JP4442446B2 - 選択エッチング方法 - Google Patents
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Description
本発明は、例えばチョクラルスキー法から作製したシリコン単結晶基板の選択エッチング方法及びシリコン単結晶基板に関する。
近年、半導体集積回路ではその集積度が著しく向上し、性能・信頼性・歩留まりが高い集積回路を得るためには、機械的な精度だけでなく、電気的な特性についてもより優れていることが要請されるようになってきている。それに伴い半導体集積回路等のデバイスを作製するために用いられるシリコン単結晶基板（以下、単に基板ということがある。）の品質に対し、より厳しい条件が課せられるようになり、結晶品質のより優れたシリコン単結晶基板を製造することが求められている。
シリコン単結晶をシリコン等の半導体の多結晶材料から得る方法として、多結晶材料をいったん融解し、種結晶を原料融液から引き上げることによりシリコン単結晶を得るチョクラルスキー法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ法、以下ＣＺ法と略す。引上げ法ともいう。）がある。このＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶が、スライスされ、ラッピング、面取り、研磨等を施されることにより、シリコン単結晶基板が作製される。このシリコン単結晶基板に高温熱処理を施して基板表面近傍を極力無欠陥化すると、デバイスの品質を向上させることができる。その特徴を最も生かした基板が、表面無欠陥層（Ｄｅｎｕｄｅｄ Ｚｏｎｅ層、ＤＺ層）を持つ基板であり、その優位性はほぼ証明されている。
一方、基板のバルク部には、酸素析出物等からなる内部微小欠陥（Ｂｕｌｋ Ｍｉｃｒｏ Ｄｅｆｅｃｔｓ、以下ＢＭＤと略す）を高密度に形成することによって、重金属等の不純物を捕獲するゲッタリング能力の増強が求められている。例えば、基板にデバイス形成熱処理を行う際、基板が重金属等の不純物の汚染にさらされる機会ははなはだ多く、その重金属がデバイス動作に悪影響を及ぼすため、それらをデバイス形成領域である表面近傍から除去する必要がある。その要求に応える方法として、ゲッタリング技術がある。
種々のゲッタリング技術の中に、イントリンシックゲッタリング（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ）と呼ばれる方法がある（インターナルゲッタリングとも呼ばれる）。
この方法は、析出熱処理を施して素子形成に利用されないシリコン単結晶基板のバルク中にＢＭＤを形成し、当該ＢＭＤを重金属等の不純物のゲッターサイトとして利用する方法である。例えば、ＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶は製造段階にて不可避的に酸素を含有するが、その酸素濃度の制御は可能であり、目的に応じて種々の酸素濃度を持つシリコン単結晶基板を作製することができる。このようなシリコン単結晶基板に熱処理を行うと、結晶中に含まれている酸素が析出して、基板内部に酸素析出物等からなるＢＭＤが形成される。このＢＭＤの周囲には結晶格子の歪みを少なからず含んでおり、この歪みに重金属等の不純物が捕獲される。
この方法は、析出熱処理を施して素子形成に利用されないシリコン単結晶基板のバルク中にＢＭＤを形成し、当該ＢＭＤを重金属等の不純物のゲッターサイトとして利用する方法である。例えば、ＣＺ法によって育成されたシリコン単結晶は製造段階にて不可避的に酸素を含有するが、その酸素濃度の制御は可能であり、目的に応じて種々の酸素濃度を持つシリコン単結晶基板を作製することができる。このようなシリコン単結晶基板に熱処理を行うと、結晶中に含まれている酸素が析出して、基板内部に酸素析出物等からなるＢＭＤが形成される。このＢＭＤの周囲には結晶格子の歪みを少なからず含んでおり、この歪みに重金属等の不純物が捕獲される。
シリコン単結晶基板中への酸素析出物の形成は、ｐ型基板の場合は電気抵抗率が低いほど起こりやすく、ｎ型基板の場合は電気抵抗率が低いほど起こり難い。近年、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ（０．０１Ω・ｃｍ）未満の超低抵抗の基板が多用されるようになり、当該超低抵抗の基板中に形成されるＢＭＤ密度制御の重要性が高まってきている。
