℃のＨＦ溶液に１０分間浸漬し、ＳＯＩ層の表面をＨＦエッチングする（Ｓ１０３）。これにより、ＳＯＩ層の表面に存在するピットタイプのＬＰＤを通して、ＨＦ溶液が埋め込み酸化膜に浸透する。そして、この浸透したＨＦ溶液により、ＬＰＤの直下の微小空洞形成部の埋め込み酸化膜が部分的にエッチングされる。これにより、微小空洞が大きくなる。しかも、このＨＦ溶液により、ＳＯＩ層の表面に付着したパーティクルなどの凸型のＬＰＤが除去される。
【００１９】
次に、第２の測定工程を行う。すなわち、ＨＦエッチング後の５μｍ以上のＬＰＤをパーティクルカウンタにより測定する（Ｓ１０４）。ここでは、第１の測定時のパーティクルカウンタを使用し、同様の操作で第１の測定時よりも欠陥サイズが大きいＬＰＤを測定する。得られたＬＰＤデータに基づき、５μｍ以上のＬＰＤの分布図である第２のマップを作成する（Ｓ１０５）。図２（ｂ）に、この第２のマップを示す。この第２のマップ中のＬＰＤには、ＨＦ欠陥以外に、ＨＦエッチング後から第２の測定時までにＳＯＩ層の表面に付着した５μｍ以上の凸型のＬＰＤ（パーティクルなど）を含んでいる。なお、第１の測定時に比べて、測定の対象となる欠陥サイズが大きくなるので、この第２の測定ではノイズである、ＳＯＩ層と埋め込み酸化膜との界面から影響を受けた実体のない凹凸がほとんど検出されない。仮に検出されたとしても、無秩序に発生するので、大半は第１の測定時とは異なる位置で検出される。
【００２０】
次いで、第１のマップと第２のマップとを対比し、ＨＦ欠陥を判定する（Ｓ１０６）。具体的には、パーティクルカウンタの制御部に組み込まれた第１のマップと第２のマップとのマッチング手段（図示せず）を使用する。すなわち、マッチング手段により第１のマップと第２のマップとを重ね合わせ、この重ね合わせ状態で合致した位置に存在するＬＰＤをＨＦ欠陥と判定する。この際、作成されたマッチングマップを図２（ｃ）に示す。
このようにＨＦ欠陥を判定するので、ＨＦ欠陥以外のＬＰＤを検出する可能性があるパーティクルカウンタを使用したＨＦ欠陥の測定にもかかわらず、ＨＦ欠陥を高精度に評価することができる。
【００２１】
すなわち、ＨＦエッチング後の第２のマップだけでＨＦ欠陥を評価すると、第２の測定時の欠陥サイズが第１の測定時より大きいことから、微細なピットは測定されない。また、第２の測定時に検出された前記実体のない凹凸であるノイズは、ほとんど第１の測定時とは異なる位置で検出されるので、マッチングによる選別によって除外される。さらには、ＨＦエッチング後から第２の測定までの間に、新たにＳＯＩ層の表面に付着したパーティクルなどの凸型のＬＰＤは、当然、ＨＦエッチング前の第１の測定時に測定された凸型のＬＰＤとは位置が異なる。その結果、同様にマッチングによる選別によって除外される。その結果、ＨＦ欠陥を高い精度で評価することができる。さらには、ＨＦ欠陥の分布を示すマップも得られる。
また、パーティクルカウンタは、その観測エリアが走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などに比べてＳＯＩ層の全面と、大きくなる。その結果、ＳＯＩ層の全域のＨＦ欠陥を評価するための時間を短縮することができる。
図２（ｄ）には、実際に光学顕微鏡を用いてＨＦ欠陥を実測したマップを示す。この実測マップを、図２（ｂ）に示すＨＦエッチング後の第２のマップと、図２（ｃ）に示すマッチングマップと対比する。その結果、この実測のマップは、第２のマップよりもマッチングマップの方に、酷似していることが判明した。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、ＨＦエッチング前の第１のマップと、ＨＦエッチング後の第２のマップとを対比し、合致したマップ上で同一位置にあるＬＰＤだけをＨＦ欠陥と判定するようにしたので、別種の凸型または凹型の微小欠陥を、ＨＦ欠陥として検出するおそれが少ない。また、パーティクルカウンタは、従来の走査型電子顕微鏡よりも観測エリアが大きい。その結果、ＨＦ欠陥を短時間で高精度に評価することができ、しかもＨＦ欠陥の分布を示すマップが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法を示すフローシートである。
【図２】（ａ）は、この発明の一実施例に係る第１のマッピング工程で作成された第１のＬＰＤマップである。
（ｂ）は、この発明の一実施例に係る第２のマッピング工程で作成された第２のマップである。
（ｃ）は、この発明の一実施例に係るＨＦ欠陥判定工程で作成されたマッチングマップである。
（ｄ）は、実際のＨＦ欠陥を示すマップである。
【図３】（ａ）は、ＳＯＩ基板のＨＦ欠陥を示す拡大平面図である。
（ｂ）は、ＳＯＩ基板のＨＦ欠陥を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０ 活性層、
１０ａ ＬＰＤ（微小欠陥）、
２０ 埋め込み酸化膜、
２０ａ 微小空洞、
３０ 支持基板用ウェーハ。

Claims (1)

1. ０．０２〜０．５μｍの厚さのＳＯＩ層と、これを支持する支持基板用ウェーハとの間に埋め込み酸化膜が介在されたＳＯＩ基板の表面をパーティクルカウンタにより測定し、前記ＳＯＩ層表面の直径０．２μｍ以上の微小欠陥を検出する第１の測定工程と、
   この後、この第１の測定工程での測定結果に基づき、前記微小欠陥の分布を示す第１のマップを作成する第１のマッピング工程と、
   前記ＳＯＩ層の表面をＨＦ溶液によりエッチングするＨＦエッチング工程と、
   このＨＦエッチング後のＳＯＩ基板を、パーティクルカウンタにより測定し、このＨＦエッチング後の前記ＳＯＩ層の表面での直径５μｍ以上の微小欠陥を検出する第２の測定工程と、
   この第２の測定工程での測定結果に基づき、前記微小欠陥の分布を示す第２のマップを作成する第２のマッピング工程と、
   前記第１のマップと第２のマップとを対比し、そのマップ上で合致した位置に存在する微小欠陥をＨＦ欠陥と判定するＨＦ欠陥判定工程とを備えたＳＯＩ基板のＨＦ欠陥評価方法。

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