ＢＭＤの評価方法として、赤外線レーザーを基板中に照射し、ＢＭＤで散乱した光を観察する赤外散乱トモグラフ法が知られているが、基板の電気抵抗率が低下するほど赤外線の透過率が低下するので、１０ｍΩ・ｃｍ未満ではその測定精度がかなり低下する。また、基板の電気抵抗率が５ｍΩ・ｃｍ以下になると、赤外散乱トモグラフ法でＢＭＤの評価をすることが実質的にできなくなる。
結晶欠陥を選択エッチングにより化学的に検出する方法として、Ｓｅｃｃｏ液、Ｓｉｒｔｌ液、Ｗｒｉｇｈｔ液がよく知られている。ただし、これらの選択エッチング液は有害なクロムを含有するため、その廃液処理が問題となる。そこで、クロムを含有しない、いわゆるクロムレスエッチング液が開発されている（特許文献１、特許文献２、及び特許文献３）。
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載のエッチング液組成では、超低抵抗の基板を選択エッチングしてＢＭＤを検出することは難しい。また、特許文献３に記載のエッチング方法はＳＯＩ基板の結晶欠陥評価方法であり、超低抵抗基板の表面を選択エッチングしてＢＭＤを顕在化するための最適化がなされていない。
非特許文献１には、クロムを含まない選択エッチング液として、フッ酸、硝酸、酢酸及び水を成分とするＡ液〜Ｄ液が規定されている。ただし、これらは、電気抵抗率が２０ｍΩ・ｃｍよりも高いシリコン単結晶基板に対しては有効であるが、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満の超低抵抗のシリコン単結晶基板に対しては選択エッチング性が極めて低く、ＢＭＤの評価に適していない。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、従来容易には検出することができなかった電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥、特にＢＭＤを、有害なクロムを含有しないクロムレスのエッチング液を用いて選択エッチングすることにより顕在化して評価し、利用することを可能にする、選択エッチング方法及び当該選択エッチング方法を用いることにより初めて有効性が確認できたシリコン単結晶基板を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明によれば、容量組成が、０．０２以上０．１以下のフッ酸と、０．５以上０．６以下の硝酸と、０．２以上０．２５以下の酢酸と、水とを少なくとも含有する選択エッチング液を用いて、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコン単結晶基板を０．１μｍ／ｍｉｎより大きな速度でエッチングし、前記シリコン単結晶基板の表面にＢＭＤを顕在化させることを特徴とする選択エッチング方法が提供される。
このように、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板の表面をエッチングする際に、酸化剤であり結晶欠陥部分での酸化速度を速める効果を有する硝酸の比率が大きいためエッチングの選択性が高い上記のエッチング液を用いることにより、優れた選択エッチング能力を発揮させることができる。また、エッチング液の容量組成が、０．０２以上０．１以下のフッ酸と、０．５以上０．６以下の硝酸と、０．２以上０．２５以下の酢酸と、水とを少なくとも含有する選択エッチング液を用いて０．１μｍ／ｍｉｎより大きな速度でエッチングすることにより、効率的かつ高精度に超低抵抗のシリコン単結晶基板中のＢＭＤを顕在化させることができる。特に、ＢＭＤを光学顕微鏡で容易に検出できるレベルまで大きく顕在化させるために、前記シリコン単結晶基板のエッチング速度を０．１μｍ／ｍｉｎより大となるように調整することが有効である。これにより、従来容易には検出することができなかった電気抵抗率１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥、特にＢＭＤを、有害なクロムを含有しないクロムレスのエッチング液を用いて選択エッチングすることにより顕在化し、評価することが可能になる。なお、上記エッチング液および以下に述べるエッチング液において、フッ酸は濃度４９〜５０重量％、硝酸は濃度６０〜６２重量％、酢酸は濃度９９〜１００重量％のものを使用し、これらの容量比を上記のような比率にする。
また、前記シリコン単結晶基板を１．５μｍ／ｍｉｎ以下の速度でエッチングすることが好ましい。
このように、エッチング速度を１．５μｍ／ｍｉｎ以下となるように調整することにより、エッチピットと基板表面の境界がダレることなく明瞭であり、光学顕微鏡での検出が容易となる。
このように、エッチング速度を１．５μｍ／ｍｉｎ以下となるように調整することにより、エッチピットと基板表面の境界がダレることなく明瞭であり、光学顕微鏡での検出が容易となる。
そして、前記選択エッチング液にヨウ素又はヨウ化物を添加することが好ましい。
このようにヨウ素又はヨウ化物を添加することにより、エッチング速度を高めることができ、また、エッチング中に基板表面に不飽和酸化膜及びステイン膜であるシミが発生するのを抑えることができる。なお、通常入手可能な超低抵抗基板の電気抵抗率は０．１ｍΩ・ｃｍ以上である。
このようにヨウ素又はヨウ化物を添加することにより、エッチング速度を高めることができ、また、エッチング中に基板表面に不飽和酸化膜及びステイン膜であるシミが発生するのを抑えることができる。なお、通常入手可能な超低抵抗基板の電気抵抗率は０．１ｍΩ・ｃｍ以上である。
さらに本発明によれば、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコン単結晶基板の表面を選択エッチングして、該基板表面にＢＭＤを顕在化させるためのエッチング液であって、少なくともフッ酸、硝酸、酢酸及び水が混合した混合液であって、前記硝酸のエッチング液中の容量比が最大のものであり、かつ、前記シリコン単結晶基板のエッチング速度が０．１μｍ／ｍｉｎより大となるように調整されたものであることを特徴とする選択エッチング液が提供できる。
このような特徴を有する選択エッチング液であれば、酸化剤であり結晶欠陥部分での酸化速度を速める効果を有する硝酸の比率が大きいため、エッチングの選択性が高く、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板の表面をエッチングする際において、優れた選択エッチング能力を発揮し、基板表面にＢＭＤを顕在化させることができる。また、このような選択エッチング液には、有害なクロムが含有されていないために、地球環境や人体に及ぼす影響、廃液等に対して考慮する必要が無く、簡易に超低抵抗のシリコン単結晶基板の選択エッチングを行うことができる。さらに、ＢＭＤを光学顕微鏡で容易に検出できるレベルまで大きく顕在化させるために、前記シリコン単結晶基板のエッチング速度が０．１μｍ／ｍｉｎより大となるように調整する。
このとき、前記エッチング液は、その容量組成が、０．０２以上０．１以下のフッ酸と、０．５以上０．６以下の硝酸と、０．２以上０．２５以下の酢酸と、水とを少なくとも含有することが好ましい。
このような割合でエッチング液の容量組成が調整されていることによって、適切なエッチング速度及び優れた選択性を有するエッチング液で、効率的かつ高精度に超低抵抗のシリコン単結晶基板の選択エッチングを行うことができるものとなる。
このような割合でエッチング液の容量組成が調整されていることによって、適切なエッチング速度及び優れた選択性を有するエッチング液で、効率的かつ高精度に超低抵抗のシリコン単結晶基板の選択エッチングを行うことができるものとなる。
また、前記シリコン単結晶基板のエッチング速度は、１．５μｍ／ｍｉｎ以下となるように調整されたものであることが好ましい。
このようなエッチング速度に調整することにより、ＢＭＤと基板表面の境界がダレることなく明瞭であり、光学顕微鏡での検出が容易であるものとできる。
このようなエッチング速度に調整することにより、ＢＭＤと基板表面の境界がダレることなく明瞭であり、光学顕微鏡での検出が容易であるものとできる。
そして、前記選択エッチング液は、ヨウ素又はヨウ化物が添加されたものであることが好ましい。
このようにヨウ素又はヨウ化物が添加されることにより、エッチング速度を高めることができる。
このようにヨウ素又はヨウ化物が添加されることにより、エッチング速度を高めることができる。
さらに本発明によれば、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコン単結晶基板を選択エッチング液中に浸漬して基板表面の選択エッチングを行い、該基板内部に形成されたＢＭＤを基板表面に顕在化させて観察することにより、シリコン単結晶基板のＢＭＤを評価する方法であって、前記シリコン単結晶基板の選択エッチングを、本発明の選択エッチング方法で行い、その後シリコン単結晶基板の表面のＢＭＤを評価することを特徴とするシリコン単結晶基板の結晶欠陥評価方法が提供できる。
このように、本発明のシリコン単結晶基板の選択エッチング方法を用いることにより、従来容易には検出することができなかった電気抵抗率１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板の内部に形成された結晶欠陥、特にＢＭＤを、該基板表面に顕在化させることができ、これを観察することにより評価することが可能になる。
このとき、前記選択エッチングを行う前に、前記シリコン単結晶基板の熱処理を行うことが好ましい。
このように、前記選択エッチングを行う前に、前記超低抵抗のシリコン単結晶基板の熱処理を行うことにより、例えば結晶中に含まれている酸素が析出して、基板内部に酸素析出物からなる内部微小欠陥（ＢＭＤ）が形成される。このＢＭＤの周囲には、重金属等の不純物が捕獲される結晶格子の歪みが、少なからず含まれており、シリコン単結晶基板のゲッタリング能力の増強に寄与する。そして、熱処理を行うことによりＢＭＤを形成させた超低抵抗のシリコン単結晶基板を、本発明の選択エッチング方法で選択エッチングし、その後、前記超低抵抗のシリコン単結晶基板表面の結晶欠陥を評価することができる。
このように、前記選択エッチングを行う前に、前記超低抵抗のシリコン単結晶基板の熱処理を行うことにより、例えば結晶中に含まれている酸素が析出して、基板内部に酸素析出物からなる内部微小欠陥（ＢＭＤ）が形成される。このＢＭＤの周囲には、重金属等の不純物が捕獲される結晶格子の歪みが、少なからず含まれており、シリコン単結晶基板のゲッタリング能力の増強に寄与する。そして、熱処理を行うことによりＢＭＤを形成させた超低抵抗のシリコン単結晶基板を、本発明の選択エッチング方法で選択エッチングし、その後、前記超低抵抗のシリコン単結晶基板表面の結晶欠陥を評価することができる。
このように、本発明のシリコン単結晶基板の選択エッチング方法を用いることにより、従来検出することができなかった超低抵抗領域でのＢＭＤの特性を評価し、利用することが可能となる。これにより本発明によれば、シリコン単結晶基板であって、電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにボロンがドープされ、１×１０１０ｃｍ−３以上のＢＭＤ密度を有することを特徴とするシリコン単結晶基板が提供される。
ここで、ボロンがドープされた超低抵抗のシリコン単結晶基板では、その電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下になると、電気抵抗率を少し変化させることでＢＭＤ密度を大幅に変化させることができる。即ち、電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにボロンがドープされ、高いゲッタリング能力が期待できる１×１０１０ｃｍ−３以上のＢＭＤ密度を有するシリコン単結晶基板であれば、析出熱処理条件や酸素濃度を変化させず、かつ、電気抵抗率をわずかに変更するだけで、実質的な電気抵抗率特性をほぼ一定範囲に保ちながら、酸素析出物密度を変化させることができる。なお、電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍよりも高い領域では、ＢＭＤ密度は電気抵抗率の低下に伴って単調増加するに留まる。
さらに、本発明によれば、前記シリコン単結晶基板であって、ＢＭＤ密度が１×１０１１ｃｍ−３以下であることが好ましい。
このように１×１０１１ｃｍ−３以下であれば、ＢＭＤ密度が高すぎて前記シリコン単結晶基板が反ることもなく、超低抵抗で高いゲッタリング能力を有する一方で、機能的で高い実用性を維持することができる。
このように１×１０１１ｃｍ−３以下であれば、ＢＭＤ密度が高すぎて前記シリコン単結晶基板が反ることもなく、超低抵抗で高いゲッタリング能力を有する一方で、機能的で高い実用性を維持することができる。
以上のように、本発明の選択エッチング方法は、従来容易には検出することができなかった電気抵抗率１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板の結晶欠陥、特にＢＭＤの特性を、有害なクロムを含有しないクロムレスのエッチング液を用いて選択エッチングすることにより評価し、利用することを可能にする。
以下、本発明に係る選択エッチング方法及びシリコン単結晶基板の実施形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は、本発明のシリコン単結晶基板の選択エッチング方法を示す概略工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法によりボロンが添加されて電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコン単結晶基板１を準備する。シリコン単結晶基板１中には、結晶引上げ工程においてシリコン単結晶が成長してから室温まで冷却される間に形成された酸素析出核１１が存在する。
図１は、本発明のシリコン単結晶基板の選択エッチング方法を示す概略工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、ＣＺ法によりボロンが添加されて電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコン単結晶基板１を準備する。シリコン単結晶基板１中には、結晶引上げ工程においてシリコン単結晶が成長してから室温まで冷却される間に形成された酸素析出核１１が存在する。
次に、ボロンが添加された前記超低抵抗のシリコン単結晶基板１を図示しない熱処理炉に投入し、例えば酸化性雰囲気中、４５０℃以上７５０℃以下の低温熱処理を所定時間施すことにより酸素析出核１１を十分に形成させ、さらに、例えば８００℃以上１１００℃未満の中温熱処理を施すことにより、酸素析出核１１をＢＭＤ１２に成長させる（図１（ｂ）：析出熱処理工程）。これにより、基板１内部にＢＭＤ１２が形成される。このＢＭＤの周囲には、重金属等の不純物が捕獲される結晶格子の歪みが少なからず含まれており、シリコン単結晶基板１のゲッタリング能力の増強に寄与する。
この低温熱処理を行う際の酸化性雰囲気は、例えば乾燥酸素が窒素等の不活性ガスで希釈されてなる雰囲気とできるが、乾燥酸素１００％の雰囲気でもよい。また、前記低温熱処理及び中温熱処理の温度及び時間は、超低抵抗のシリコン単結晶基板１中の酸素析出物１２の密度が、少なくとも５×１０９ｃｍ−３以上、より望ましくは１×１０１０ｃｍ−３以上１×１０１１ｃｍ−３以下となるようにするのが好ましい。５×１０９ｃｍ−３未満の場合は十分なゲッタリング能力が期待できず、１×１０１１ｃｍ−３より大とすると基板が反る原因になるからである。
さらに、ボロンが添加された前記超低抵抗のシリコン単結晶基板１を選択エッチング液２１中に浸漬して基板表面の選択エッチングを行い、該基板１の表面にＢＭＤを顕在化させる。本発明では、前記エッチング液として、容量組成が、０．０２以上０．１以下のフッ酸と、０．５以上０．６以下の硝酸と、０．２以上０．２５以下の酢酸と、水とを少なくとも含有するものであり、かつ、前記超低抵抗のシリコン単結晶基板１のエッチング速度が０．１μｍ／ｍｉｎより大となるように調整した選択エッチング液２１を用いる（図１（ｃ）：選択エッチング工程）。選択エッチング液２１は、その容量組成が、０．０２以上０．１以下のフッ酸と、０．５以上０．６以下の硝酸と、０．２以上０．２５以下の酢酸と、水とを少なくとも含有する。これにより、適切なエッチング速度及び優れた選択性を有する選択エッチング液２１で、効率的かつ高精度に超低抵抗のシリコン単結晶基板１の表面にＢＭＤを顕在化させることができる。より具体的には容量組成は、例えば０．０４のフッ酸と、０．５４の硝酸と、０．２１の酢酸と、該酢酸と同容量の水（フッ酸：硝酸：酢酸：水＝１：１５：６：６）とすることができる。
これにより、従来容易には検出することができなかった電気抵抗率１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板１の結晶欠陥、特にＢＭＤの特性を、有害なクロムを含有しないクロムレスの選択エッチング液２１を用いて選択エッチングすることにより評価することが可能になる。
また、ボロンがドープされた前記超低抵抗のシリコン単結晶基板１ではその電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下になると、電気抵抗率を少し変化させることでＢＭＤ密度を大幅に変化させることができる。本発明の選択エッチング方法を用いることにより、電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにボロンがドープされ、高いゲッタリング能力が期待できる１×１０１０ｃｍ−３以上のＢＭＤ密度を有するシリコン単結晶基板を見出すことができるようになり、析出熱処理条件や酸素濃度を変化させず、かつ、実質的な電気抵抗率特性をほぼ一定に保ちながら、ＢＭＤ密度を変化させたものを得ることができるようになる。
なお、この傾向が現れるのは、ドーパントがボロンの場合であり、ｎ型ドーパントの場合は逆に、基板の電気抵抗率が下がるにつれて酸素析出物密度も低下する。また、前記シリコン単結晶基板１のエッチング速度が０．１μｍ／ｍｉｎより大となるように調整するのは、ＢＭＤを光学顕微鏡で容易に検出できるレベルまで大きく顕在化させるためである。
また、エッチング速度は、０．１μｍ／ｍｉｎより大とする一方で、１．５μｍ／ｍｉｎ以下となるように調整することが好ましく、これによりＢＭＤと基板表面の境界がダレることなく明瞭となり、光学顕微鏡での検出が容易となる。より好ましくは、０．５μｍ／ｍｉｎ以上１．０μｍ／ｍｉｎの範囲内に制御する。
エッチング速度は、測定対象のシリコン単結晶基板と同じ導電型、面方位、抵抗率を有するシリコン単結晶基板（テスト基板）を所定時間選択エッチング液２１に浸漬してエッチングを行い、エッチングの前後にテスト基板の厚さを測定して片面のエッチングされた厚さを求め、その値をエッチング時間で除することにより求める。
エッチング速度は、測定対象のシリコン単結晶基板と同じ導電型、面方位、抵抗率を有するシリコン単結晶基板（テスト基板）を所定時間選択エッチング液２１に浸漬してエッチングを行い、エッチングの前後にテスト基板の厚さを測定して片面のエッチングされた厚さを求め、その値をエッチング時間で除することにより求める。
エッチング速度が低い場合は、エッチング速度を安定化させるため、まずダミーのシリコン単結晶基板を入れてエッチングした後に目的とするシリコン単結晶基板をエッチングするようにしても良い。多数枚のシリコン単結晶基板をダミー基板として選択エッチング液２１に浸漬することにより、選択エッチング液２１を活性化させることができる。選択エッチング液２１に浸漬したダミー基板から気泡が発生し始める頃に、適度なエッチング速度、すなわち０．１μｍ／ｍｉｎより大きく、１．５μｍ／ｍｉｎ以下のエッチング速度が得られる。温度については、特に限定されないが、エッチング速度を上記範囲内に容易に制御できる温度の範囲内で一定に保つのが好ましい。また、ヨウ素又はヨウ化物を添加することにより、エッチング速度を高めてもよい。
こうして、本発明の選択エッチング方法を用いることにより、従来容易には検出することができなかった電気抵抗率１０ｍΩ・ｃｍ未満である超低抵抗のシリコン単結晶基板１の表面に形成された結晶欠陥、特にＢＭＤ１２を、該基板表面にエッチピットとして顕在化させて観察することにより評価することが可能となる。
選択エッチングされたシリコン単結晶基板の表面の評価は、特に限定されるものではなく、目的に応じ適宜選択すればよいが、光学顕微鏡による観察の他、高輝度ハロゲンランプ等を用いた集光灯を用いて目視観察することもできる。
本発明において評価対象となるシリコン単結晶基板１は、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満、特に０．１〜１０ｍΩ・ｃｍとなる超低抵抗のシリコン単結晶基板１であれば、導電型はボロンがドープされたｐ型ではなく、リン、砒素がドープされたｎ型であってもよい。
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）
まず、選択エッチング液２１の容量組成が０．０４のフッ酸と、０．５４の硝酸と、０．２１の酢酸と、該酢酸と同容量の水を含み、ヨウ化カリウムが添加された選択エッチング液２１（フッ酸：硝酸：酢酸：水＝１：１５：６：６）と、ボロンを高濃度にドープした電気抵抗率０．７５ｍΩ・ｃｍから１６．７ｍΩ・ｃｍの範囲で振った面方位（１００）のシリコン単結晶基板１とを用意する。次に、シリコン単結晶基板１に７００℃１時間の低温熱処理と１０５０℃８時間の中温熱処理を施した後、劈開して基板断面を露出させ、０．８μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で９０秒間選択エッチング液２１に浸漬する。そして、選択エッチング済みの劈開面を倍率１０００倍の光学顕微鏡で観察し、ＢＭＤ１２の密度を測定する（図２）。
その結果、ＢＭＤ１２の密度は、シリコン単結晶基板１の抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下の領域で増加率が大きくなり、１×１０１０ｃｍ−３以上１×１０１１ｃｍ−３以下のものが検出された。
（実施例１）
まず、選択エッチング液２１の容量組成が０．０４のフッ酸と、０．５４の硝酸と、０．２１の酢酸と、該酢酸と同容量の水を含み、ヨウ化カリウムが添加された選択エッチング液２１（フッ酸：硝酸：酢酸：水＝１：１５：６：６）と、ボロンを高濃度にドープした電気抵抗率０．７５ｍΩ・ｃｍから１６．７ｍΩ・ｃｍの範囲で振った面方位（１００）のシリコン単結晶基板１とを用意する。次に、シリコン単結晶基板１に７００℃１時間の低温熱処理と１０５０℃８時間の中温熱処理を施した後、劈開して基板断面を露出させ、０．８μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で９０秒間選択エッチング液２１に浸漬する。そして、選択エッチング済みの劈開面を倍率１０００倍の光学顕微鏡で観察し、ＢＭＤ１２の密度を測定する（図２）。
その結果、ＢＭＤ１２の密度は、シリコン単結晶基板１の抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下の領域で増加率が大きくなり、１×１０１０ｃｍ−３以上１×１０１１ｃｍ−３以下のものが検出された。
このようにして本発明により、ボロンがドープされた超低抵抗のシリコン単結晶基板１を選択エッチングしてＢＭＤ密度を評価することができる。また、ボロンがドープされた超低抵抗のシリコン単結晶基板１では、その電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下になると、電気抵抗率の少しの変化でＢＭＤ密度が大幅に変化することがわかる。
その結果、電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにボロンがドープされて高いゲッタリング能力が期待できる１×１０１０ｃｍ−３以上のＢＭＤ密度を有するシリコン単結晶基板１を用いることにより、析出熱処理条件や酸素濃度を変化させず、かつ、実質的な電気抵抗率特性をほぼ一定に保ちながら、ＢＭＤ密度を変化させたものを得ることができることがわかる。
その結果、電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下となるようにボロンがドープされて高いゲッタリング能力が期待できる１×１０１０ｃｍ−３以上のＢＭＤ密度を有するシリコン単結晶基板１を用いることにより、析出熱処理条件や酸素濃度を変化させず、かつ、実質的な電気抵抗率特性をほぼ一定に保ちながら、ＢＭＤ密度を変化させたものを得ることができることがわかる。
（実施例２）
砒素を高濃度にドープして電気抵抗率を１．５ｍΩ・ｃｍから３．９Ω・ｃｍの範囲で振った面方位（１１１）のシリコン単結晶基板１に、６００℃で８時間の低温熱処理と１０５０℃で１６時間の中温熱処理を施した後、アングルポリッシュして基板断面を露出させ、０．６μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で３分間上記の選択エッチング液２１に浸漬する。選択エッチング済みのアングルポリッシュ面を倍率１０００倍の光学顕微鏡で観察し、ＢＭＤ１２の密度を測定する（図３）。
その結果、ＢＭＤ１２の密度は、シリコン単結晶基板１の電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下の領域では、急激に減少する一方で、２ｍΩ・ｃｍ以上の領域において、ＢＭＤ密度５×１０９ｃｍ−３以上に保たれ、高いゲッタリング能力が期待できることが分かる。
砒素を高濃度にドープして電気抵抗率を１．５ｍΩ・ｃｍから３．９Ω・ｃｍの範囲で振った面方位（１１１）のシリコン単結晶基板１に、６００℃で８時間の低温熱処理と１０５０℃で１６時間の中温熱処理を施した後、アングルポリッシュして基板断面を露出させ、０．６μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で３分間上記の選択エッチング液２１に浸漬する。選択エッチング済みのアングルポリッシュ面を倍率１０００倍の光学顕微鏡で観察し、ＢＭＤ１２の密度を測定する（図３）。
その結果、ＢＭＤ１２の密度は、シリコン単結晶基板１の電気抵抗率が２ｍΩ・ｃｍ以下の領域では、急激に減少する一方で、２ｍΩ・ｃｍ以上の領域において、ＢＭＤ密度５×１０９ｃｍ−３以上に保たれ、高いゲッタリング能力が期待できることが分かる。
（比較例１）
容量組成が、０．０４のフッ酸と、０．６８の硝酸と、０．１４の酢酸と、該酢酸と同容量の水を含み、かつヨウ化カリウムが添加されていないエッチング液（フッ酸：硝酸：酢酸：水＝１：１５：３：３）により、ボロンを電気抵抗率９．６ｍ・Ωｃｍになるようにドープしたシリコン単結晶基板１を、０．０９μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で、実施例１と同じ条件でエッチングしたところ、ＢＭＤ１２を特定することができなかった。これにより、ボロンをドープした超低抵抗のシリコン単結晶基板を、容量組成が不適正なエッチング液により、０．１μｍ／ｍｉｎ以下の小さいエッチング速度でエッチングした場合、ＢＭＤ１２を検出できないことがわかる。
容量組成が、０．０４のフッ酸と、０．６８の硝酸と、０．１４の酢酸と、該酢酸と同容量の水を含み、かつヨウ化カリウムが添加されていないエッチング液（フッ酸：硝酸：酢酸：水＝１：１５：３：３）により、ボロンを電気抵抗率９．６ｍ・Ωｃｍになるようにドープしたシリコン単結晶基板１を、０．０９μｍ／ｍｉｎのエッチング速度で、実施例１と同じ条件でエッチングしたところ、ＢＭＤ１２を特定することができなかった。これにより、ボロンをドープした超低抵抗のシリコン単結晶基板を、容量組成が不適正なエッチング液により、０．１μｍ／ｍｉｎ以下の小さいエッチング速度でエッチングした場合、ＢＭＤ１２を検出できないことがわかる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、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…超低抵抗のシリコン単結晶基板、 １１…酸素析出核、 １２…ＢＭＤ、
２１…選択エッチング液。
２１…選択エッチング液。
Claims (4)
- 容量組成が、０．０２以上０．１以下のフッ酸と、０．５以上０．６以下の硝酸と、０．２以上０．２５以下の酢酸と、水とを少なくとも含有する選択エッチング液（前記容量組成は、フッ酸を濃度４９〜５０重量％、硝酸を濃度６０〜６２重量％、酢酸を濃度９９〜１００重量％のものを使用したときのこれらの容量比である）を用いて、電気抵抗率が１０ｍΩ・ｃｍ未満のシリコン単結晶基板を０．１μｍ／ｍｉｎより大きな速度でエッチングし、前記シリコン単結晶基板の表面にＢＭＤを顕在化させることを特徴とする選択エッチング方法。
- 前記シリコン単結晶基板を１．５μｍ／ｍｉｎ以下の速度でエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の選択エッチング方法。
- 前記選択エッチング液にヨウ素又はヨウ化物を添加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の選択エッチング方法。
- 前記シリコン単結晶基板の電気抵抗率が０．１ｍΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の選択エッチング方法。
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